資源高效利用間歇共沸精餾系統集成最佳化研究

《資源高效利用間歇共沸精餾系統集成最佳化研究》是依託大連理工大學,由董宏光擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：資源高效利用間歇共沸精餾系統集成最佳化研究
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：董宏光

項目摘要

間歇共沸精餾技術在醫藥等精細化工產品提純與溶劑回收中廣泛採用。我國精細化工產業已形成龐大產業群，在整個國民經濟結構中其資源消耗所占比例相當大，因此，間歇共沸精餾系統設計與操作水平的高低，將對整個國家資源利用水平產生重要影響。課題以間歇共沸精餾系統為對象，提出以板罐為基本單元的複雜間歇共沸精餾塔系統狀態時空間超級結構，據此建立混合整數動態最佳化模型，採用綜合目標函式權衡最佳化操作時間、流程空間，包括過程設備、工藝物料和公用工程等資源要素，利用正交配置法離散化轉換成混合整數非線性模型。通過可行性分析提供高效初值，開發隨機算法與確定性算法相結合的自適應並行算法策略，同時獲得最佳設備參數，塔板-儲罐連線配置和決策變數動態控制方案，由此實現資源高效利用間歇共沸精餾系統集成最佳化。研究成果將為複雜精餾流程一體化設計奠定技術基礎，具有重要的理論研究意義和工程套用價值。

結題摘要

間歇共沸精餾技術作為批量分離多組份複雜共沸物系的主要方法，被精細化工與醫藥企業廣泛採用，而精細化工產業在整個國民經濟結構中，其所占比例相當可觀。因此，研究間歇共沸精餾系統集成最佳化理論和方法對整個過程工業的資源高效利用具有重要意義。首先，本研究提出基於圖論的多元共沸精餾系統綜合框架，提出並嚴格論證了共沸精餾系統“混合-精餾對”分離有效性引理，進一步提出不可轉換點概念和流程可行性判斷規則，從而揭示了精餾相圖與流程拓撲結構內在關係，實現三元以上共沸系統定量綜合。以此為基礎，研究進一步提出基於廣義析取動態最佳化（GDDO）模型的間歇共沸精餾過程設計與操作的同步最佳化方法，以實時權衡過程設計變數與操作變數的最佳匹配關係，尋求時間與空間雙重維度下的間歇精餾系統最最佳化流程。工業案例表明所得最佳化方案能大大降低過程能耗，提高複雜共沸分離流程經濟效益。然後，考慮單純依靠精餾會導致流程工藝能耗過高，研究提出多用途多任務複雜間歇分離網路最最佳化設計模型，從而實現多種分離手段相結合以實現強非理想物系的高效節能分離。此外，在間歇共沸精餾時空間超級結構研究的基礎上，探究了流程時空拓撲結構-效能關係，並圍繞廢物排放最小化間歇用水網路和考慮時間共享機制的間歇換熱網路進行研究。對於間歇用水網路，提出新的超級結構，將廢水再生操作模式和模型納入最佳化框架中，實現了考慮整體成本和環境因素的全局最佳化。對於間歇換熱網路，考慮間歇熱匹配的具體實現形式，基於改進後的狀態任務網路，提出考慮時間共享機制的參數化間歇換熱網路綜合模型，實現了系統能耗和經濟效益的有效權衡。綜上所述，資源高效利用的間歇共沸精餾系統集成最佳化研究取得了系列成果，所提出的方法論對於流程工業廣泛存在的難分離複雜物系高能耗生產工段調優改造具有重要的理論指導意義。