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计算机辅助现有化工过程操作最佳化

化工学报 1986年第4期 421-428页

作者：程乃毅,冯世(?),陈淑珍,韩寿祖,高潮,吴锡军南京化学工业公司研究院南京化学工业公司研究院南京化学工业公司研究院南京化学工业公司研究院南京化学工业公司研究院南京化学工业公司研究院

应用计算机技术来改进现有化工过程操作,对提高化工企业的经济效益有重要的意义.模拟调优通过计算机辅助过程优化技术寻求过程系统的最佳条件,可以使过程达到最佳运行.本文对基于序贯二次规划的两层法作了改进,在二次规划中引入额外变量... 详细信息

应用计算机技术来改进现有化工过程操作,对提高化工企业的经济效益有重要的意义.模拟调优通过计算机辅助过程优化技术寻求过程系统的最佳条件,可以使过程达到最佳运行.本文对基于序贯二次规划的两层法作了改进,在二次规划中引入额外变量,构造了新的二次规划问题,并提出了此规划问题的分解策略,从而保证分解矩阵为奇异时仍能对其进行分解.本文提出的两层次-序贯二次规划法,数值稳定性好,收敛较快.用此算法对合成甲醇过程进行优化计算得到了满意的结果,巳在工业装置上实现.

关键词：矩阵向量数学分析自由变项自由变量简化算法非线性规划二次规划乘子过程操作线性约束方程最优解优化计算调优操作机助计算机辅助

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基于面向对象方法的过程操作评价系统的研究

基于面向对象方法的过程操作评价系统的研究

作者：滕利明浙江大学

学位级别：硕士

本论文研究了专家系统在过程操作领域的应用，设计了符合过程操作领域特点的知识表示方式和推理机策略。在此基础上，采用面向对象技术，建立了一个过程操作评价系统，并且探讨了面向对象专家系统的分析设计方法。过程操作领域的知识... 详细信息

本论文研究了专家系统在过程操作领域的应用，设计了符合过程操作领域特点的知识表示方式和推理机策略。在此基础上，采用面向对象技术，建立了一个过程操作评价系统，并且探讨了面向对象专家系统的分析设计方法。过程操作领域的知识大都具有经验性的特点，难以用简洁统一的理论来概括;问题的求解一般可以表示成一系列相对独立的操作;且知识易于同运用知识的方法分离开来。这些特点都符合产生式系统的前提，因此本系统的知识表示采用基于产生式规则的专家系统的技术。产生式规则采用面向对象技术来实现，规则表示为对象。面向对象的知识表示是一抽象数据类型，是类、对象与属性的三元组合，它能方便地表示对象的静态特征、动态行为以及对象间的相互作用;类的层次关系与组合关系可大大减少知识表示的冗余;对象的封装性和类的继承性方便了知识的更新和扩充，使得知识易于管理。通过分析过程操作领域的特点，本系统建立了符合过程操作领域特点的知识表示的对象模型。过程操作一般具有比较严格的步骤顺序，规则的前提和结论都可以确定地描述，因此推理机制可采用简单的精确推理方法。本系统的冲突消解主要采用简单冲突消解策略，即将多条知识按照优先级从高到低排序，系统将匹配的第一条知识作为选定知识进行推理。本系统的推理控制主要采用反向推理控制策略，即先假设一个目标，然后在知识库中找出那些其结论部分导致这个目标的知识集，再执行启用知识集，改变求解状态，逐步求解直至问题解决。为了提供良好的通用性和扩展性，在本系统的对象模型中建立一个推理机类，使推理机制独立于知识表示，因此只要通过扩展、派生推理机类即可实现对不同推理策略的选择。本论文通过分析实验远程教学系统的传热实验和离心泵实验的操作步骤，制定了这两个实验的操作规则，并指定相应的分值，添加到过程操作评价系统中，作为实验远程教学系统的实验评分系统模块，实现了对学生实验操作考核的自动评分。此外，本文也对某甲醇合成塔的操作进行了分析，得到了相应的知识库，表明在甲醇合成等等化工生产领域，本文提出的操作评价专家系统也有用武之地。

关键词：专家系统过程操作面向对象

面向工业过程操作规则挖掘的一种聚类关联规则组合方法

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面向工业过程操作规则挖掘的一种聚类关联规则组合方法

作者：李红涛北京化工大学

学位级别：硕士

在现代工业过程中,随着DCS、数据采集和存储技术的广泛应用,大量的操作数据中隐含了大量的操作信息,这些信息若得到合理利用,可以辅导并指导生产。目前,数据挖掘技术正在从经济、教育行业、生物学等应用领域转移到了工业生产范畴。工业... 详细信息

在现代工业过程中,随着DCS、数据采集和存储技术的广泛应用,大量的操作数据中隐含了大量的操作信息,这些信息若得到合理利用,可以辅导并指导生产。目前,数据挖掘技术正在从经济、教育行业、生物学等应用领域转移到了工业生产范畴。工业过程数据一般具有连续型和目标聚集性特征,为了有效地对此数据进行关联规则挖掘,论文提出了一种基于K-MEANS聚类的APRIORI关联规则方法,并将其应用于工业过程操作规则的挖掘,论文的主要内容包括:(1)在对K-MEANS和APRIORI算法的原理和性能的分析和研究基础上,根据工业过程操作数据的特点,给出了一种基于K-MEANS聚类的APRIORI关联规则方法。(2)采用基于K-MEANS聚类的APRIORI关联规则算法对工业过程的操纵变量和目标变量数据进行处理,获取聚类中心和类标签,根据聚类将数据进行分段,并将连续数据布尔化,通过关联规则算法挖掘操作变量与目标变量之间的关联关系,最后将字符型的关联关系转换为数值区间表达形式,获得规则数目和质量可控的、便于理解的操作规则,以指导生产过程操作。(3)将所提出的组合关联规则方法应用到TE过程中,挖掘出了 TE过程中反应器的操作变量与状态目标变量之间的操作规则,结合工艺分析,验证了该算法的有效性。

关键词： APRIORI K-MEANS 过程操作数据挖掘

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炼油企业集成过程操作的生产计划优化

炼油企业集成过程操作的生产计划优化

作者：董晓杨浙江大学

学位级别：硕士

传统的炼油企业生产计划优化与过程操作优化往往是分离的,从而造成生产计划优化系统制定出的生产方案可能在实际的生产装置操作上无法实现的情况,在为了确保炼油企业生产计划制定方案可行的同时实现过程装置操作优化,本文基于流程模拟... 详细信息

传统的炼油企业生产计划优化与过程操作优化往往是分离的,从而造成生产计划优化系统制定出的生产方案可能在实际的生产装置操作上无法实现的情况,在为了确保炼油企业生产计划制定方案可行的同时实现过程装置操作优化,本文基于流程模拟软件建立了常减压蒸馏装置生产计划与过程操作的集成优化策略。原料供应、产品市场的需求以及设备的运行状况的改变都会引起物料流程的变化,能耗也会随着物料流程改变。通常物流优化的过程中并未考虑物料过程的变化对于系统能耗的影响,从而导致企业实际生产运行过程中,实际运行的能耗一般会大于设计能耗,所以必须结合工艺建立基于多工况的能耗需求模型计算实际运行能耗。因此在本文物流集成优化的基础上,建立基于多工况的多介质能耗模型,并且与生产计划进行集成优化。最终利用炼油厂全流程仿真平台设计案例对该集成方法进行应用评价。全文共有六章组成：第一章为绪论,综述了炼油企业生产计划重要地位及发展情况,流程模拟及优化技术的应用背景及发展现状,以及炼油企业的集成技术和研究现状。针对研究现状存在的不足,提炼本研究课题的创新点,提出本文的研究目标和研究意义。第二章为常减压蒸馏装置的流程模拟及优化,介绍了原油蒸馏的工艺流程和常减压装置的工序,所使用的流程模拟软件的特点和功能。利用流程模拟软件建立了常减压装置的模型,并且基于建立的常减压装置模型进行操作优化分析。第三章为基于利用流程模拟软件建立的常减压装置稳态机理模型,根据单元装置的关键工艺参数特性,提出了一种基于流程模拟的常减压装置操作与生产计划集成优化的方法,并且给出了该方法的寻优策略。案例证明了该方法可以验证生产计划制定最优方案的可达性,并且给出操作条件,提高生产计划的准确性和可执行性。第四章针对物流优化对系统能耗造成的影响这一问题,将炼油企业的能耗分为固定能耗和可变能耗,分析了影响装置可变能耗的几个重要因素,从而建立了基于多工况的炼油企业多介质能耗模型,实现了根据物流优化的结果计算系统的能耗,在此基础上进行了与生产计划集成优化的研究。第五章在这一章节中利用建立的炼油厂全流程仿真系统,细化仿真平台的关键装置模型,将本文建立的3个生产计划模型的优化解分解成仿真指令,创建并配置其仿真场景,对生产计划做出仿真应用评价。第六章对本研究工作的主要内容进行总结,并讨论了需要进一步研究的若干设想和提议。

关键词：过程操作生产计划能耗约束集成优化流程模拟

常减压蒸馏装置生产计划与过程操作的优化集成

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化工管理 2015年第11期 18-18页

作者：寇峰陕西延长石油(集团)有限责任公司榆林炼油厂陕西榆林718500

科学技术飞速发展的过程中,我国石化企业也在迅速发展,要想达到真正意义上的生产优化与整合,并之后在此基础上使得工作环节操作条件日趋完善,我们应该适时对相关石化企业进行生产计划优化集成与操作流程细分集成。本文根据实际工作特点... 详细信息

科学技术飞速发展的过程中,我国石化企业也在迅速发展,要想达到真正意义上的生产优化与整合,并之后在此基础上使得工作环节操作条件日趋完善,我们应该适时对相关石化企业进行生产计划优化集成与操作流程细分集成。本文根据实际工作特点进行生产计划准备,利用GIOPIMS为基本出发点,运用相应过程模拟软件进行装置操作条件获得,并按照具体模拟结果来进行再次优化,一般情况下的优化步骤为决策阶段到检验阶段最后再到修正阶段的完整求解,应该按照常减压蒸馏装置特点进行解决方案实施和办法操作,以下是对常减压蒸馏装置生产计划与相关过程细化操作优化集成内容的详细分与阐述。

关键词：常减压生产计划过程操作优化集成

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双隔离壁反应蒸馏塔的过程设计与控制

双隔离壁反应蒸馏塔的过程设计与控制

作者：秦伟北京化工大学

学位级别：硕士

隔离壁反应蒸馏塔(R-DWDC)作为反应蒸馏(RDC)和隔离壁技术过程强化与集成的产物,在资源节约和能源消耗方面具有巨大的潜在优势,但迄今为止很少有针对过程综合与设计的研究。尤其单隔离壁反应蒸馏塔(R-SDWDC)是现有研究中占绝对优势的过... 详细信息

隔离壁反应蒸馏塔(R-DWDC)作为反应蒸馏(RDC)和隔离壁技术过程强化与集成的产物,在资源节约和能源消耗方面具有巨大的潜在优势,但迄今为止很少有针对过程综合与设计的研究。尤其单隔离壁反应蒸馏塔(R-SDWDC)是现有研究中占绝对优势的过程结构,虽然它能很好的协调反应操作与分离操作之间的物质和能量耦合,但是分离与分离操作之间的物质和能量耦合却被完全忽略,因此R-SDWDC并不是过程强化的最优结构。基于此,我们推导出了双隔离壁反应蒸馏塔(R-DDWDC)结构,其显著提高了反应分离过程的热力学效率,与传统的反应蒸馏和R-SDWDC相比,在节能和降低成本方面具有明显的优势。虽然双隔离壁反应蒸馏塔具有较高的热力学效率,但其动态学和控制等问题却鲜有人研究。由于R-DDWDC结构复杂而且内部具有强烈的物质和能量耦合,其过程动态和操作性问题更为复杂。因此,本文对R-DDWDC进行了可控性和可操作性的分析,以一个最不利相对挥发度排序的理想四元可逆反应的分离为例,研究了所提策略的可行性和有效性。(1)本文对R-DDWDC结构进行了开环和闭环可控性评估,通过对控制通道和扰动通道两个方面的分析,研究R-DDWDC复杂的过程结构和操作机制对过程灵活性和可控性的影响。结果表明R-DDWDC具有严重的非线性和不对称性的特点,过程可控性较差,内部反应操作和分离操作之间的强烈物质与能量耦合恶化了系统的动态特性和可控性。(2)对R-DDWDC进行稳态操作分析,分析表明导致R-DDWDC具有窄操作范围和复杂的动态特点的原因在于反应物系的固有热力学特性和反应蒸馏环节和隔离壁蒸馏环节之间的强耦合关系,这些问题难以通过控制系统的设计来克服。因此本文提出在过程综合与设计阶段调整左侧隔离壁的气相分离比来提高R-DDWDC的可控性。结果显示提高气相分离比虽然增加了系统操作能耗,但是可以提高R-DDWDC的可操作性,获得更好的的动态表现。(3)本文从温度推断控制策略深入研究了R-DDWDC的操作可行性。分析比较了温度、温度与温度串级和温差与温度串级这三种控制方法在进料流量和组分的扰动下的闭环特性。结果表明后者的强化温度控制方案在提高R-DDWDC的可操作性,减小稳态偏差方面呈现出显著的优势。本文深入探究了R-DDWDC的过程动态表现和操作可行性,揭示了其内部强烈的物质和能量耦合是使其具有过程复杂性的根本原因,提出并且运用不同的方法改善了系统的动态特性和可操作性,对其它复杂蒸馏系统的研究具有普遍意义。

关键词：双隔离壁反应蒸馏塔过程设计过程操作过程控制温度推断控制

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内部热耦合对理想反应蒸馏塔动态特性的影响

现代化工 2012年第9期32卷 100-102,104页

作者：邵欢黄克谨北京化工大学信息科学与技术学院北京100029

基于理想型强放热反应蒸馏塔研究了3项内部热耦合策略对系统动态特性及可控性的影响。其中,实现反应段与提馏段间正耦合作用的措施能够有效提高系统热力学效率,但同时减弱了提馏段的传质推动力,不利于系统动态操作。为改善系统的动态特... 详细信息

基于理想型强放热反应蒸馏塔研究了3项内部热耦合策略对系统动态特性及可控性的影响。其中,实现反应段与提馏段间正耦合作用的措施能够有效提高系统热力学效率,但同时减弱了提馏段的传质推动力,不利于系统动态操作。为改善系统的动态特性及可控性,需要在提馏段补充一定量的分离塔板。下移上进料位置提高了系统热力学效率,但也引入了逆耦合作用,严重影响系统动态操作,故在过程强化中应该回避。

关键词：反应蒸馏塔内部热耦合过程设计过程动态过程操作正耦合逆耦合

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全回流反应蒸馏塔的动态特性及控制

全回流反应蒸馏塔的动态特性及控制

作者：刘伟北京化工大学

学位级别：硕士

随着人们对环境的日益重视和对挖掘工业过程经济效益的深入研究，如何实现工业过程的节能减排已经成为了一个重要的研究课题，过程强化技术也因此而产生。反应操作与分离操作的有机结合产生了反应蒸馏这一重要的过程强化技术，在大幅度... 详细信息

随着人们对环境的日益重视和对挖掘工业过程经济效益的深入研究，如何实现工业过程的节能减排已经成为了一个重要的研究课题，过程强化技术也因此而产生。反应操作与分离操作的有机结合产生了反应蒸馏这一重要的过程强化技术，在大幅度削减工艺流程设备投资费用的同时，还可以提高反应转化率和生产率并有效抑制中间产物或副产品的生成从而减少对环境的影响，最重要的是其能够显著降低过程操作的能量消耗。反应蒸馏所具有的这些优点使它成为了过程强化的一个主要研究方向。根据反应蒸馏塔内反应操作的类型，可以将反应蒸馏塔分为三类：常规双端出料反应蒸馏塔、全回流反应蒸馏塔和全回热反应蒸馏塔。目前对反应蒸馏塔控制的研究主要集中在常规双端出料反应蒸馏塔上，对全回流和全回热这一类单端出料反应蒸馏塔控制的研究比较少。本文系统地研究了全回流反应蒸馏塔内反应操作与分离操作的相互作用及由此产生的独特动态特性和全回流反应蒸馏塔的控制问题，在文章最后分析了全回热反应蒸馏塔与全回流反应蒸馏塔的共性，为其后续研究做了铺垫。反应类型决定了全回流反应蒸馏塔中没有精馏段，回流罐直接与反应段相连，这对反应操作的动态特性有较大影响。反应蒸馏将反应操作与分离操作集中到一个装置内进行，但由于反应本身特性的限制并不能保证二者始终协调一致。一般而言，反应操作与分离操作在过程动态特性上有较大差异（与分离操作相比反应操作的动态特性比较慢），这种差异通常会使全回流反应蒸馏塔产生欠阻尼响应，而且欠阻尼响应的程度取决于回流罐的存量控制（液位控制）。严格的回流罐液位控制能够有效抑制全回流反应蒸馏塔的欠阻尼响应，同时这也有利于提高全回流反应蒸馏塔的动态特性和可控性。本文以两个理想（有、无副反应）和一个实际（乙二醇合成）反应蒸馏塔为例，分析了全回流反应蒸馏塔中反应操作与分离操作之间的相互关系，发现在全回流反应蒸馏塔中存在不同于常规双端出料反应蒸馏塔的独特动态特性，并进一步研究了全回流反应蒸馏塔的控制问题。所得研究结果表明，全回流反应蒸馏塔中反应操作与分离操作的相互作用及二者动态特性的巨大差异直接导致了全回流反应蒸馏塔独特动态特性的产生，增加了过程控制的难度;严格回流罐液位控制能够有效缓解反应操作与分离操作之间的不匹配，从而有助于全回流反应蒸馏塔过程动态特性和可控性的提高。本文揭示了全回流反应蒸馏塔的共有特性，所得结论对有、无副反应和有、无热效应全回流反应蒸馏塔都适用，有助于全回流反应蒸馏塔控制系统的综合与设计。

关键词：反应蒸馏塔全回流过程动态特性存量控制过程操作

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内部热耦合对反应蒸馏塔动态特性的影响

内部热耦合对反应蒸馏塔动态特性的影响

作者：邵欢北京化工大学

学位级别：硕士

反应蒸馏塔将反应过程和蒸馏过程结合在一起，在减少设备投资的同时有效提高系统热力学效率、降低系统能耗。因其巨大的节能优势，近年来逐渐引起人们的广泛关注。对于反应蒸馏塔系统而言，将反应段严格地置于精馏段与提馏段之间往往... 详细信息

反应蒸馏塔将反应过程和蒸馏过程结合在一起，在减少设备投资的同时有效提高系统热力学效率、降低系统能耗。因其巨大的节能优势，近年来逐渐引起人们的广泛关注。对于反应蒸馏塔系统而言，将反应段严格地置于精馏段与提馏段之间往往并非最优设计方案，因为此时反应操作与分离操作间的内部耦合潜能并没有得到充分挖掘。为便于研究，基于反应热与汽化潜热的比率，本课题组将反应蒸馏塔分为强热效应型、中等热效应型、无热效应型三类。对于强热效应反应蒸馏塔来说，反应段向精馏段/提馏段叠加、调整进料位置以及反应段内催化剂再分布三项策略可实现反应操作与分离操作间的内部热耦合。合理地综合运用以上策略能够有效提高反应蒸馏塔的热力学效率，同时改善其动态可控性。然而，有关单独每项内部热耦合策略对于反应蒸馏系统动态特性的影响还没有进行系统的研究。本文以理想型强放热反应蒸馏塔和醋酸甲酯反应蒸馏塔为例研究了单独每项内部热耦合策略对强放热反应蒸馏系统动态特性及可控性的影响。精馏操作是一个放热过程，提馏操作是一个吸热过程。因此，对于强放热反应蒸馏塔来说，反应操作与提馏操作间的热耦合有利于系统节能，称之为正耦合作用。而反应操作与精馏操作间的热耦合则会给系统热负荷增加负担，称之为逆耦合作用。研究结果表明，对于反应段向提馏段叠加、上移下进料位置以及反应段内催化剂再分布三项正耦合措施，提馏段补充适量分离塔板后，系统的热力学效率及动态操作特性均得到改善。对于理想型反应蒸馏塔，下移上进料位置加强反应操作与提馏操作间正耦合作用的同时引入反应操作与精馏操作间的逆耦合作用，尽管正耦合作用较强，提高了系统的热力学效率，但引入的逆耦合作用严重影响系统动态操作特性。为改善系统动态特性，该逆耦合作用应该回避掉并用正耦合代替。

关键词：关键字反应蒸馏塔内部热耦合过程设计过程动态过程操作正耦合逆耦合