第6章 化工优化计算优秀课件.pptVIP

第六章 化工优化计算 内容 前言 每个优化问题都包含三个基本方面： 至少有一个要优化的目标函数（利润函数、费用函数等）； 等式约束； 不等式约束。 所谓化工优化设计就是采用优化方法使化工过程满足最优的目标函数和约束条件。这一最优目标函数通常是指设备或装置的年费用为最小。 在化工设计中确定某些参数时，需要考虑对设备费用和操作费用的影响。 前言 化工装置的年费用 = 设备费用 + 操作费用。 设备费用：一般指设备的购置费用、安装费用、维修费用按折旧年限分摊到每年的成本。 操作费用：指每小时生产所需的水、电、蒸汽等费用乘以年开工小时数为每年的成本。 由于优化设计涉及技术经济参数，因此可靠的定量计算需了解国家的技术经济政策和市场的价格走势。 6.1 技术经济数据 进行化工的优化设计计算，必须要有技术经济数据或相应的数据库。由于物资的价格特别是钢材和能源的价格随市场变化很大，所以技术经济数据不像物性数据是固定不变的，需要根据市场的发展不断修正。 6.1 技术经济数据 设备费用 （1）按设备有固定的单价 6.1 技术经济数据 设备费用 （2）按系列设备公式计算 6.1 技术经济数据 设备费用 （2）按系列设备公式计算 6.1 技术经济数据 设备费用 （2）按系列设备公式计算 6.1 技术经济数据 操作费用 6.2 几个化工单元操作优化实例 求解优化问题的方法往往根据条件的不同而各有差异。如目标函数只涉及一个变量，称为单变量优化问题，否则为多变量问题。这里介绍的化工单元操作的优化，都是单变量的优化问题。 6.2 几个化工单元操作优化实例 最佳管径的设计 管路的优化设计是指设计出使整个管路的设备费和操作费的年成本最小的管径，对高压管路和远距离管线的设计尤其重要。 6.2 几个化工单元操作优化实例 最佳管径的设计 6.2 几个化工单元操作优化实例 最佳管径的设计 6.2 几个化工单元操作优化实例 最佳管径的设计 6.2 几个化工单元操作优化实例 换热器冷却水出口温度的优化 用冷却水冷却某工艺热流体，当换热器的传热量为已知，水的进口温度一定时，根据传热计算可知：冷却水出口温度的高低将影响传热温度差及换热面积，即影响设备费用；同时冷却水的出口温度又影响冷却水的用量即操作费用。所谓最佳冷却水出口温度就是在此温度下，换热器的设备和操作的年费用最小。 6.2 几个化工单元操作优化实例 换热器冷却水出口温度的优化 由热量衡算和传热速率： 6.2 几个化工单元操作优化实例 换热器冷却水出口温度的优化 6.2 几个化工单元操作优化实例 换热器冷却水出口温度的优化 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 回流比是精馏塔设计和操作的重要参数，回流比的大小直接影响精馏塔的能耗及塔板的直径和数量。以常规精馏塔（泡点加料）为例。 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 6.2 几个化工单元操作优化实例 精馏塔最佳回流比的确定 当D、Rm、Nm、p和T等为已知值，其他的物性和经济参数也为已知值时，精馏塔的年费用CZ是R的函数，最佳操作R同样可以通过极值法和穷举法求得。 6.3 过程系统的优化 技术的发展使人们认识到，要把一个装置作为整体来考虑，使之能耗最小、年费用最小和环境污染最小，达到整体设计的优化，称为过程的集成。通常在同一装置内有多股物料需要加热，另有多股物料需要冷却。如果把这些物料相互匹配，使热流体放出的热量提供给冷流体加热，这样可以大大减少加热蒸汽和冷却水的耗量，使能量利用率大为提高。过程集成中目前最实用的方法是夹点技术。 6.3 过程系统的优化 温焓图和复合曲线 根据热量衡算可知，温度上升即流体的焓值增加，当流体的比热容为常数时可写为： 6.3 过程系统的优化 温焓图和复合曲线 6.3 过程系统的优化 夹点和换热系统的集成 6.3 过程系统的优化 夹点和换热系统的集成 6.3 过程系统的优化 夹点和换热系统的集成 6.3 过程系统的优化 系统热集成的目标函数 热复合曲线和冷复合曲线的相互位置决定了夹点温差，同时也确定了需要换热器的个数、传热面积的大小及冷却水和加热蒸汽的耗量。 系统热集成的目标函数有多种选择。其中以年费用为目标函数的形式如下： 6.3 过程系统的优化 系统热集成的目标函数