过程模拟优化在化工工艺设计中的应用

摘 要：方法的优化就是在研究过程中不断的演变， 动态人工神经网络的动态算法的统一框架就是所谓的提出基于DNN，其对并行分布计算特性进行了重点论述，又根据乙醇生物炼制过程对乙醇产业化装置进行了严格的计算机流程模拟，建立的Aspen plus平台上乙醇炼制过程流程模拟模型，为操作优化、乙醇生产技术在大型工业规模的过程设计、评价技术经济基础的设计工具和优化操作方案；为过程设计提供全部的物料以及能量方面的衡算数据；能够实现利用最新的研究的各种结果实现对最终结果里热量降低的影响和贡献做出客观公正详细的评价。

关键词：过程模拟；建模；优化

现代工业倾向于向大型化和自动化的发展，为了能保证工业生产的安全、高效率、经济节约、优质，唯一选择的就是做到大型工业过程的自动化。在整个生产流程中，控制系统是从控制单个工艺变量的稳定开始设置顺序的，然后是控制单元过程，进而到把控整个车间。规划原则就是根据市场的需求最佳地管控生产过程的计算机集成以综合自动化，从而使经济效益随着不断扩大控制规模而有显著的增长。从功能上工业生产过程计算机集成综合自动化的总体结构可分为过程最优控制以及优化生产过程的操作两个方面，市场预测、最优计划和最优调度、决策四个层次，各个层次上都存在着不同程度的优化，相应地可获得经济效益不同幅度的上调，本文章主要是讨论化工生产过程的在线操作优化。

一、实例建模--乙醇连续发酵过程

1.流程模型的假设

经研究提出合理的假设，并相应简化其过程。包括以下步骤：（1）根据过程连续性的等价性原则，可以得出全过程处于连续性操作状态；（2）过程处于稳定运行状态，不考虑过程中出现的开车和停车这些特殊状态；（3）由于在输送物料过程中压力会降到0，故可忽略研究中输送过程的能耗；（4）在液气的平衡计算时，若是不发生化学反应的固体组分则不参与计算；（5）在独立的换热器中能够实现物流的温度变化。

2.单元操作模块的流程模型

下图1为模型发酵过程流程图1。6 个发酵罐，1 个预发酵罐构成了整个发酵流程。其中，A为预发酵罐，酵母、干法糖液、营养盐分别为S1、S2、S3的进料。S5、S7、S9 的进料均为干法糖液。S16进料是循环返回的酵母，S15出料为含 11%～12%（V/V）乙醇的产品，其下游段用于分离纯化，废酵母从S14出料 ，其中的一部分循环到发酵罐B。

清液发酵产乙醇流程涉及 5 个主要组分：水（water）、乙醇（ethanol）、葡萄糖（glucose）、二氧化碳（CO2）和酵母（yeast）。另外其它微量的杂质在生物的代谢过程中也会产生。因在非结构性动力学的模型基础上建立的相关数学模型，并且在该酶反应过程中会有菌体的生长，以致没有固定的反应方程式适用，用户根据自己的生产要求和状况，可以部分的改进生产过程。

二、模拟计算结果

本文模拟计算和验证模型的表格如下表1显示（见下）：

三、过程的模拟和结果分析及优化

主要考虑葡萄糖的进料量对于预发酵、整个发酵结果、反应压力、发酵系统热负荷优化的影响。

整个装置上设计根据本文的条件和所得出的结果的实验来验证系统热量的优化。实验过程中各个发酵罐的温度和产品最终温度的测量值如下表所示。经分析可得，各发酵罐经系统热量优化后的温度均在 32到33℃之间，而产品的酒精含量和残糖值均符合要求（表2见下）。

在蒸馏过程中，进料的原油成份、塔的操作条件以及生产的负荷等影响产品质量的因素非常多，而化工流程模拟系统 AsPENPLus、PR0ll、Hsys等，虽然在原油的加工过程是能够运用，但需独立的运行环境，且只能够进行离线操作，难于直接地在装置上在线模拟分析。企业应用过程模拟能够获得大量的反映生产过程以及状态的数据，提供了质量的控制所需的相关信息。统计分析的方法能够高效地处理、分析得到的数据， 分析生产的过程中的众多参数（包括过程参数以及质量指标）间的关系， 建立预估模型针对难以测量的质量指标，将数据资源转化成为效益。

参考文献：

[1]冯宝林，王晓春，张北屿等，油型常减压蒸馏装置扩能改造及标定[J]，石油化工设计，2003，30（3），37--10

[2]张北屿，冯宝林，油型常减压蒸馏装置的扩能改造[J]，炼油技术与工程，2003，33（1）.