混合粒子群算法用于共沸精馏塔的最优设计

混合粒子群算法用于共沸精馏塔的最优设计

李红海*，姜奕，陶少辉

【摘要】摘要:提出了一种适于求解混合整数非线性规划问题的混合粒子群优化算法，并将其与化工过程模拟软件相结合，用于共沸精馏塔的最优设计。优化模型以年度总费用最小为目标，以精馏段板数、提馏段板数和回流比为优化变量，并引入流体力学约束使得优化结果更具实际价值，并以效率更高的“轮盘赌”式策略处理整数变量，约束处理采用Deb方法。最终以C++实现优化算法，C#编制界面，通过商业模拟软件Aspen Plus计算粒子适应度，将本方法用于一个醋酸甲酯/甲醇/水三元共沸组成的分离案例，所获最优年度总费用优于文献结果。

【期刊名称】化学工业与工程

【年(卷),期】2015(032)005

【总页数】5

【关键词】关键词:混合粒子群优化算法;共沸精馏塔;最优设计;流体力学约束

美国的一项统计数据表明［1］，化工过程中有40%～50%的能耗用于分离，而这其中又有95%的能耗在精馏过程中，因此精馏塔的最优设计问题的研究方兴未艾［2－3］。

精馏塔设计是一个在给定分离要求下确定分离所需塔板数、进料位置和回流比，进而确定塔高塔径等的设计过程。最优设计与一般设计相比，需要在能够完成分离要求的基础上，权衡能耗费用与投资费用，最终使年度总费用(Total Annual Cost，TAC)最低。由于塔板数、进料位置为整数变量，而回流比为连续变量，且精馏过程具有强非线性，因此精馏塔的最优设计是一个混合整数非