大连理工大学叶昊天获国家专利权
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龙图腾网获悉大连理工大学申请的专利一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法获国家发明授权专利权,本发明授权专利权由国家知识产权局授予,授权公告号为:CN119720754B 。
龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-26发布的发明授权授权公告中获悉:该发明授权的专利申请号/专利号为:202411769272.8,技术领域涉及:G06F30/27;该发明授权一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法是由叶昊天;李玲君;韩静;刘丰艺;孙思琦设计研发完成,并于2024-12-04向国家知识产权局提交的专利申请。
本一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法在说明书摘要公布了:本发明属于计算机辅助复杂精馏系统优化设计技术以及化工工艺安全领域,公开了一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法。通过构建基于质能级的非线性规划模型,旨在为复杂精馏系统设计出安全性与经济性兼备的最优配置结构。优化目标是通过平衡复杂精馏系统的总年化成本和本质安全性,确定最优配置结构。本方法将质能级作为复杂精馏系统的最小单元,从而拓展了解空间范围,有效避免将次优配置结构误判为最优的风险。此外,本发明将精馏简捷模型中的关键变量与火灾爆炸指数相关联,兼顾本质安全性与总年化成本。本发明为复杂精馏系统的本质安全优化设计提供了一种可靠、高效的解决方案,适用于实际工程中的多目标优化需求。
本发明授权一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法在权利要求书中公布了:1.一种基于质能级的复杂精馏系统的本质安全优化设计方法,其特征在于,包括以下步骤: 步骤1:通过MESH方程约束质能级MES;通过分配网络DN和级联操作算子SCPO间的耦合构造状态空间超结构; 所述MESH方程为物料衡算、气液相平衡、加和平衡、能量衡算; 所述质能级MES是复杂精馏系统中的基本构建单元,质能级包括物料分离、物料传递和热量交换; 所述分配网络DN负责物料和热量的分配,是复杂精馏系统中的关键组成部分,进料FEED从分配网络DN的左侧进入,通过流股分配器按需分配到各个质能级和产品流股前的混合器中; 所述级联操作算子SCPO包含精馏系统中所有质能级单元,其中任意两个质能级通过分配网络DN上布置的分配器和混合器实现流股相联; 所述的状态空间超结构由分配网络DN和级联操作算子SCPO之间的耦合形成;该状态空间超结构中,所有的质能级通过分配网络DN和级联操作算子SCPO连接,从而实现不同流股之间的物料和热量交换;基于状态空间超结构,量化复杂精馏系统的经济性; 使用总年化成本TAC量化复杂精馏系统的经济性:通用方程1表示复杂精馏系统的总年化成本,其为设备费用costec和操作费用costoc之和: TAC=costec+costoc1 步骤2:选择FEI作为本质安全指数进行本质安全优化,量化复杂精馏系统的本质安全性;通用方程2表示:FEI是材料因子MF、一般工艺危害因素F1和特殊工艺危害因素F2的乘积: FEI=MF·F1·F22 步骤3:基于状态空间超结构优化复杂精馏系统的经济性,本质安全指数FEI优化复杂精馏系统的本质安全性,设计出复杂精馏配置结构,目标函数分别为复杂精馏系统的最小化总年化成本TAC及最小化FEI;针对最小化TAC及FEI问题,采用非线性规划NLP对复杂精馏系统进行多目标优化,根据精馏过程的实际条件规定优化变量上下限约束范围,获得复杂精馏系统本质安全、经济性之间的构效关系,得到系统的最优配置结构;NLP模型公式如下: 目标函数:obj1=minTAC;obj2=minFEI; 在上述通用方程中obj1和obj2是目标函数; 步骤4:采用GAMS求解器来求解NLP模型,分别得到最经济和最安全的复杂精馏配置结构;从最经济的配置结构和最安全的配置结构中得到FEI的取值范围;在NLP模型中加入FEI取值的约束条件,再在GAMS中进行求解,最终得到一系列的pareto解;若没有得到符合约束的解,返回步骤3松弛约束范围; 步骤5:从pareto解集中选择一个符合条件的解作为实施案例的最优可行解,所述最优可行解既符合复杂精馏系统的工业上的经济可行性,又满足复杂精馏系统的本质安全可行性;本质安全可行性通过FEI降阶实现,所述FEI降阶是指在求解的过程中,将中等或高风险区间的复杂精馏系统逐步降至低风险区间。
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