过程系统工程综合方法及其求解策略的研究

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1、北京化工大学博士学位论文过程系统工程综合方法及其求解策略的研究姓名：张慧平申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：麻德贤2000.12.1北京化工大学博士学位论文摘要过程系统综合作为化工过程系统的核心内容之一，是一个正在发展的尚不十分成熟的学科分支。特别是复杂的非线性过程系统最优综合属于近年来采用计算机技术和数学规划法进行最优设计和最优合成的新领域。由于过程系统综合问题大都具有非线性约束，同时还具有经验性、逻辑性等定性的约束和数学上缺乏求解大型离散混合整数非线性规划的有效算法，非线性过程系统综合一直被认为是过程系统工程中最困难和最不成熟的领域之一。本文试图对复杂非线性过程系统的最优综合方法及

2、其工程应用进行较为深入和系统的研究，包括大型离散混优化方法的线性规划新算法的研究，反映网络综合和换热网络综合的文的研究内容主要有以下几个方面：1．本文对该学科领域的发展现状和前人的研究工作进行了较全面的综述和分析，指出过程系统综合方法的研究虽然已取得不少成果，但它仍然是一个尚不十分成熟的研究领域，目前正沿着热力学分析法、数学规划法和人工智能三个不同的方法及其集成化的方向发展。现在的发展趋势是综合运用三种方法，取长补短。随着计算数学和计算机技术的发展，数学规划法和人工智能相结合发展而来的过程系统综合方法将占据越来越重要的地位。同时，由于过程系统综合问题一般可归结为求解一个大型离散混合整数非线性规

3、划(MINLP)模型，所以深入研究MINLP问题的求解策略，改进和完善其算法是非常重要的。2．本文对传统的遗传算法(SGA)进行了深入研究，在总结和吸收前人经验的基础上，根据过程系统工程的特殊性，对遗传算法的编码机制、初始种群的生成、选择算子、交叉算子以及迭代收敛条件等方面进行了全面改进，并利用数据采掘技术使遗传算法增强了跳出局部极值陷井的能力和提高了计算效率。对MINLP问题提出了一种新的表示方法，有利于遗传算法的求解，使遗传算法能在过程系统综合中得到广泛应用。3．针对化工系统工程中的优化设计、反应器网络设计等问题，提出了一种将有约束的非线性规划问题转化为无约束的非线性规划问题的；

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6、鼍整

7、～究A已研北京化工大学博士学位论文方法，使用本论文提出的改进遗传算法对这类问题进行了求解，提高了计算效率和计算精度，能有效地寻找到全局最优解。4．针对现有换热网络最优综合方法的局限性，本论文根据改进的遗传算法提出了换热网络最优综合的同步优化模型和求解策略，通过多个实例和在工业生产中的实际应用表明，该算法和同步优化模型效果很好，达到了节约能源、降低成本的目的。能实现网络综合中几个费用目标的同步优化和综合。本文通过对非线性过程系统最优综合方法及其求解策略的研究，包括大型离散混合整数非线性规划的遗传算法，可用于反应器网络和换热网络的最优综合方法优化策略等几个和能量集成优化设计奠定了一个n规模过程系统

8、优化综合黟北京化工大学博士学位论文ABSTRACTProcesssystemsynthesisisoneofthemostimportantpartsofprocesssystemengineering，andhasbeenaveryactiveareaofresearchovertherecentdecades．BecauseofthecomplexityandthelackofeffectivemathematicsalgorithmsforlargescaleofMixedIntegerNon—LinearProgramming(MINLP)problems，theoptimizatio

9、ntechniqueofprocesssynthesisisstillconsideredtObethemostdifficultandimmaturefield．Thispaperattemptstocarryoutthemethodologicalresearchofthenonlinearprocesssynthesis，includingthestrategyofmathematicalmethodsbasedonsuperstructures，effectivesolutionalgorithmsforcomplexMINLPproblems，reactornetworksandsy

10、nthesisapproachesofheatexchangernetworks．Theresearchcontentsofthispaperareasfollow：1．ThefirstsectionofpapergenerallysummarizedandanalyzedtothedevelopmentandtheformerstudyoftheprocesssystemsynthesisIti