多牌号并行精馏塔系统调度优化

摘要

多牌号并行生产装置的调度优化是流程工业中一类重要的问题。合理的生产调度方案能降低生产成本、节约能源，提高企业的生产能力。对生产系统建立有效的调度模型、寻求适当的求解方法、得到合理的优化调度方案，是解决调度问题的必要环节。本文以工业多牌号并行精馏塔系统为研究对象，建立了一个基于混合整数线性规划(MILP)的调度模型，为实际生产提供最优的调度方案，从而实现节能降耗的目的。研究内容总结为以下几个方面:
　　1.建立调度适用的精馏塔代理模型。精馏塔严格机理模型能准确地描述过程特性，但呈现大规模、高度非线性的特征，用于调度模型中会使得求解困难。因此，需将机理模型进行适度简化。首先对各个精馏塔建立稳态严格机理模型，用工业数据对模型进行校验。在此基础上，通过机理模型生成在各种不同条件下的最佳操作点数据。最后，应用这些数据，建立具有适度精度的精馏塔代理模型。
　　2.建立多牌号并行精馏塔系统的调度优化模型。基于离散时间表达建立了MILP模型，描述了生产过程中的各种操作约束，包括物料平衡、精馏塔生产过程的模态描述、切换过程描述、边界条件，以总的操作成本最小化作为目标函数。
　　3.分析调度优化实例结果。首先，针对实际问题进行了优化求解;接着，将优化求解结果与两种启发式调度方案进行对比分析;然后，讨论了离散化步长对最终结果的影响;最后，将基于精馏塔稳态代理模型的调度结果与严格机理模型的结果进行比较，论证了计算结果的准确性。
　　最后，总结了全文的研究内容，并对多牌号并行精馏塔系统调度问题的后续工作进行展望。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 调度问题的过程描述方式

1．2．1 状态任务网络

1．2．2 资源任务网络

1．3 调度问题的时间表达方式

1．3．1 基于离散时间表达方式

1．3．2 基于连续时间表达方式

1．4 调度问题中模型简化的方法

1．4．1 基于模型降阶的简化方法

1．4．2 基于数据驱动的模型简化

1．5 并行生产装置的计划调度的研究进展

1．5．1 间歇过程调度研究进展

1．5．2 连续过程调度研究进展

1．6 研究内容及各章介绍

第二章 调度问题的精馏塔代理模型的建立

2．1 多牌号并行精馏塔系统简介

2．1．1 背景介绍

2．1．2 问题描述

2．2 精馏塔严格机理模型

2．2．1 稳态严格机理模型

2．2．2 精馏塔塔板效率参数估计

2．3 操作可行域分析

2．4 代理模型的建立与分析

2．4．1 代理模型的建立

2．4．2 代理模型的分析

2．5 小结

第三章 多牌号并行精馏塔系统调度建模

3．1 调度问题描述

3．2 物料守恒

3．3 生产过程的模态描述

3．3．1 模态介绍

3．3．2 模态的数学描述

3．4 切换过程描述

3．4．1 生产速率变化约束

3．4．2 模态间切换

3．4．3 模态切换序列

3．5 边界条件

3．6 目标函数

3．7 结论

第四章 调度优化方案分析与比较

4．1 问题描述

4．2 调度问题优化求解

4．3 优化调度与启发式调度的对比分析

4．4 离散化步长对调度优化结果的影响

4．5 代理模型计算的准确性分析

4．6 结论

第五章 总结与展望

5．1 论文总结

5．2 研究展望

符号说明

参考文献

作者在学期间取得的成果