第二章 常压塔稳态模拟
常压塔生产过程的典型特点是连续性、复杂性和非线性，因此建立常压塔的数学模型需要具备两方面的基础: 一、是数学基础和控制学基础; 二、是化工专业基础知识，需要化工专业的传递过程原理及对过程工艺的了解。只有具备了这些基础理论才有可能建立常压塔模型。
2.1 常压塔稳态机理模型
2.1.1 原油特征化
常压蒸馏塔的原料油为原油，而原油是十分复杂的混合物，包含的组分数以千计，无法知道原油中的实际的组成成分。为了便于建模和仿真，我们就要把原油进行合理的划分处理，从而将其用假组分(pseudo–component)的形式来表达。主要原理是根据实沸点蒸馏数据(TBP)将原油切割成有限个数的窄馏分混合物，从而将每一个窄馏分当做一个纯组分来处理[60]。该方法在 20 世纪 30 年代，早已被 Katz 和 Brown 所提出，并且经过这么多年的实践应用，证明是有效可行的。我们这里对原油进行特征化处理的步骤一般包括：(1) 准备原始数据：实沸点蒸馏数据，其中主要包括各窄馏分的质量百分数、密度，以及所推算得到的渣油部分的窄馏分的质量百分数和密度；(2) 按照所需要求和已知的窄馏分的分布曲线来划分假组分，并且得到其质量百分数和密度；(3) 选取合适的经验关联式来计算所划分出的所有假组分的热力学性质。
2.1.1.1 原油的窄馏分布
实沸点蒸馏数据在渣油部分是没有划分的，因此我们这里需要进行对原来的实沸点数据进行扩展，以得到整个原油体系的实沸点数据。已知的实沸点蒸馏数据（TBP）数据中包含各馏分的沸点温度范围，馏分的质量百分收率及其密度。窄馏分 i = 1, 2, …,Nc的沸点温度取值的范围定义为[tb,i, tb,i+1] (oC)，而密度则表示为i ，质量百分收率则为 wi，因此可得
2.1.1.2 原油的假组分划分
考虑到动态仿真中，为了实现仿真系统对不同原油的切换，须对各种原油采用一组性质固定的组分表示。如同利用水和乙醇的组分浓度表示各种酒精，不同浓度的假组分混合物可用来表示不同原油。这里将这类性质固定的组分称为基准组分郑陵等[61]用正构烷烃作为基准组分表达石油混合物，贺春莲与任丽丽[62, 63]用一组烷烃、环烷烃和芳香烃作为基准组分表达石油混合物，均在气液相平衡计算中取得成功。然而，正构烷烃表达石油混合物时，仅仅考虑了石油混合物的是沸点温度分布，无法考虑密度分布。而用烷烃、环烷烃和芳香烃表达石油混合物，虽可同时考虑沸点、密度、族组成信息，但涉及的组分数目众多，对相平衡及分离的计算速度非常不利。基准组分选择的要点在于：可以通过调整基准组分的分布，有效地逼近石油混合物的沸点、密度等性质分布。基准组分最好具有明确的物理意义，且基准组分分布的求取尽可能简单、直观。基于这些考虑，本文提出采用基准假组分近似石油混合的方法。
第二章 常压塔稳态模拟.................................. 9
2.1 常压塔稳态机理模型 .................................................. 9
2.2 严格机理模型求解.................................................. 20
2.3 目标常压塔工艺............................................................... 22
2.4 基于 ASPEN PLUS 的稳态..................................... 24
第三章 基于 ANN 和信息分析法的................................ 26
3.1 Chen 等人的算法............................................. 26
3.2 基准测试 ................................................... 31
3.3 本章小结 ................................................... 33
第四章 AIDOE 的改进......................................... 34
4.1 支持向量机 .................................................... 34
4.2 AIDOE 改进 .............................................. 40
4.3 基准测试 ............................................................... 42
4.4 本章小结 .............................................................. 45
第五章 常压蒸馏塔的操........................................... 46
5.1 常压塔优化模型 ............................................................ 46
第六章 总结与展望
6.1 工作总结
本文主要的研究内容是对常压蒸馏系统的稳态机理模型的建立和操作优化技术等进行了详细的阐述，同时对 Chen 等人提出的试验设计优化方法(AIDOE)进行了改进，运用支持向量机来替代人工神经网络，并将改进的算法(SIDOE)应用到常压塔的操作优化中，通过一系列优化实验，最终证明该算法具有很好的可行性和有效性。在常压蒸馏塔的仿真建模和操作优化过程中的主要成果如下：
(1) 运用基准假组分这一特征化方法对原油进行划分处理，同时详细介绍了蒸馏塔各部分的数学模型，最终建立了稳态机理模型，并且通过验证，实际数据和模拟数据十分吻合，说明该模型十分准确。
(2) 对于 Chen 等人所提出的基于 ANN 和信息分析法的试验设计优化算法(AIDOE)做了详细的介绍，我们这里对其进行了改进，运用支持向量机来代替人工神经网络建立元模型，并且采用改进后的 Himmelblau 函数作为基准测试来对改进后的优化算法(SIDOE)进行验证，结果显示该算法非常有效，并且优于之前的算法。
(3) 建立了常压塔操作优化模型，运用所建机理模型，就两个案例，展示了文中提出的实验设计优化方法（SIDOE）在常压塔试验优化中的有效性。从优化结果可以看出 SIDOE 在寻优的速度上明显优于 AIDOE，SIDOE 能够更快的得到所需的优化结果，同时优化结果也表明了原有的工厂生产操作还能够得到很好的优化，使得企业的整体效益也能得到较大的提高。
参考文献
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