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催化吸收稳定系统的多目标优化

作　者: 梁士锋
导　师: 姜斌
学　校: 天津大学
专　业: 化学工程
关键词: 多目标优化催化吸收稳定系统 Pareto最优解 modeFRONTIER
分类号: O643.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2007年
下　载: 198次
引　用: 2次
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内容摘要

在实际的化工过程中,我们不但希望提高产品的产量,而且希望降低能耗、减少污染等,这就是多目标优化问题。多目标优化问题的特点是极少存在绝对最优解,而是存在一系列无法简单进行相互比较的解,这种解称为非劣解或Pareto最优解。而目前的流程模拟软件如PRO/Ⅱ、Aspen Plus本身的优化功能都只是单目标优化,因此多目标优化就变得非常重要。本文利用用modeFRONTIER集成PRO/Ⅱ对典型催化吸收稳定系统流程进行多目标优化,做出Pareto曲线,得出优化点,在理论上能够指导吸收稳定系统的生产操作,并且可以验证现有工艺的经验工作点是否处在优化区域之内。这对于将工程师从琐碎繁多的个别工况计算中解放出来,节约模拟时间,提高工作效率,降低生产成本,具有重要的实际应用价值。本文通过计算机编程,在多目标优化软件modeFRONTIER和流程模拟软件PRO/Ⅱ之间建立了接口。PRO/Ⅱ作为一个过程模拟器负责对具体工况进行模拟计算,接口程序功能是在过程模拟器和多目标遗传算法之间进行数据传递,多目标优化软件modeFRONTIER根据PRO/Ⅱ的结果文件进行目标函数的适应值计算并根据适应值不断更新种群,更新的种群再去修正PRO/Ⅱ的输入文件。从而将多目标优化和流程模拟两者的强大功能合二为一,可以更好的为工程实际服务。以建立好的多目标优化流程为模型,对催化吸收稳定系统的干气品质和系统冷、热负荷进行了多目标优化,找到了Pareto最优解集,通过与实际工况比较,发现实际工况并未处于最优的状态,我们可以在相同的能耗下获得更好的干气品质(干气中≥C3摩尔含量)。同时还对催化吸收稳定系统的利润和能耗进行了两目标优化,优化后的结果明显优于工厂的实际工况。本文建立的多目标优化流程不仅适用于催化吸收稳定系统的优化,而且可以应用于其它任意化工流程的优化。这对于我国的化学工业提高经济效益、降低能耗、减少污染,缩小和国外先进国家的差距,具有重要的现实和战略意义。

全文目录

摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
前言  8-9
第一章文献综述  9-25
  1.1 化工流程模拟的发展  9-13
    1.1.1 化工流程模拟简介  9-11
    1.1.2 化工流程模拟的内容  11
    1.1.3 常用的化工流程模拟软件  11-13
  1.2 多目标优化  13-14
    1.2.1 多目标优化问题的特征  13
    1.2.2 Pareto 解集  13-14
  1.3 催化吸收稳定系统介绍  14-23
    1.3.1 催化吸收稳定系统工艺流程进展  15-22
      1.3.1.1 单塔流程  15-16
      1.3.1.2 双塔流程  16-22
    1.3.2 催化吸收稳定系统工艺流程的影响因素  22-23
  1.4 研究内容与意义  23-25
第二章多目标遗传算法  25-38
  2.1 遗传算法  25-29
    2.1.1 遗传操作  26-27
    2.1.2 遗传算法的特点  27-29
  2.2 多目标遗传算法  29-34
    2.2.1 多目标遗传算法研究内容  29-31
    2.2.2 多目标遗传算法在化工中的应用  31-33
    2.2.3 多目标遗传算法步骤  33-34
  2.3 modeFRONTIER 简介  34-35
  2.4 多目标优化流程  35-37
  2.5 小结  37-38
第三章流程模拟和算法选择  38-44
  3.1 催化吸收稳定系统的流程模拟  38-41
    3.1.1 模拟所选用的流程  38-39
    3.1.2 基础数据和质量控制指标  39-40
    3.1.3 模拟过程  40-41
  3.2 试验设计  41
  3.3 算法选择  41-43
  3.4 小结  43-44
第四章催化吸收稳定系统的多目标优化  44-63
  4.1 催化吸收稳定系统的工艺优化  44-55
    4.1.1 优化目标和设计变量  44-45
      4.1.1.1 优化目标  44
      4.1.1.2 设计变量  44-45
    4.1.2 优化种群和遗传代数的确定  45-50
      4.1.2.1 优化种群的确定  45-47
      4.1.2.2 遗传代数的确定  47-50
    4.1.3 优化结果和讨论  50-55
  4.2 催化吸收稳定系统的经济评价  55-62
    4.2.1 优化目标和设计变量  55-56
      4.2.1.1 优化目标  55-56
      4.2.1.2 设计变量  56
    4.2.2 优化种群和遗传代数的确定  56
    4.2.3 优化结果和讨论  56-62
  4.3 小结  62-63
第五章结论  63-64
参考文献  64-68
发表论文和参加科研情况说明  68-69
致谢  69

催化吸收稳定系统的多目标优化

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