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《間歇精餾過程模擬優(yōu)化研究進展》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在工程資料-天天文庫。
1、第21卷第2期計算機仿真2004年2月文章編號:1006-9348(2004)02-0004-03間歇精餾過程模擬優(yōu)化研究進展王浩平,項曙光(青島科技大學(xué)計算機與化工研究所,山東青島266042)摘要:該文討論了描述間歇精餾過程的嚴(yán)格模型及其基礎(chǔ)上的各種簡化模型,包括簡捷模型、分段模型、半嚴(yán)格模型和降階模型?？偨Y(jié)了求解剛性微分方程的各種方法,其中各類BDF方法在解剛性方程時效果較好。分析比較了優(yōu)化間歇精餾過程的兩種方法以及綜合優(yōu)化問題的兩種方法—二層法和SA法。關(guān)鍵詞:間歇精餾;數(shù)學(xué)模型;模擬;優(yōu)化+中圖分類號
2、:TP273.1文獻標(biāo)識碼:A1引言因此在工業(yè)精餾過程中使用嚴(yán)格模型計算量可能會很大。間歇精餾是經(jīng)常用于小規(guī)模生產(chǎn)的一個重要的單元操而且在塔的設(shè)計、優(yōu)化及控制問題中需要多次重復(fù)這些程作,與連續(xù)精餾相比,其突出的特征是它在設(shè)計和操作中的序,這也增加了問題的計算量。另外,嚴(yán)格模型計算復(fù)雜很靈活性。多年來,它不但沒有被連續(xù)精餾所全部取代,而且難得到全局性性質(zhì),如操作的可行區(qū),而這對于優(yōu)化及優(yōu)化在現(xiàn)代化工生產(chǎn)中還占有很重要的地位?？刂茊栴}是很重要的。因此,在嚴(yán)格模型的基礎(chǔ)上發(fā)展了下間歇精餾的研究內(nèi)容主要有兩個方面:一是
3、關(guān)于其數(shù)學(xué)面一些簡化模型。模型及其計算方法的研究。間歇精餾過程是一個動態(tài)過程,2.2簡捷模型(Short-cutModel)[2]其嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型是復(fù)雜的微分代數(shù)方程組,因此在實際應(yīng)Diwekar和Madhavan發(fā)展了簡捷模型。這種模型假用中常根據(jù)不同情況對模型進行簡化并導(dǎo)出一些新的計算設(shè),間歇精餾塔可看作是進料隨時變化的連續(xù)精餾塔,將連方法。二是關(guān)于優(yōu)化的研究,從不同的優(yōu)化目標(biāo)出發(fā),采用續(xù)精餾的FUG方法修改為間歇精餾的簡捷模型。其實質(zhì)是不同的優(yōu)化方法,提出了不同的優(yōu)化方案和新的操作模式及忽略了嚴(yán)格模型中每
4、層板及冷凝器和再沸器中的能量微分新的塔結(jié)構(gòu)。同時,間歇精餾的綜合優(yōu)化問題近年來也得到方程和水力學(xué)方程。簡捷模型是一種最簡單的模型,包括最了發(fā)展。少的微分方程,計算量小,因此此模型廣泛應(yīng)用于優(yōu)化及優(yōu)本文討論了間歇精餾的嚴(yán)格模型及其基礎(chǔ)上的各種簡化控制計算中。間歇精餾塔,尤其是復(fù)雜塔的優(yōu)化問題是一化模型。由于其數(shù)學(xué)模型大都是微分代數(shù)方程,本文介紹了個復(fù)雜問題,有時經(jīng)驗方法并不準(zhǔn)確,而采用簡捷模型進行其求解方法,并比較了基于微分代數(shù)方程的兩種優(yōu)化方法以初步優(yōu)化是一個非常好的方法。及綜合優(yōu)化問題的兩種方法。2.3分段模
5、型(CompartmentalModel)這種模型是在由Benallou等提出的連續(xù)精餾的塔板分段[3]2間歇精餾的數(shù)學(xué)模型模型的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。Diwekar將其擴展應(yīng)用于間歇間歇精餾的數(shù)學(xué)模型包括嚴(yán)格模型、簡捷模型、半嚴(yán)格精餾塔中。它假設(shè)精餾塔中的一定數(shù)量的塔板可以集總以模型和降階模型。形成一個平衡板,其中多個板的動態(tài)響應(yīng)近似為一個平衡板2.1嚴(yán)格模型(RigorousModel)上的動態(tài)響應(yīng)。各段中的持液量等于其中的各層板的持液嚴(yán)格模型包括各組分每層板上及冷凝器和再沸器中組總量,各段中的組成即為敏感板的
6、組成。分段模型考慮了塔分物料平衡的微分方程、能量平衡微分方程、汽液平衡方程板持液的影響,其實質(zhì)是將嚴(yán)格模型中各板及冷凝器和再沸以及水力學(xué)方程等。Distefano第一次提出了多組分間歇精餾器中的能量微分方程忽略,這就大大降低了嚴(yán)格模型的微分過程的完整動力學(xué)。DiwekarU.M在簡化水力學(xué)方程的基礎(chǔ)方程的個數(shù)。當(dāng)然,模型中分段的個數(shù)及敏感板的選擇對于上,也提出了較為嚴(yán)格的數(shù)學(xué)模型。H.I.Furlonge和C.C.模型的準(zhǔn)確與否是非常重要的。[1]Pantelides提出了迄今為止最為嚴(yán)格的模型。此模型非常接2
7、.4半嚴(yán)格模型(SemirigorousModel)近實際塔。他們用此嚴(yán)格模型進行模擬計算,結(jié)果表明,嚴(yán)對于板持液量相對于再沸器中溶液量很小的情況,或者格模型結(jié)果準(zhǔn)確得多,但所用的計算時間增加了。準(zhǔn)確地說剛性度很大的情況,用求解剛性方程的方法也不能嚴(yán)格模型隨著塔板數(shù)及組分?jǐn)?shù)的增多方程數(shù)成倍增加,得到這類問題的解。這種情況下,應(yīng)將此問題分為兩部分:再沸器用微分方程來描述,而塔的其他部分(塔板及冷凝器)收稿日期:2002-12-17假設(shè)為準(zhǔn)穩(wěn)態(tài),即零持液模型。此模型的實質(zhì)是忽略塔板上—4—的水力學(xué)方程。這個模型能較
8、準(zhǔn)確的近似持液量很小的精最優(yōu)操作問題根據(jù)優(yōu)化目標(biāo)不同一般可分為三類,即最餾塔。小時間問題、最大產(chǎn)量問題和最優(yōu)經(jīng)濟效益問題。例如下面2.5降階模型(ReducedOrderModel)是Diwekar等給出的利潤函數(shù)表達式:對于板式精餾塔,方程的個數(shù)隨板數(shù)的增多而增加,這24(365)DPrc1vNc2v24(365)c3vT[4]P=---對于方程的求解是一個很大的困難。Y.S.Cho
