过程全局夹点分析与超结构MINLP相结合的能量集成最优综合法

提出了过程全局夹点分析与超结构混合整数非线性规划 (MINLP)相结合的能量集成最优综合法 .各单过程内部换热优化匹配后 ,进行各过程剩余冷、热负荷与公用工程系统的全局夹点分析 ,确定全局热集成目标 ,在此基础上建立包含过程剩余热负荷产生各等级蒸汽、剩余冷负荷使用各等级蒸汽加热的各种可能匹配方案的公用工程换热网络超结构及其MINLP模型 ,采用混合连续进化算法求解得到过程与公用工程换热网络最优改造方案 .大型乙烯装置能量集成应用算例表明 ,可充分发挥全局夹点分析法确定改造目标的简洁实用性和超结构MINLP寻求最佳方案的优点     

水夹点分析与数学规划法相结合的用水网络优化设计

提出了水夹点分析和数学规划法相结合的用水网络最优设计法。水夹点分析基于对过程用水的理解,获得新鲜水用量目标并给出用水网络设计的基本规则。在此基础上建立过程使用新鲜水、排放废水和回用的各种可能匹配方案的用水网络超结构及其MINLP模型。既避免了用水夹点综合设计用水网络得不到真正意义上的最优解,又在一定程度上防止超结构规模过大,MINLP维数太高,求解困难。采用通用代数建模系统GAMS得到用水网络最优设计方案。文献中的应用实例表明,本文所提方法可充分发挥水夹点分析确定新鲜水用量或回用结构的简洁实用性和超结构MINLP寻求最佳方案的优点。     

用于热集成精馏序列综合的改进模拟退火算法

提出一个用于多组分热集成精馏系统综合问题的改进模拟退火算法.将优化问题表示为混合整数非线性规划（MINLP）问题,将算法设计同研究问题的特征相结合,运用本文方法可在同一退火策略下实现流程结构和操作参数的同步优化,并能达到计算精度和计算速度的更好均衡.通过对大规模算例（产品数≥10）的计算表明,该方法对求解此类问题非常有效.     

基于信赖域算法的精馏塔优化

从结构优化角度建立精馏塔优化的混合整数非线性规划(MINLP)模型,为了消除整数变量,引入绕流效率将MINLP问题转化为非线性规划(NLP)问题。针对得到的NLP问题提出一种优化方法,在该方法中采用结构优化中常用的信赖域优化算法进行求解,并应用虚拟瞬态连续性方程辅助优化中的稳态模拟。采用提出的优化方法对3个精馏系统进行设计优化,以不同初始值开始,均可得到令人满意的优化结果,表明所提优化方法具有良好的稳健性,对于较复杂的部分热耦合精馏过程仍然可以有效优化求解;信赖域算法在精馏塔优化中也表现出良好的收敛性。     

基于逻辑与启发性知识的MINLP过程综合方法

提出了一种系统化的基于逻辑与启发性知识的MINLP过程优化综合方法 .该方法将超结构图的拓扑结构分解成特定的几种设备连接类型 ,通过组合形成基于逻辑的混合整数规划模型 ,克服了数学规划法在建模方面所存在的不直观、难于系统化地实现、复杂的超结构模型难于建立等缺点 .模型中还以硬逻辑或启发的形式引入工程经验 ,减小了搜索空间 ,加快了求解速度 .通过化工厂公用工程系统综合的实例 ,将本方法与传统的层次分解法、数学规划法进行了比较 ,证明了其实用性和优越性     

工艺过程与换热网络的联合优化

提出了用超结构回归模型法来解决工艺过程与换热网络联合优化综合的课题,并且对超结构中整型变量的处理提出了整型变量连续化的方法,为有效地求解混合整数非线性规划问题(MINLP)提供了一种新的途径;应用该方法对某化肥厂的改造扩建进行了优化计算,表明该方法的应用可以产生很大的经济效益.     

化工过程综合问题MINLP算法中整型变量的连续化

化工过程系统综合问题需要同时考虑设备结构参数和工艺操作参数,一般用整型变量表示设备的取舍,用连续变量表示操作参数,这就构成一个流程的超结构,在数学形式表现为一个混合整型非线性规划（MINLP）问题。混合整型非线性规划问题的求解成为化工过程综合优化的关键。今根据超结构中整型变量的特征,提出整型变量连续化处理的思路,将MINLP问题简化为NLP问题,然后采用罚函数法求解。最后将该算法运用于加氢脱烷基化（HDA）过程综合的实例研究,结果表明该算法克服了传统方法在处理整型变量时出现的麻烦,为有效快速地进行化工过程综合优化问题提供了一种新的途径。     

生态工业园区的MINLP模型

生态工业园区的设计和管理需要建立在定量分析的基础上，目前仍然是一个薄弱环节. 本文提出了一个引入逻辑表达式的生态工业园区模型，可以通过对一个混合整数非线性规划(MINLP)问题进行求解来获得有价值的参考信息. 模型可以分为成员模型和连接模型两部分，成员模型作为积木，通过连接模型搭建成不同拓扑结构的生态工业园区方案. 开发的生态工业园区模型具有良好的扩展性、可修改性、可重用性，可以作为生态工业园区决策系统的核心模型. 以山东枣庄市南工业区为对象进行了案例分析. 模型用非线性优化软件LINGO求解.     

求解带有等式约束的混合整数非线性规划问题的粒子群算法

针对带有等式约束的混合整数非线性规划(MINLP)问题,建立了一种改进的粒子群优化(PSO)算法--简约空间法.利用等式约束将问题的维数降低,使带有等式约束的优化问题转化为无等式约束优化问题.通过测试函数和过程综合的实例对该算法进行了测试并与其他算法所得的结果进行了比较,结果表明,PSO算法在使用的普遍性、求解的准确性等方面都优于一般的算法,尤其对于非凸的MINLP问题,PSO算法是一种有效的求解方法.     

汽油调合调度优化

采用连续时间建模方法，建立了一种新的汽油非线性调合和调度集成优化的混合整数非线性规划（MINLP）模型，克服了当前在油品调合调度中采用线性调合模型或者将非线性调合过程和调度分开优化的缺陷。针对建立MINLP模型的特点，将原MINLP问题转化为求解一系列的混合整数线性规划（MILP）模型，避免了直接求解MINLP模型的复杂性。最后以某大型炼油企业为例，验证了模型和算法的实用性。     

基于矩阵编码的遗传算法多杂质间歇用水网络优化

针对多杂质间歇用水网络优化设计问题,建立了以新鲜水用量最小为目标的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并提出基于矩阵编码的遗传算法和信赖域序列二次规划(trust region sequential quadratic programming,TRSQP)法相结合的求解策略。本文采用矩阵编码方法为时间条件约束提供了方便,从而使用水单元之间水回用关系更加清晰明确;采用基于矩阵编码的遗传算法对整数变量进行优化,采用TRSQP法对连续变量进行优化,集成应用两种方法进行优化求解,从而获得MINLP模型的最优解;并借助MATLAB软件进行编程并实现。利用本文所提出的求解方法和策略对文献中2个典型案例进行求解,求解结果均优于文献数据。实例计算表明,本文所提求解方法是可行的。     

基于遗传/模拟退火算法考虑压降的换热网络优化改造

工艺系统中需要加入新物流、现存的换热网络结构需要改动、换热网络有较大的能量回收潜力,这些都是换热网络需要进行改造的原因.本文基于非等温混合分级超结构,建立了换热网络优化改造的MINLP数学模型,同时考虑了改造后的公用工程费用、新增换热器的费用、原有换热器新增面积的费用、新增动力设备的费用.将用于换热网络综合的分级超结构模型进行了简要的改进,增加了一些和现存设备相关的限制条件和二元变量.通过对现存换热网络进行分析,充分的利用原有的换热设备和换热网络结构,基于GA/SA算法求解可 得到优化改造的换热网络结构.实际算例的计算结果和文献结果对比表明,本文得到的改造方案用较少的投 资,实现了较多的公用工程节省,新增设备费用的静态投资回收期为0.53年,为换热网络改造提供了好的可行方案.     

化工过程系统综合问题新的模块化求解策略和算法

针对过程系统综合问题中求解混合整数非线性规划（MINLP）问题传统解法的不足提出了在[JP+1]模块化环境中过程系统综合问题新的求解策略,同时提出相对应的算法.实例证明了该策略的正确性和新算法的有效性.     

ON THE MINLP APPROACH FOR OPTIMAL DESIGN OF CHEMICAL ENGINEERING SYSTEMS (I) A GLOBAL OPTIMIZATION METHOD FOR NONCONVEX MINLP PROBLEMS

An algorithm for global optimization of a class of nonconvex MINLP problems is devel-oped and presented in this paper.By partitioning the variables,dual representation of the primal ofsubproblems and outer-approximation strategy are used to develop a representative relaxed iterativeproblem.Then the original MINLP problem is replaced by a series of subproblems and relaxediterative problems.By exploiting the particular form of the nonconvex MINLP problem,the feasibleregion of this problem is explicitly included in the representative problem,thus the inconvenienceencountered with the GBD method can be avoided.The proposed method is illustrated andinterpreted geometrically with an example problem.     

基于随机优化的热耦合复杂精馏系统的综合(Ⅰ)模型化方法

基于随机型最优化策略,针对包含简单塔、带有侧线蒸出及侧线汽提塔的复杂塔、全热耦合（或Petlyuk）塔的热耦合复杂精馏塔系统的综合问题,提出一种模型化方法.针对热耦合复杂精馏流程系统所需塔段数目以及冷凝器和再沸器数目的不确定性,提出了一种分解求解策略,将原问题分解成一系列具有不同塔段数的子问题分别求解;针对流程结构的优化提出一种流程结构的编码表达法,该方法将问题的分离序列结构和热耦合方式分别用两组编码表示,对分离序列的编码采用了数据结构理论中的二叉树排序方法,使流程结构的描述变得更加简便;最后以预分馏塔组分回收率及回流比为连续变量,建立了热耦合复杂精馏系统优化的[JP+1]混合整数非线性规划（MINLP）模型,该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数.     

换热器网络同步最优综合方法──改进的MINLP转运模型法

针对现有的换热器网络最优综合方法的局限性，采用分级超结构转运模型和物流吸、放热潜力的概念，提出了非等温混合线性约束的换热器网络同步最优综合混合整数非线性规划（MINLP）的改进模型．该模型不仅可以对公用工程费用、换热面积、换热设备台数及物流的匹配选择进行多目标同步优化，而且在线性约束的条件下消除了等温混合的不合理假设，只需求解一次MINLP问题就可得到包括分流情况在内的最优网络结构．算例表明，该模型优于以往的几种同步优化模型．     

热集成复杂精馏系统综合的研究

将夹点分析法应用于热集成复杂精馏系统综合的换热网络设计中,避免了以换热网络结构作为独立变量,建立了一个以预分馏塔组分回收率、回流比及操作压力为连续变量,以分离序列和热耦合方式为离散变量的混合整数非线性规划(MINLP)模型。该模型用改进的模拟退火算法求解,可同时得到优化的流程结构和操作参数。对多个五组分混合物分离问题进行了求解,并对不同优化方案的优化结果及其经济性作了比较和分析,结果表明采用热集成复杂精馏塔流程可以显著地降低系统的总费用,还表明该方法是求解热集成复杂精馏系统综合问题的有效方法。     

多目的间歇化工过程最优设计——SA/LP算法

提出了具有多条生产路线的多目的间歇化工过程最优设计混合整数非线性规划(MINLP)模型,该模型允许同时设立同步、异步平行单元以及中间储罐,并允许设备尺寸离散变化.在结合模拟退火(SA)和线性规划(LP)的基础上提出了可求解上述MINLP问题的SA/LP算法,该算法结合了SA全局收敛性好和LP可处理连续变量与约束方程的优点.计算表明,上述模型与算法实施简便,得到了文献算例中未得到的全局最优解,且在计算速度、内存占用上都远远优于文献中的方法.     

数学规划与图形方法相结合设计热集成用水网络

将数学规划法与图形方法相结合探究单杂质用水网络与换热网络的集成问题。首先构建混合整数非线性规划模型（MINLP）,在最小公用工程消耗下优化流股参数未知情况下的分离系统组合曲线面积,得到了最为节能、换热面积最小的用水网络结构。在此基础上,提出了新的分离系统组合曲线演化步骤和规则,可以得到换热单元数目较小的换热网络结构。算例表明,与现有的基于分离系统的热集成用水网络设计方法相比,在最小化公用工程用量的同时可以进一步降低换热器数目与总换热面积。     

反渗透海水淡化系统的优化设计

对反渗透海水淡化过程的设计进行了研究。首先对过程的每个单元给出了单元操作模型和相关的经济模型。通过一定的变量将这些模型相互关联,组成系统模型。系统模型主要考虑了一级流程和二级流程。将年费用最小定为目标函数,并满足过程热力学、设备选型、设计要求等约束。系统的设计问题可表达为一个混合整数非线性规划(MINLP)。当产品水的设计要求不同,给水浓度不同时,采用本文的设计方法分别得出了不同的最优设计方案。这个方法可用于海水、苦咸水淡化的工程设计,也可用于高浓度含盐废水的脱盐工艺设计。