串联型乙炔加氢反应器的建模与优化

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乙炔加氢过程是将石油裂解气中的副产物乙炔转换为产品气乙烯的过程。反应过程中产生的绿油杂质会在催化剂表面不断富集,导致催化剂活性不断下降,为提高生产过程可靠性,工业上常选择将两个反应器分别称为一段和二段加氢反应器串联操作。反应为中度放热反应,操作不当易导致飞温、产品气不合格等问题,甚至造成安全隐患。因此,研究串联型乙炔加氢反应器的建模和优化对稳定生产和提高经济效益有重要意义。  为了研究问题的方便,本文将碳二加氢反应器模型分解为催化剂失活和反应动力学两部分,使得所构建的模型能够精准模拟实际工业生产。采用混合蛛猴算法拟合相关模型参数,建立一段反应器全周期数学模型。通过对比模型输出和反应器实际输出,证明该模型能够达到反应器的预测精度要求;同时,根据实际数据拟合二段反应器模型参数,建立串联型加氢反应器全周期数学模型。根据建立的模型探究决策变量的变化和两段反应器不同运行周期组合对反应器性能的影响。结果表明,反应器性能可通过选择适当的两段反应器运行周期、优化决策变量而得到改善。  本文研究的串联型乙炔加氢过程动态优化问题属于有约束优化问题,求解此类问题时常采用Deb准则选取更优的解。针对其对备选解采用贪婪选择方式易导致算法陷入局部最优的缺点,本文在潜在解替代策略实施中引入两阶段差分算法,用于求解本文所构建的串联型反应器动态优化问题。结果表明,改进算法的求解精度得到有效提升,按照算法寻优结果调整一段反应器进料氢炔比和进料温度可有效提升串联型反应器的性能,提高经济效益。
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