第7章系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的用N

1、第第7 7章章 系統(tǒng)工程系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的理論在煉油化工廠的應(yīng)用應(yīng)用第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程應(yīng)用內(nèi)容系統(tǒng)工程應(yīng)用內(nèi)容企業(yè)管理：企業(yè)管理：企業(yè)具有社會功能，生產(chǎn)計劃制定必須考慮社企業(yè)具有社會功能，生產(chǎn)計劃制定必須考慮社會需求、政府政策、庫存情況、生產(chǎn)能力、原會需求、政府政策、庫存情況、生產(chǎn)能力、原料供應(yīng)、產(chǎn)品運輸?shù)攘瞎?yīng)、產(chǎn)品運輸?shù)壬a(chǎn)管理：生產(chǎn)管理：在滿足生產(chǎn)計劃的前提下，以最優(yōu)的條件生產(chǎn)在滿足生產(chǎn)計劃的前提下，以最優(yōu)的條件生產(chǎn)質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)標(biāo)的產(chǎn)品第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的

2、應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用最優(yōu)化問題：最優(yōu)化問題： min( ). .( )( )f xs tg xh x00max (

3、 )min( )f xf x最大化??？最大化??？目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)( )f x優(yōu)化變量優(yōu)化變量(手段手段)x不等式約束條件不等式約束條件( )g x等式約束條件等式約束條件( )h x第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、

4、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用一、目標(biāo)函數(shù)第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù)(Objective Function)優(yōu)化問題所追求的要達(dá)到的目標(biāo)優(yōu)化問題所追求的要達(dá)到的目標(biāo)常用優(yōu)化目標(biāo)：常用優(yōu)化目標(biāo)： 系統(tǒng)的原料利用率最高；系統(tǒng)的原料利用率最高； 產(chǎn)品產(chǎn)量最大；產(chǎn)品產(chǎn)量最大； 經(jīng)濟(jì)效益最大；經(jīng)濟(jì)效益最大； 能源消耗最?。荒茉聪淖钚?； 操作成本最低；操作成本最低； 系統(tǒng)的投資成本最低；系統(tǒng)的投資成本最低；第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用多目標(biāo)優(yōu)化問題的處理多

5、目標(biāo)優(yōu)化問題的處理 突出主要目標(biāo)；突出主要目標(biāo)； 將多目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)；將多目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)閱文繕?biāo)； 對相互矛盾的目標(biāo)進(jìn)行折衷處理；對相互矛盾的目標(biāo)進(jìn)行折衷處理；加權(quán)！加權(quán)！加權(quán)！加權(quán)！第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在

6、企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、優(yōu)化變量第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用優(yōu)化變量優(yōu)化變量 (Optimization Variables) 系統(tǒng)模擬方程系統(tǒng)模擬方程: f (w, x, z) = 0 w 決策變量決策變量 x 狀態(tài)變量狀態(tài)變量 z 內(nèi)部變量內(nèi)部變量實現(xiàn)目標(biāo)的手段實現(xiàn)目標(biāo)的手段可影響操作結(jié)果可影響操作結(jié)果受制于決策變量受制于決策變量設(shè)備內(nèi)部變量設(shè)備內(nèi)部變量決策變量數(shù)量？決策變量數(shù)量？l 選擇優(yōu)化變量時必須充分考慮其對目標(biāo)函數(shù)的選擇優(yōu)化變量時必須充分考慮其對目標(biāo)函數(shù)的影響，也不能太多！影響，也不能太多！

7、第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用三、約束條件第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用約束條件約束條件(Const

8、rained Conditions)約束條件的類型約束條件的類型1）不等式約束條件）不等式約束條件g(w, x ) 02） 等式約束條件等式約束條件 等式約束條件包括：等式約束條件包括： 等式設(shè)計規(guī)定或工藝要求：等式設(shè)計規(guī)定或工藝要求： h(w, x ) = 0 等式尺寸成本關(guān)系式：等式尺寸成本關(guān)系式： c(w, x, z) = 0 系統(tǒng)模擬方程：系統(tǒng)模擬方程： f (w, x, z) = 0第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用最優(yōu)化問題可行域：最優(yōu)化問題可行域：Ox2x1min. .232360400012121212xxs txxxxxx滿足所有約束

9、條件的變量集合滿足所有約束條件的變量集合10 x 1240 xx122360 xx20 x 可行解第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問

10、題的類型及特點第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用過程優(yōu)化類型過程優(yōu)化類型固定工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)固定工藝流程和設(shè)備結(jié)構(gòu)操作參數(shù)優(yōu)化操作參數(shù)優(yōu)化調(diào)整工藝流程或設(shè)備調(diào)整工藝流程或設(shè)備設(shè)計參數(shù)優(yōu)化設(shè)計參數(shù)優(yōu)化 改變流程或設(shè)備后必須進(jìn)行操作優(yōu)化改變流程或設(shè)備后必須進(jìn)行操作優(yōu)化離線優(yōu)化離線優(yōu)化(off-line)在線優(yōu)化在線優(yōu)化(on-line)第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用過程優(yōu)化模型類型過程優(yōu)化模型類型穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型穩(wěn)態(tài)優(yōu)化模型模型不考慮時間參數(shù)模型不考慮時間參數(shù)min( , ). .( , , )0( , , )0

11、( , )0( , )0f w xstf w x zc w x zh w xg w x第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用過程優(yōu)化模型類型過程優(yōu)化模型類型動態(tài)優(yōu)化模型動態(tài)優(yōu)化模型模型考慮時間參數(shù)模型考慮時間參數(shù) 間歇過程間歇過程 連續(xù)裝置的開工與停工過程連續(xù)裝置的開工與停工過程 緊急情況等都屬于動態(tài)過程緊急情況等都屬于動態(tài)過程 某一點的狀態(tài)隨時間發(fā)生變化某一點的狀態(tài)隨時間發(fā)生變化統(tǒng)計優(yōu)化模型統(tǒng)計優(yōu)化模型依托數(shù)理統(tǒng)計方法建立模型依托數(shù)理統(tǒng)計方法建立模型第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)

12、化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立過程模擬模型過程模擬模型給定參數(shù)給定參數(shù)優(yōu)化變量優(yōu)化變量 經(jīng)濟(jì)模擬模型經(jīng)濟(jì)

13、模擬模型經(jīng)濟(jì)參數(shù)經(jīng)濟(jì)參數(shù)過程過程約束約束條件條件經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)約束約束條件條件經(jīng)濟(jì)經(jīng)濟(jì)特性特性指標(biāo)指標(biāo)最優(yōu)化程序最優(yōu)化程序過程模擬模型過程模擬模型過程參數(shù)過程參數(shù)經(jīng)濟(jì)模擬模型經(jīng)濟(jì)模擬模型調(diào)整優(yōu)化變量調(diào)整優(yōu)化變量第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用優(yōu)化問題的求解優(yōu)化問題的求解 求解模擬方程組在可行域內(nèi)決定優(yōu)化變量新值，使目標(biāo)函數(shù)得到改善(a) 可行路徑法在全部區(qū)域內(nèi)同時求解滿足模擬方程組與約束條件的優(yōu)化變量數(shù)值(b) 不可行路徑法l可行路徑優(yōu)化方法計算效率低，其根本原因是拋棄大量超出可行路徑優(yōu)化方法計算效率低，其根本原因是拋棄大量超出可靠域的試算點可靠域的試算點

14、l優(yōu)化方法在每個搜索點處不一定滿足等約束方程（流程方優(yōu)化方法在每個搜索點處不一定滿足等約束方程（流程方程），但在最優(yōu)點處可以保證約束方程收斂程），但在最優(yōu)點處可以保證約束方程收斂l模擬與優(yōu)化同步收斂模擬與優(yōu)化同步收斂第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)模擬優(yōu)化采用的最優(yōu)化方法評述系統(tǒng)模擬優(yōu)化采用的最優(yōu)化方法評述直接搜索法直接搜索法 它應(yīng)用簡便，計算比較可靠，但優(yōu)化計算每迭代它應(yīng)用簡便，計算比較可靠，但優(yōu)化計算每迭代一次都要做一次全流程模擬計算，屬于可行路徑法一次都要做一次全流程模擬計算，屬于可行路徑法 用這種方法即使計算變量很少的優(yōu)化問題（如用這種方

15、法即使計算變量很少的優(yōu)化問題（如5個個變量），也需要變量），也需要5400次全流程模擬，計算效率很低。次全流程模擬，計算效率很低。因此在早期的的研究工作中報道較多，目前已很少因此在早期的的研究工作中報道較多，目前已很少被采用。被采用。第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用罰函數(shù)型和拉格朗日函數(shù)型的優(yōu)化方法罰函數(shù)型和拉格朗日函數(shù)型的優(yōu)化方法 曾被廣泛用于處理有約束的非線性問題，但曾被廣泛用于處理有約束的非線性問題，但隨著問題維數(shù)的增多，其數(shù)學(xué)性質(zhì)變得復(fù)雜，條隨著問題維數(shù)的增多，其數(shù)學(xué)性質(zhì)變得復(fù)雜，條件變壞，求解困難，而且罰函數(shù)的選擇和修正帶件變壞，求解困難，

16、而且罰函數(shù)的選擇和修正帶有很大的任意性。因而，僅用于解決大系統(tǒng)參數(shù)有很大的任意性。因而，僅用于解決大系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化問題。優(yōu)化問題。序列線性逼近法（序列線性逼近法（SLP） 該法適應(yīng)性強，能處理大規(guī)模的優(yōu)化問題，該法適應(yīng)性強，能處理大規(guī)模的優(yōu)化問題，但收斂速度慢。序列二次規(guī)劃法（但收斂速度慢。序列二次規(guī)劃法（SQP）屬于不）屬于不可行路徑法，它具有很好的性質(zhì)：收斂速度快，可行路徑法，它具有很好的性質(zhì)：收斂速度快，計算效率高，是當(dāng)前公認(rèn)的最好的優(yōu)化方法之一。計算效率高，是當(dāng)前公認(rèn)的最好的優(yōu)化方法之一。但但SQP法不能直接用于維數(shù)過多的優(yōu)化問題，須法不能直接用于維數(shù)過多的優(yōu)化問題，須輔以變量分解法以縮

17、小變量空間。輔以變量分解法以縮小變量空間。第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用廣義簡約梯度法（廣義簡約梯度法（GRG） 該法是一種很有吸引力的方法，它適應(yīng)性好，收斂該法是一種很有吸引力的方法，它適應(yīng)性好，收斂速度快，特別是可以直接用于處理大規(guī)模優(yōu)化問題，速度快，特別是可以直接用于處理大規(guī)模優(yōu)化問題，但在過程優(yōu)化方面應(yīng)用的報道不多但在過程優(yōu)化方面應(yīng)用的報道不多 GRG2 每次迭代都需收斂等式約束，屬可行路徑法每次迭代都需收斂等式約束，屬可行路徑法 MINOS 為不可行路徑法為不可行路徑法第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠

18、的應(yīng)用第一節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用 合理進(jìn)行資源分配使經(jīng)濟(jì)效益最佳合理進(jìn)行資源分

19、配使經(jīng)濟(jì)效益最佳 某工廠用鋼與橡膠生產(chǎn)某工廠用鋼與橡膠生產(chǎn)3種產(chǎn)品種產(chǎn)品A、B、C，有，有關(guān)消耗與利潤的數(shù)據(jù)如表所示：關(guān)消耗與利潤的數(shù)據(jù)如表所示： 產(chǎn)產(chǎn) 品品單位產(chǎn)品鋼材單位產(chǎn)品鋼材消耗量消耗量單位產(chǎn)品橡膠單位產(chǎn)品橡膠消耗量消耗量單位產(chǎn)品單位產(chǎn)品利潤利潤A A2 23 34040B B3 33 34545C C1 12 22424 已知已知每天可獲得每天可獲得100單位的鋼材和單位的鋼材和120單位的橡膠，單位的橡膠，問每天生產(chǎn)各多少問每天生產(chǎn)各多少A、B、C可使總利潤最大?？墒箍偫麧欁畲?。 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用設(shè)定優(yōu)化變量：設(shè)定優(yōu)化變量

20、：x=A的日產(chǎn)量，的日產(chǎn)量，y=B的日產(chǎn)量，的日產(chǎn)量，z=C的日產(chǎn)量的日產(chǎn)量 優(yōu)化目標(biāo)：優(yōu)化目標(biāo)：max zxyz404524問題：問每天生產(chǎn)各多少問題：問每天生產(chǎn)各多少A、B、C可使總利潤最大？可使總利潤最大？利潤利潤= 產(chǎn)量產(chǎn)量 單位利潤單位利潤優(yōu)化變量優(yōu)化變量產(chǎn)量產(chǎn)量第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用解解 設(shè)定優(yōu)化變量：設(shè)定優(yōu)化變量：x=A的日產(chǎn)量，的日產(chǎn)量，y=B的日產(chǎn)量，的日產(chǎn)量，z=C的日產(chǎn)量的日產(chǎn)量 優(yōu)化目標(biāo)：優(yōu)化目標(biāo)：max zxyz404524約束條件：約束條件：231003321200 xyzxyzx y z, ,鋼材供應(yīng)鋼材供應(yīng)橡

21、膠供應(yīng)橡膠供應(yīng)excel求解求解第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用 多產(chǎn)品生產(chǎn)過程的排產(chǎn)計劃多產(chǎn)品生產(chǎn)過程的排產(chǎn)計劃 例：某煉油廠將原油加工成例：某煉油廠將原油加工成5個中間汽油系列產(chǎn)品，個中間汽油系列產(chǎn)品，然后再調(diào)合成兩個級別的成品汽油出售。每種中間然后再調(diào)合成兩個級別的成品汽油出售。每種中間產(chǎn)品和成品油的有關(guān)數(shù)據(jù)列于下表，滿足合同銷售產(chǎn)品和成品油的有關(guān)數(shù)據(jù)列于下表，滿足合同銷售后的成品油及中間油品均可進(jìn)入市場銷售。要求制后的成品油及中間油品均可進(jìn)入市場銷售。要求制訂一個下一年度的生產(chǎn)計劃，使全年純利最大。訂一個下一年度的生產(chǎn)計劃，使全年純利最大。

22、第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用加工統(tǒng)計表加工統(tǒng)計表中間中間產(chǎn)品產(chǎn)品產(chǎn)量產(chǎn)量 i桶桶年年辛烷值辛烷值 i售價售價Ci(3)美元美元/桶桶成本成本Ci(4)美元美元/桶桶混合成本混合成本i(5)美元美元/桶桶1200,000703024.001.002400,000803527.001.003400,000853628.501.004500,000904234.501.005500,000996040.001.50銷售價銷售價(美元桶美元桶) 成品油成品油合同銷售合同銷售 i最低辛烷值最低辛烷值 i合同價合同價Cj(1)市場價市場價Cj(2)常規(guī)汽油常

23、規(guī)汽油500,0008540.0046.00高級汽油高級汽油400,0009555.0060.00第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用凈利潤：凈利潤：= 產(chǎn)品銷售收入產(chǎn)品銷售收入生產(chǎn)成本生產(chǎn)成本調(diào)合成本調(diào)合成本油品油品i常規(guī)常規(guī)高級高級直銷直銷xi yi zi 關(guān)鍵：每個中間油品的物流平衡關(guān)鍵：每個中間油品的物流平衡 常規(guī)汽油和高級汽油的物料平衡常規(guī)汽油和高級汽油的物料平衡第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用解：解：1. 設(shè)優(yōu)化變量：設(shè)優(yōu)化變量：中間油品中間油品 i ：xi -用于調(diào)和常規(guī)油品用于調(diào)和常規(guī)油品yi

24、-用于調(diào)和高級油品用于調(diào)和高級油品zi -用于直接銷售用于直接銷售成品油成品油 j ：uj -合同銷售量合同銷售量vi -市場銷售量市場銷售量第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用2. 繪制物料流向圖繪制物料流向圖第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用3. 列約束方程列約束方程 中間產(chǎn)品中間產(chǎn)品i i的物料平衡方程的物料平衡方程 xyziiii 成品油的物料平衡成品油的物料平衡 xuvyuvii1122 摻合后汽油的辛烷值要求不低于技術(shù)指標(biāo)摻合后汽油的辛烷值要求不低于技術(shù)指標(biāo)111222iiiixuvxuv 要求滿足合

25、同銷售量要求滿足合同銷售量 ujj第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用4. 列目標(biāo)函數(shù)列目標(biāo)函數(shù)純利純利 = 產(chǎn)品及中間產(chǎn)品的總銷售收入產(chǎn)品及中間產(chǎn)品的總銷售收入 - - （生產(chǎn)成本（生產(chǎn)成本 + 摻合加工成本摻合加工成本 ）目標(biāo)函數(shù)目標(biāo)函數(shù) c ucvczcxyzcxyjjjjiiiiiiiii( )( )( )( )( )()()12345第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用5. 優(yōu)化問題優(yōu)化問題(OP)：5 , 10,000,400000,500)(959990858070)(859990858070000,

26、500000,500000,400000,400000,200. .5 .415 .355 .2928)(25205 . 75 . 78660465540max2122543211154321225432111543215554443332221115544332211543212121izyxuuvuyyyyyvuxxxxxvuyyyyyvuxxxxxzyxzyxzyxzyxzyxtsyxyxyxyxyxzzzzzvvuuiiiexcel 求解第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用最佳調(diào)合方案最佳調(diào)合方案凈利潤：凈利潤：28,000,000中間產(chǎn)品銷售：

27、中間產(chǎn)品銷售：21,150,000第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用 企業(yè)生產(chǎn)計劃的制訂企業(yè)生產(chǎn)計劃的制訂 例：某煉油廠可選擇三種不同來源的原油中的一種例：某煉油廠可選擇三種不同來源的原油中的一種或幾種進(jìn)行加工。根據(jù)長期的生產(chǎn)經(jīng)驗已獲得每種或幾種進(jìn)行加工。根據(jù)長期的生產(chǎn)經(jīng)驗已獲得每種原油進(jìn)行常壓蒸餾時的收率情況。原油進(jìn)行常壓蒸餾時的收率情況。 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用工藝流程工藝流程3種原油種原油常壓塔常壓塔熱重整熱重整重整重整減壓塔減壓塔催化裂化催化裂化催化聚合催化聚合建模關(guān)鍵：建模關(guān)鍵：產(chǎn)品和損失

28、分布數(shù)據(jù)產(chǎn)品和損失分布數(shù)據(jù)進(jìn)料來源變量和產(chǎn)品進(jìn)料來源變量和產(chǎn)品去向去向每個設(shè)備的處理能力每個設(shè)備的處理能力產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品的質(zhì)量要求產(chǎn)品供求關(guān)系產(chǎn)品供求關(guān)系原料和產(chǎn)品的價格和加工成本原料和產(chǎn)品的價格和加工成本第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用1） 工藝條件約束工藝條件約束第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用（1 1）常壓蒸餾塔）常壓蒸餾塔 模型變量：模型變量： 2 2號汽油：直接調(diào)合汽油號汽油：直接調(diào)合汽油 1 1號汽油：號汽油：2 2號汽油加添加劑號汽油加添加劑 辛烷值增加辛烷值增加1 1第第7 7章章 系統(tǒng)

29、工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用常壓塔收率常壓塔收率分布分布 餾餾 分分進(jìn)料收率進(jìn)料收率 % 去去 向向模型變量模型變量x1x2x3油氣油氣0.450.270.30燃料燃料x4丙烷丙烷0.250.030.3丙烷丙烷x5 燃料燃料x6丁烷丁烷0.90.80.9丁烷丁烷x7 一號汽油一號汽油x8 二號汽油二號汽油x9 燃料燃料x10初閃蒸油初閃蒸油6.008.006.80燃料閃蒸油燃料閃蒸油x11 熱重整熱重整x12 一號汽油一號汽油x13 二號汽油二號汽油x14 初閃蒸油初閃蒸油x15第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用常壓塔常壓塔

30、收率分布（收率分布（續(xù)）續(xù)）直餾汽油直餾汽油9.0011.5010.2熱重整熱重整x16 四號航空油四號航空油x17 重整重整x18煤油煤油25.632.431.5重整重整x19 四號航空油四號航空油x20 燈油燈油x21 柴油柴油x22一號渣油一號渣油57.3 減壓減壓x23 燃料油燃料油x24二號渣油二號渣油 46.5 減壓減壓x25 燃料油燃料油x26三號渣油三號渣油 49.5減壓減壓x27 燃料油燃料油x28損損 失失0.50.50.5損失損失x29第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用常壓常壓塔塔約束條件：約束條件：油氣餾分油氣餾分 0.0045

31、x1+0.0027x2+0.0030 x3 x4=0丙烷餾分丙烷餾分 0.0025x1+0.0003x2+0.0030 x3 x5 x6=0丁烷餾分丁烷餾分 0.009x1+0.008x2+0.009x3 x7 x8 x9 x10=0初閃蒸油餾分初閃蒸油餾分 0.06x1+0.08x2+0.068x3 x11 x12 x13 x14 x15=0直餾汽油餾分直餾汽油餾分 0.09x1+0.115x2+0.102x3 x16 x17 x18 =0煤油餾分煤油餾分 0.256x1+0.324x2+0.315x3 x19 x20 x21 x22=0渣油餾分渣油餾分 0.573x1 x23 x24=00

32、.465x2 x25 x26=00.495x3 x27 x28=0損失餾分損失餾分 0.005x1+0.005x2+0.005x3 x29=0第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用 （2）重整）重整 進(jìn)料收率進(jìn)料收率 % 餾分餾分x18，x19去向去向模型變量模型變量油氣油氣8.00燃料燃料x30丙烷丙烷4.00丙烷丙烷x31 燃料燃料x32丁烷丁烷4.50丁烷丁烷x33 燃料燃料x34汽油汽油81.50一號汽油一號汽油x35 二號汽油二號汽油x36損失損失2.00損失損失x37 重整收率重整收率 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論

33、在煉油化工廠的應(yīng)用重整約束：重整約束：油氣餾分油氣餾分 0.08x18+0.08x19 x30=0丙烷餾分丙烷餾分 0.04x18+0.04x19 x31 x32=0丁烷餾分丁烷餾分 0.045x18+0.04x19 x33 x34=0汽油餾分汽油餾分 0.815x18+0.815x19 x35 x36=0損失餾分損失餾分 0.02x18+0.02x19 x37 =0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用（3）熱重整）熱重整 進(jìn)料收率進(jìn)料收率 % 餾分餾分x12，x16去向去向模型變量模型變量油氣油氣29.00燃料燃料x38汽油汽油 65.00 5.00

34、一號汽油一號汽油二號汽油二號汽油燃料油燃料油x39x40 x41損失損失1.00損失損失x42熱重整收率熱重整收率 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用熱重整約束：熱重整約束：油氣餾分油氣餾分 0.29x12+0.29x16 x38 =0汽油餾分汽油餾分 0.65x12+0.65x16 x39 x40 =0渣油餾分渣油餾分 0.05x12+0.05x16 x41 =0損失餾分損失餾分 0.01x12+0.01x16 x42 =0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用（4）減壓）減壓 進(jìn)料收率進(jìn)料收率 % 餾分餾分x

35、23，x25，x27去向去向模型變量模型變量蠟油蠟油47.00催化裂化催化裂化x43粗柴油粗柴油5.00粗柴油粗柴油x44 渣油渣油43.00 瀝青瀝青燃料油燃料油燃料燃料x45x46x47損失損失5.00損失損失x48減壓收率減壓收率 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用減壓約束減壓約束蠟油餾分蠟油餾分 0.47x23+0.47x25 +0.47x27 x43 =0粗柴油餾分粗柴油餾分 0.05x23+0.05x25 +0.05x27 x44 =0渣油餾分渣油餾分 0.43x23+0.43x25 +0.43x27 x45 x46 x47 =0損失餾分損

36、失餾分 0.05x23+0.05x25 +0.05x27 x48 =0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用（5）催化裂化）催化裂化 進(jìn)料收率進(jìn)料收率 %餾分餾分x42去向去向模型變量模型變量油氣油氣3.50燃料燃料x49催化聚合油催化聚合油7.50催化聚合油催化聚合油x50 汽油汽油22.00 一號汽油一號汽油二號汽油二號汽油x51x52輕循環(huán)油輕循環(huán)油 32.00 粗柴油粗柴油燃料油燃料油x53x54重循環(huán)油重循環(huán)油28.50粗柴油粗柴油燃料油燃料油x55x56損失損失6.50 x57催化裂化收率催化裂化收率 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠

37、的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用催化裂化約束催化裂化約束油氣餾分油氣餾分 0.035x43 x49 =0聚合油餾分聚合油餾分 0.075x43 x50 =0汽油餾分汽油餾分 0.22x43 x51 x52 =0輕循環(huán)油餾分輕循環(huán)油餾分 0.32x43 x53 x54 =0重循環(huán)油餾分重循環(huán)油餾分 0.285x43 x55 x56 =0損失餾分損失餾分 0.065x43 x57 =0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用（6）催化聚合）催化聚合 進(jìn)料收率進(jìn)料收率 %餾分餾分x50去向去向模型變量模型變量丙烷丙烷 10.00 丙烷丙烷燃料燃料x58x59

38、 丁烷丁烷30.00 丁烷丁烷燃料燃料x60 x61汽油汽油60.00 一號汽油一號汽油二號汽油二號汽油x62x63催化聚合收率催化聚合收率 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用催化聚合約束催化聚合約束丙烷餾分丙烷餾分 0.10 x50 x58 x59 =0丁烷餾分丁烷餾分 0.30 x50 x60 x61 =0汽油餾分汽油餾分 0.60 x50 x62 x63 =0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用2）設(shè)備生產(chǎn)能力約束）設(shè)備生產(chǎn)能力約束 裝置的設(shè)計處理量裝置的設(shè)計處理量 裝裝 置置進(jìn)進(jìn) 料料 變變 量量 名名

39、 稱稱生生 產(chǎn)產(chǎn) 能能 力力 (噸噸)常常 壓壓x1，x2，x35000重重 整整x18，x19500熱熱 重重 整整x12，x16250減減 壓壓x23，x25，x27無限制無限制催化裂化催化裂化x43400催化聚合催化聚合x50無限制無限制第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用加工能力約束方程加工能力約束方程 ：x1+ x2+x3 5000 x18+x19 500 x12+x16 250 x43 400第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用3）燃料、消耗和市場需求約束）燃料、消耗和市場需求約束 額外要求：市場銷售額

40、外要求：市場銷售100噸燃料。噸燃料。各裝置的燃料消耗各裝置的燃料消耗 裝裝 置置進(jìn)進(jìn) 料料 變變 量量 名名 稱稱燃料消耗燃料消耗 (噸噸)/100噸進(jìn)料噸進(jìn)料常常 壓壓x1，x2，x32.50重重 整整x18，x198.00熱熱 重重 整整x12，x165.00減減 壓壓x23，x25，x270.2催化裂化催化裂化x43無無催化聚合催化聚合x50無無第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用燃料約束燃料約束燃料的需求量燃料的需求量 0.025(x1+ x2+x3)+0.08(x18+x19)+0.05(x12+x16)+0.002(x23+x25+x27)

41、+100燃料的生產(chǎn)量燃料的生產(chǎn)量 常壓常壓 x4+ x6+x10+0.91x11重整重整 x30+x32+x34熱重整熱重整 x38減壓減壓 x47催化裂化催化裂化 x49催化聚合催化聚合 x59+x61燃料的供求平衡方程燃料的供求平衡方程 0.025(x1+ x2+x3)+0.08(x18+x19)+0.05(x12+x16)+0.002(x23+ x25+x27)+100 ( x4+x6+x10+0.91x11+x30+x32+x34+x38+x47+x49+x59+x61)=0 x11初閃蒸油熱值較低，修正！初閃蒸油熱值較低，修正！第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理

42、論在煉油化工廠的應(yīng)用4) 產(chǎn)品需求量約束產(chǎn)品需求量約束 產(chǎn)產(chǎn) 品品需需 求求 量量 (噸噸)丙丙 烷烷12丁丁 烷烷20初閃蒸油初閃蒸油40一號和二號汽油一號和二號汽油600四號航空油四號航空油40煤煤 油油70瀝瀝 青青150第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用產(chǎn)品產(chǎn)量約束產(chǎn)品產(chǎn)量約束 丙烷丙烷 x5+x31+x58=12丁烷丁烷 x7+x33+x60=20初閃蒸油初閃蒸油 x15=40汽油汽油 四號航空油四號航空油 x17+x20=40煤油煤油 x21=70瀝青瀝青 x45=150 600=+6362525140393635141398 催化聚合催化

43、裂化熱重整重整常壓xxxxxxxxxxxx第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用5) 汽油質(zhì)量約束汽油質(zhì)量約束 汽油的性質(zhì)參數(shù)汽油的性質(zhì)參數(shù) 來來 源源模型變量模型變量 比比 重重 1/ 辛烷值辛烷值 蒸汽壓蒸汽壓丁丁 烷烷x8，x90.581.7249555直餾汽油直餾汽油 x13，x140.6851.468010重重 整整x35，x360.761.3161015熱熱 重重 整整x30，x400.761.316898催化裂化催化裂化 x51，x520.771.2991008催化聚合催化聚合 x62，x630.721.3891108二號汽油：直接調(diào)和二號汽

44、油：直接調(diào)和一號汽油：加添加劑成本一號汽油：加添加劑成本0.33美元美元/噸噸, 辛烷值增加辛烷值增加1，第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用二號汽油辛烷值約束二號汽油辛烷值約束 (1.724)(95)(x8+x9)+(1.46)(80)(x13+x14)+(1.316)(101)(x35+x36)+( 1.316)(89)(x30+x40)+(1.299)(100)(x51+x52)+(1.389)(110)(x62+x63) 941.724(x8+x9)+1.46(x13+x14)+1.316(x35+x36)+1.316(x30+x40)+1.29

45、9(x51+x52)+1.389(x62+x63) 0丁烷丁烷直餾汽油直餾汽油重整重整熱熱 重重 整整催化聚合催化聚合催化裂化催化裂化各汽油餾分對成品油的貢獻(xiàn)各汽油餾分對成品油的貢獻(xiàn)所有餾分汽油的體積貢獻(xiàn)所有餾分汽油的體積貢獻(xiàn)第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用汽油總汽油總蒸汽壓蒸汽壓約束：約束： (1.724)(55)(x8+x9)+(1.46)(10)(x13+x14)+(1.316)(5)(x35+x36)+( 1.316)(8)(x30+x40)+(1.299)(8)(x51+x52)+(1.389)(8)(x62+x63) 91.724(x8+

46、x9)+1.46(x13+x14)+1.316(x35+x36)+1.316(x30+x40)+1.299(x51+x52)+1.389(x62+x63) 0 添加劑對蒸汽壓無影響第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用6）燃料油的質(zhì)量約束）燃料油的質(zhì)量約束 要求：粘度系統(tǒng)不大于要求：粘度系統(tǒng)不大于36.86 cP粘度指標(biāo)粘度指標(biāo)裝裝 置置餾餾 分分模模 型型 變變 量量粘粘 度度常常 壓壓渣油渣油 x1x2436.50 渣油渣油 x2x2634.80 渣油渣油 x3x2835.00減減 壓壓渣渣 油油x4645.50催化裂化催化裂化輕循環(huán)油輕循環(huán)油x541

47、1.00 重循環(huán)油重循環(huán)油x5623.48熱熱 重重 整整渣渣 油油x4136.52第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用粘度約束條件粘度約束條件: 36.50 x24+34.80 x26+35 x28+45.50 x46+11 x54+23.48 x56+36.52 x41 36.86(x24+ x26+ x28+ x46+ x54+ x56+ x41) 0 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用7）目標(biāo)函數(shù)）目標(biāo)函數(shù) -(14 x1+16 x2+15 x3)1號原油價格號原油價格2號原油價格號原油價格3號原油價格號

48、原油價格-0.33(x8+ x13+ x35+ x39+ x51+ x62)1號汽油號汽油調(diào)和成本調(diào)和成本1號汽油號汽油產(chǎn)量產(chǎn)量+25(x22+ x44+ x53+ x55)柴油價格柴油價格柴油產(chǎn)量柴油產(chǎn)量+12(x24+ x26+ x28+ x41+ x46+ x54+ x56) 燃料油價格燃料油價格燃料油產(chǎn)量燃料油產(chǎn)量產(chǎn)量固定的產(chǎn)品產(chǎn)量固定的產(chǎn)品成本不需考慮成本不需考慮變量數(shù)：變量數(shù)：63 約束條件：約束條件：47excel求解求解第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用進(jìn)進(jìn) 料料數(shù)數(shù) 量量(噸噸)產(chǎn)產(chǎn) 品品數(shù)數(shù) 量量 (噸噸)原油原油 x13536.5

49、二號汽油二號汽油600.0原油原油 x31463.5柴油柴油1580.9原油合計原油合計5000.0燃料油燃料油2117.7重整重整264.2丙烷丙烷12.0催化裂化催化裂化400.0丁烷丁烷20.0催化聚合催化聚合30.0初閃蒸油初閃蒸油40.0熱重整熱重整250.0四號航空油四號航空油40.0減壓減壓851.1煤油煤油70.0二號汽油二號汽油:辛烷值為辛烷值為94，蒸汽壓為，蒸汽壓為9 瀝青瀝青150.0初餾燃料油初餾燃料油85.8燃料氣燃料氣171.7燃料燃料10.5損失損失101.3目標(biāo)值目標(biāo)值6330.6第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用第一

50、節(jié)、最優(yōu)化概念第一節(jié)、最優(yōu)化概念一、目標(biāo)函數(shù)一、目標(biāo)函數(shù)二、優(yōu)化變量二、優(yōu)化變量三、約束條件三、約束條件四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點四、過程系統(tǒng)優(yōu)化問題的類型及特點第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第二節(jié)、過程系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)優(yōu)化問題的建立第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用第三節(jié)、最優(yōu)化理論在過程系統(tǒng)中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用一、在企業(yè)管理過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用工藝優(yōu)化計算軟件應(yīng)備功能：工藝優(yōu)化計算軟件應(yīng)備功能： 模擬功能模擬功能 在模擬方式下，軟件將變?yōu)橐?/p>

51、個快速的假想生產(chǎn)裝在模擬方式下，軟件將變?yōu)橐粋€快速的假想生產(chǎn)裝置。工藝工程師可在計算機上任意改變操作條件進(jìn)行置。工藝工程師可在計算機上任意改變操作條件進(jìn)行假想操作，考察操作條件的改變對生產(chǎn)結(jié)果的影響，假想操作，考察操作條件的改變對生產(chǎn)結(jié)果的影響，而不必?fù)?dān)心為此付出任何代價。該功能也可用于新上而不必?fù)?dān)心為此付出任何代價。該功能也可用于新上崗操作工的崗前培訓(xùn)，可大大提高培訓(xùn)效果崗操作工的崗前培訓(xùn)，可大大提高培訓(xùn)效果 二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 工藝計算軟件應(yīng)備

52、功能：工藝計算軟件應(yīng)備功能： 設(shè)計功能設(shè)計功能 在設(shè)計方式下，軟件將根據(jù)現(xiàn)場提供的各種產(chǎn)品的在設(shè)計方式下，軟件將根據(jù)現(xiàn)場提供的各種產(chǎn)品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，自動尋找使產(chǎn)品質(zhì)量符合要求的生產(chǎn)條件，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)，自動尋找使產(chǎn)品質(zhì)量符合要求的生產(chǎn)條件，及時反饋給用戶。現(xiàn)場根據(jù)計算所得的結(jié)果，調(diào)整操及時反饋給用戶。現(xiàn)場根據(jù)計算所得的結(jié)果，調(diào)整操作條件可得到質(zhì)量符合各項指標(biāo)的產(chǎn)品作條件可得到質(zhì)量符合各項指標(biāo)的產(chǎn)品設(shè)計功能在進(jìn)料條件發(fā)生較大變化，或在裝置開車時設(shè)計功能在進(jìn)料條件發(fā)生較大變化，或在裝置開車時特別有用。軟件可向現(xiàn)場提供改進(jìn)操作的參考數(shù)據(jù)，特別有用。軟件可向現(xiàn)場提供改進(jìn)操作的參考數(shù)據(jù)，大大縮短達(dá)到平穩(wěn)生產(chǎn)所需

53、的時間，減少不合格生產(chǎn)大大縮短達(dá)到平穩(wěn)生產(chǎn)所需的時間，減少不合格生產(chǎn)產(chǎn)品的時間產(chǎn)品的時間第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用工藝計算軟件應(yīng)備功能：工藝計算軟件應(yīng)備功能： 優(yōu)化功能優(yōu)化功能 在優(yōu)化功能下，軟件將根據(jù)用戶指定的優(yōu)化目標(biāo)函在優(yōu)化功能下，軟件將根據(jù)用戶指定的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)，計算得到使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到或超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的操作數(shù)，計算得到使產(chǎn)品質(zhì)量達(dá)到或超過質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的操作條件?，F(xiàn)場按此操作條件進(jìn)行生產(chǎn)，將能得到最優(yōu)的條件?，F(xiàn)場按此操作條件進(jìn)行生產(chǎn)，將能得到最優(yōu)的效益效益二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用

54、系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用流程優(yōu)化l優(yōu)化計算步驟：優(yōu)化計算步驟：l自由度分析自由度分析l決策變量確定決策變量確定l系統(tǒng)分析系統(tǒng)分析l子系統(tǒng)最佳斷裂位置確定子系統(tǒng)最佳斷裂位置確定l子系統(tǒng)順序求解子系統(tǒng)順序求解l優(yōu)化目標(biāo)確定優(yōu)化目標(biāo)確定l優(yōu)化變量的優(yōu)選優(yōu)化變量的優(yōu)選l約束條件的確定約束條件的確定l優(yōu)化模型求解優(yōu)化模型求解流程模擬二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用二、在生產(chǎn)過程中的應(yīng)用 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用注意事項注意事項l 模擬和優(yōu)化軟件可從理論模擬操作結(jié)果，尋找最模擬和優(yōu)化軟件可從理論模擬操作結(jié)果，尋找最優(yōu)操作條件。優(yōu)操作條件。l但實際裝置的影響因

55、素是十分復(fù)雜的。不僅與工但實際裝置的影響因素是十分復(fù)雜的。不僅與工藝條件有關(guān)，而且還與設(shè)備的操作條件有關(guān)。當(dāng)操藝條件有關(guān)，而且還與設(shè)備的操作條件有關(guān)。當(dāng)操作條件超出設(shè)備的允許操作范圍后，設(shè)備的工作效作條件超出設(shè)備的允許操作范圍后，設(shè)備的工作效率急劇下降，無法達(dá)到理論上的操作結(jié)果，同樣會率急劇下降，無法達(dá)到理論上的操作結(jié)果，同樣會對現(xiàn)場生產(chǎn)產(chǎn)生不良后果。因此必須同時從工藝條對現(xiàn)場生產(chǎn)產(chǎn)生不良后果。因此必須同時從工藝條件和設(shè)備運行狀況對裝置的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，才能找件和設(shè)備運行狀況對裝置的現(xiàn)狀進(jìn)行分析，才能找到出現(xiàn)問題的真正原因到出現(xiàn)問題的真正原因第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程

56、理論在煉油化工廠的應(yīng)用輕烴回收系統(tǒng)優(yōu)化輕烴回收系統(tǒng)優(yōu)化 1、流程圖、流程圖 1級增壓級增壓1級級冷卻冷卻2級增壓級增壓2級級冷卻冷卻大冷箱換熱器大冷箱換熱器蒸發(fā)制冷器蒸發(fā)制冷器液烴液烴節(jié)流閥節(jié)流閥1氣分氣分膨脹機膨脹機2氣分氣分脫乙烷塔脫乙烷塔小冷箱換熱器小冷箱換熱器輕烴輕烴換熱器換熱器液化氣塔液化氣塔輕烴輕烴冷卻器冷卻器液化氣液化氣冷卻器冷卻器增壓機增壓機第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用2、自由度分析、自由度分析 設(shè)備設(shè)備 變量數(shù)變量數(shù)設(shè)設(shè) 計計 規(guī)規(guī) 定定設(shè)備設(shè)備 變量數(shù)變量數(shù)設(shè)設(shè) 計計 規(guī)規(guī) 定定11出口壓力出口壓力112絕熱多變絕熱多變效率效

57、率*，出口壓力出口壓力21出口溫度出口溫度122絕熱，出口壓力絕熱，出口壓力31出口壓力出口壓力132塔底溫度、操作塔底溫度、操作壓力壓力(脫脫C2塔塔)41出口溫度出口溫度141冷熱出口溫度冷熱出口溫度51熱流入口與冷流出口熱流入口與冷流出口溫差溫差153回流比回流比、塔底溫度、塔底溫度、壓力壓力(液化氣塔液化氣塔)61出口溫度出口溫度161出口溫度出口溫度71熱流入口與冷流出口熱流入口與冷流出口溫差溫差171絕熱多變絕熱多變效率效率*（功與膨脹機輸出功耦合）功與膨脹機輸出功耦合）81出口溫度出口溫度181出口壓力出口壓力92絕熱，出口壓力絕熱，出口壓力191熱流入口與冷流出口溫差熱流入口與

58、冷流出口溫差101密封氣分割比密封氣分割比201出口溫度出口溫度總數(shù)總數(shù) 26 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用3、流程計算順序的確定、流程計算順序的確定 不可分隔子系統(tǒng)及計算順序：不可分隔子系統(tǒng)及計算順序：1, 2, 3, 4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,18,19, 17, 14,15, 16,20 子系統(tǒng)一子系統(tǒng)一子系統(tǒng)二子系統(tǒng)二第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用4、回路斷裂、回路斷裂子系統(tǒng)一：子系統(tǒng)一： 簡單回路：簡單回路：6782289242591011122021201913181

59、9567857891878910111219812191212131912 回路 回路 回路回路回路第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用回路矩陣：回路矩陣：有效斷裂組：有效斷裂組：19,21,22,25 Upadhye-Grens斷裂法（斷裂法（II） Westerberg算法算法替代規(guī)則替代規(guī)則 第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用最佳斷裂組：最佳斷裂組：7919斷裂流股數(shù)斷裂流股數(shù)3斷裂流股斷裂流股數(shù)數(shù)4流股流股2-9組成與進(jìn)料相同！組成與進(jìn)料相同！僅需迭代溫度！僅需迭代溫度！最佳斷裂最佳斷裂8,10,19,2

60、6, 8,11,19,26, 8,12,19,26, 10,19,22,25, 11,19,22,25,12,19,22,2510,19,22,24, 11,19,22,24,12,19,22,24,13,20,22,25, 8,13,20,26 ,13,20,22,24 8,19,21, 8,20,18, 9,19,22, 7,9,19, 6,9,19第第7 7章章 系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用系統(tǒng)工程理論在煉油化工廠的應(yīng)用子系統(tǒng)二子系統(tǒng)二 ：存在流股：存在流股： 15, 161414子系統(tǒng)子系統(tǒng)1已求出已求出15僅需迭代溫度僅需迭代溫度15最佳斷裂最佳斷裂 15第第7 7章章 系統(tǒng)工程理