[发明专利]一种板式精馏过程的混合整型非线性优化设计方法

权利要求书

1.一种板式精馏过程的混合整型非线性优化设计方法，其特征在于包括以下步骤：

(1)建立板式精馏过程的广义析取规划(GDP)模型：

首先根据给定的板式精馏塔的进料成分和流率，以及最终分离得到的产物的纯度要求，建立板式精馏塔的GDP模型：热量的交换发生在精馏塔两端的塔板上，这两块塔板和进料板都被称为“固定塔板”，其余的塔板则被称为“条件塔板”，条件塔板的存在与布尔变量有关。根据精馏过程体系的物系特征，分别建立固定塔板和条件塔板由物料平衡方程、气液平衡方程、摩尔分数归一化方程和能量平衡方程等数学表达式组成的机理模型。优化的目标函数为最小化投资费用和操作费用之和的年总成本。

(2)建立预处理过程：

预处理过程通过理论上可逆模型的计算可以得到严格精馏模型的初始值和边界值，能够保证精馏模型求解的全局收敛性和全局最优解。给定进料混合物的性质和组成、气化率和操作压力，用闪蒸模型求解精馏过程的气液平衡方程。该闪蒸模型中，气相压力由Wager's方程求解得到。气相和液相焓值由温度的多项式求解得到。预处理过程包含了两个基本的NLP子问题。

第一个NLP问题：根据可逆精馏段和提馏段物料平衡方程、能量平衡方程和归一化方程、进料段的物料平衡方程、总的气液平衡方程建立可逆精馏过程的数学模型。

第二个NLP问题：根据精馏过程夹点模型的塔顶、塔底、重组分完全采出的部分精馏段和轻组分完全采出的部分提馏段的物料平衡方程、能量平衡方程和归一化方程，建立精馏过程夹点的数学模型。

(3)精馏过程GDP模型求解过程：

GDP模型的求解运用LBOA算法，该算法通过简化的NLP子问题和MILP主问题的迭代进行求解。GDP模型的求解步骤为：1)预处理过程的求解；2)求解GDP相关的预处理项：求解所有塔板存在的NLP子问题和部分塔板存在的NLP子问题；3)求解运用了GDP算法的系统综合问题。

2.根据权利要求1所述的一种板式精馏过程的混合整型非线性优化设计方法，其特征在于将广义析取规划(GDP)算法运用到了精馏塔的建模和优化求解过程，是以塔板和进料板的是否存在为逻辑变量，以年费用最小为目标函数，利用GAMS进行优化求解。

3.根据权利要求1所述的一种板式精馏过程的混合整型非线性优化设计方法，其特征在于采用了一般预处理过程，为GDP模型的求解提供了恰当的初始值和边界值，降低了求解的难度。

4.根据权利要求1所述的一种板式精馏过程的混合整型非线性优化设计方法，其特征在于所述的苯、甲苯、邻二甲苯的三元混合物精馏分离过程优化设计。