第49卷第6期石油化工自動化2013年12月AUTOMATION IN PETRO-CHEMICAL INDUSTRYDecember, 2013甲醇四塔精餾系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化施辰斐,趙霞,邵惠鶴(上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)院,上海200240)摘要:粗甲醇的精餾是甲醇生產(chǎn)中的高耗能、低能效環(huán)節(jié),而變負(fù)荷四塔精餾系統(tǒng)具有非線性、強(qiáng)耦合強(qiáng)時延的特點(diǎn),針對該系統(tǒng)的能耗優(yōu)化既是生產(chǎn)成本控制和節(jié)能減排的重點(diǎn)也是難點(diǎn)。研究當(dāng)進(jìn)料負(fù)荷、進(jìn)料質(zhì)量、出料要求等條件改變時,如何調(diào)節(jié)系統(tǒng)的控制參數(shù),以達(dá)到產(chǎn)品單位能耗和產(chǎn)量多目標(biāo)的協(xié)同優(yōu)化。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明單目標(biāo)優(yōu)化的單位能耗降低很多,但犧牲了產(chǎn)量;多目標(biāo)優(yōu)化的能耗優(yōu)化效果略遜于單目標(biāo),但穩(wěn)定地提高了產(chǎn)量。關(guān)鍵詞:甲醇四塔精餾遺傳算法多目標(biāo)優(yōu)化節(jié)能中圖分類號:TP273.1文獻(xiàn)標(biāo)志碼:B文章編號:1007-7324(2013)06-0040-03Multi-Objective Optimization of Four-Column Methanol Distillation SystemShi Chenfei. Zhao Xia, Shao huihe(School of Electronic Information and Electric engineeringShanghai Jiaotong University, Shanghai, 200240, China)Abstract: Distillation process is the unit with high energy consumption and low efficiency formethanol production. Load changeable four column distillation system has the characteristics ofnon-linearity, strong coupling and time delay, and energy consumption optimization on thissystem is the key and difficult point for production cost control, energy saving and wastereduction. How to adjust system control parameter to meet multi-objective synergeticoptimization for product unit energy consumption and productivity with change of feeding loadfeeding quality and discharge requirement is studied. Experimental results show that single-objective optimization of the proposed algorithm reduces unit energy consumption sharply withproductivity loss. Multi-objective optimization reduces less unit energy consumption withproductivity stably increasingKey words: four-column methanol distillation; genetic algorithm; multi-objective optimization; energysaving甲醇作為煤化工產(chǎn)業(yè)最主要的產(chǎn)品之一和重產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),存在兩大缺點(diǎn):無法保證能耗與產(chǎn)量的最要的替代能源在當(dāng)今全球化工市場起著非常重要優(yōu);由于系統(tǒng)的滯后性,通常在1~2h后才能測得的作用。精餾是甲醇生產(chǎn)的關(guān)鍵環(huán)節(jié),由于精餾處系統(tǒng)穩(wěn)定后的產(chǎn)品質(zhì)量。如果參數(shù)調(diào)節(jié)不當(dāng),會導(dǎo)于生產(chǎn)環(huán)節(jié)的末端其性能直接影響著末端產(chǎn)品的致產(chǎn)品質(zhì)量不達(dá)標(biāo),造成已有產(chǎn)品的浪費(fèi)。這兩點(diǎn)質(zhì)量與產(chǎn)量,因而對企業(yè)的產(chǎn)量及收益影響重大;都會導(dǎo)致生產(chǎn)成本難以降低,物料與能源的利用率同時由于精餾能耗在總能耗中占比很大,降低精餾難以提高環(huán)節(jié)的能耗成為企業(yè)節(jié)約成本與完成節(jié)能減排目筆者以文獻(xiàn)[1]中提及的上海焦化廠的甲醇四標(biāo)的重要課題。塔精餾系統(tǒng)為背景,以文獻(xiàn)[2-3]中提到的BP神在實(shí)際生產(chǎn)中,精餾系統(tǒng)的進(jìn)料流量、質(zhì)量等經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建模使用改進(jìn)的遺傳算法求解約束條進(jìn)料條件會隨著上游生產(chǎn)狀況發(fā)生改變,出料產(chǎn)品件改變時的最優(yōu)操作變量,實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定后的單位質(zhì)量等指標(biāo)也會依據(jù)企業(yè)的生產(chǎn)規(guī)劃發(fā)生改變。能耗、流量多目標(biāo)協(xié)同優(yōu)化當(dāng)這些條件與約束指標(biāo)改變時,如何調(diào)節(jié)精餾系統(tǒng)中國煤化工的控制參數(shù),達(dá)到產(chǎn)品單位能耗、產(chǎn)品流量等多個稿件收到日期CNMHG03-08-26目標(biāo)的整體最優(yōu),成為精餾系統(tǒng)控制的研究重點(diǎn)。作者簡介:施辰斐(1989),上海交通大學(xué)電子信息與電氣工程學(xué)現(xiàn)有的精餾系統(tǒng)參數(shù)調(diào)節(jié)單純依靠工人的生院自動化系控制工程專業(yè)在讀碩土研究生第6期施辰斐等.甲醇四塔精餾系統(tǒng)的多目標(biāo)優(yōu)化1工藝流程與系統(tǒng)建模根據(jù)系統(tǒng)自由度分析,最后選取4個相互獨(dú)立甲醇四塔精餾系統(tǒng)的工藝流程如圖1所示。的參數(shù)作為系統(tǒng)的操縱變量:Q—加壓塔的供粗甲醇經(jīng)換熱后進(jìn)入預(yù)精餾塔,脫除輕組分,塔底熱,kW/h;k加壓塔塔頂采岀的流量與常壓塔的高沸點(diǎn)組分經(jīng)加壓后進(jìn)入加壓塔。加壓塔塔頂塔頂采出的流量之比;p加壓塔塔頂?shù)膲毫?的氣體進(jìn)人換熱器,利用加壓塔塔頂和常壓塔塔底kPa;qn—常壓塔側(cè)線采出的流量,kg/h。的溫差,冷凝加壓塔塔頂氣相,同時給常壓塔塔底提綜上所述,系統(tǒng)的尋優(yōu)任務(wù)可描述為當(dāng)進(jìn)料條供熱能。加壓塔與常壓塔的塔頂餾岀精甲醇產(chǎn)品,件或約束條件發(fā)生改變時,尋找最優(yōu)的操縱變量,一部分回流回塔內(nèi)。常壓塔的側(cè)線抽出物進(jìn)入甲醇使得2個目標(biāo)得到協(xié)同優(yōu)化,其數(shù)學(xué)描述可定義為回收塔抽出雜醇油,廢水進(jìn)入生化系統(tǒng)處理4min.加壓塔塔頂、常壓塔塔底熱交換形成的雙效精S.t. Wp(Q,k,p,m2)