间歇过程生产调度与热集成优化研究

摘要

间歇生产过程由于其小批量、多品种、高附加值的特点在流程工业中得到了广泛应用。伴随着激烈的全球化竞争以及可持续发展的严格要求，如何提高资源利用率同时降低排放已成为企业竞争的核心因素。
　　本文旨在通过构建系统化的研究方法，对间歇生产过程调度与热集成优化问题展开研究，以提高资源利用率，生产出更多的产品，同时又尽可能减小生产过程中的操作费用与设备投资费用，从而获得最大利润。主要研究内容包括：
　　（1）间歇过程生产调度与热集成分步优化：首先，采用数学规划法，基于特定单元事件点时间表达方式及状态任务网络（STN），构建生产调度模型，获得最大产能。在此基础上，采用启发法，基于时间段模型（TSM）进行热集成分析，降低公用工程能耗。结果表明分步优化策略虽不能得到全局最优解，但是容易求解，在处理大规模问题时仍是有效的方法。
　　（2）间歇过程生产调度与热集成同步优化：为了更好的挖掘热集成机会，本文对间歇生产过程调度与热集成问题进行了同步优化。基于数学规划法构建热集成模型，并通过产量与生产调度模型相关联，以最大利润为目标函数，同时权衡产品收入、公用工程消耗费用与换热设备费用。同步优化模型创新点为：提出了伴生任务的概念来描述生产任务的热需求，进而得到改进的状态任务网络，该网络能描述所有流股与流股、设备与设备以及流股与设备之间的热集成机会；考虑多种换热方式以及换热器分时共享机制，使换热任务与换热设备更好的匹配，符合实际生产。
　　（3）间歇过程换热器的拆分与组合共用：换热设备的费用与其面积相关，将面积较大的换热器进行拆分，并在不同时间间隔进行组合共用，可以有效的减少换热器面积，从而降低设备投资费用。在得到初始换热网络的基础上，采用数学规划法，对间歇过程换热器的拆分与组合共用问题进行研究，提出差序拆分求解策略以降低模型求解难度，最后，通过算例对上述方法进行验证。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 间歇过程生产调度概述

1.2 间歇过程热集成概述

1.3 间歇过程生产调度与热集成优化研究进展

1.4 论文研究内容及框架

2 间歇过程生产调度与热集成分步优化

2.1 问题描述与定义

2.2 生产调度模型与热集成

2.3 算例研究

2.4 本章小结

3 间歇过程生产调度与热集成同步优化

3.1 问题描述与优化方法

3.2 同步优化数学模型

3.3 算例研究

3.4 本章小结

4 间歇过程换热器的拆分与组合共用

4.1 换热器费用计算

4.2 数学模型构建

4.3 差序拆分求解策略

4.4 算例分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 符号说明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢