第5章 典型化工單元及過(guò)程模擬優(yōu)化案例

1、第第5章章 典型化工單元及過(guò)程典型化工單元及過(guò)程模擬及優(yōu)化案例模擬及優(yōu)化案例制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.1 5.1 換熱過(guò)程模擬及優(yōu)化換熱過(guò)程模擬及優(yōu)化5.2 5.2 流體輸送管徑優(yōu)化流體輸送管徑優(yōu)化5.3 5.3 保溫層優(yōu)化保溫層優(yōu)化5.4 5.4 多效蒸發(fā)優(yōu)化多效蒸發(fā)優(yōu)化5.5 5.5 反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化5.6 5.6 石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化制作人：方利國(guó)，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.7 5.7 生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)選擇生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)選擇5.8 5.8 生產(chǎn)配置優(yōu)化生產(chǎn)配置優(yōu)化5.9 5.9 鍋爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化鍋

2、爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化5.10 5.10 管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布5.11 5.11 串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時(shí)分析串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時(shí)分析5.12 5.12 平行理想催化反應(yīng)模擬及優(yōu)化分析平行理想催化反應(yīng)模擬及優(yōu)化分析制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.1 5.1 換熱過(guò)程模擬及優(yōu)化換熱過(guò)程模擬及優(yōu)化5.1.1 5.1.1 套管式換熱器動(dòng)態(tài)模擬套管式換熱器動(dòng)態(tài)模擬5.1.2 5.1.2 單個(gè)換熱器面積優(yōu)化單個(gè)換熱器面積優(yōu)化5.1.3 5.1.3 串聯(lián)換熱器優(yōu)化串聯(lián)換熱器優(yōu)化5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285

3、.1.1 5.1.1 套管式換熱器動(dòng)態(tài)模擬套管式換熱器動(dòng)態(tài)模擬5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話圖5-1所示的套管式換熱器，套管內(nèi)側(cè)為需要加熱的冷流體，液態(tài)；套管環(huán)隙為需要冷卻的熱流體，也為液態(tài)。首先作以下假設(shè)： 1、套管內(nèi)側(cè)及環(huán)隙，其溫度只隨套管的長(zhǎng)度改變而改變，忽略溫度的徑向變化；2、套管內(nèi)側(cè)流體的縱向?qū)嵯禂?shù)為 ，不隨溫度改變；套管環(huán)隙流體的縱向?qū)嵯禂?shù)為 ，不隨溫度改變；3、在整個(gè)套管長(zhǎng)度方向上，總傳熱系數(shù)K不變；4、忽略內(nèi)金屬管壁的熱阻；5、外套管忽略熱損失。125.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)

4、系電話1） 冷流體通過(guò)流動(dòng)流入內(nèi)管微元的能量去inq1tCrvqPin12111 (2) 冷流體通過(guò)流動(dòng)流出內(nèi)管微元的能量outq2)(12112xxttCrvqPout（3）冷流體熱傳導(dǎo)在x 處的熱量導(dǎo)入xq1211rxtqx（4） 流體熱傳導(dǎo)在x+x處的熱量導(dǎo)入xxq1211)/(rxxxtxtqxx5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5）環(huán)隙傳遞給微元的熱量q1t)(21tTxrKqt(6) 微元體內(nèi)的能量變化率cq1)(121tCxrqPfc(7) 總能量平衡方程xtvxtCtTCrKtPP122111

5、11)(25.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話理，對(duì)套管的環(huán)隙也進(jìn)行如上的能量分析，并注意流動(dòng)方向和長(zhǎng)度坐標(biāo)方向不同，可得：xTvxTCtTCrRKrTPP2222222222)()(2同時(shí)有邊界條件：5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.1.2 5.1.2 單個(gè)換熱器面積優(yōu)化單個(gè)換熱器面積優(yōu)化5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話據(jù)前面的假設(shè)及能量守恒、質(zhì)量守恒和傳熱速率方程建立下面的數(shù)學(xué)模型： 5.15.25.35.45

6、.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話進(jìn)行最經(jīng)濟(jì)換熱器優(yōu)化設(shè)計(jì)求解前，需先確定一些和技術(shù)經(jīng)濟(jì)有關(guān)的數(shù)據(jù)，設(shè)資金的年率為i（ nl，為程序中對(duì)應(yīng)名稱，下同），冷卻介質(zhì)水的價(jià)格為pw元/噸，換熱器的使用壽命為n（sm）年，換熱器壽命期終了時(shí)設(shè)備殘值為cz元，換熱器年維修費(fèi)用為nx元，換熱器一次性投資按式（5-1）計(jì)算pbAApaJ由數(shù)學(xué)模型可知冷卻水的流量為：)()(122111ttcTTcGWPWPG設(shè)年工作時(shí)間為 小時(shí)，則年需要冷卻水費(fèi)用為：6 . 3)()(12211ttcTTcGpwJPWPGW5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電

7、話熱器面積為：mPGtKTTcGA211則一次性設(shè)備投資的年費(fèi)用為：1)1 ()1 (nnASiiiJJ換熱器年運(yùn)行綜合費(fèi)用為：1)1 ( )()(6 . 3 1)1 ()1 ( 1)1 (12211211nPWPGnnpbmPGnWSiicznxttcTTcGpwiiitKTTcGpaiicznxJJJ5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-7 換熱器面積優(yōu)化計(jì)算界面5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話了驗(yàn)證程序的正確性，作者特意將某參考文獻(xiàn)中的數(shù)據(jù)作

8、為輸入數(shù)據(jù)，由于文獻(xiàn)中對(duì)設(shè)備采用15%的簡(jiǎn)單折舊，沒(méi)有考慮資金的時(shí)間價(jià)值，為了和文獻(xiàn)中的情況一致，采用了增加設(shè)備壽命為80年的方法使程序中的設(shè)備折舊幾乎等于按設(shè)備原值的15%折舊5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.1.3 5.1.3 串聯(lián)換熱器優(yōu)化串聯(lián)換熱器優(yōu)化3個(gè)換熱器串聯(lián)起來(lái)完成某一冷流體的加熱任務(wù)，見(jiàn)圖5-11。現(xiàn)有3股工業(yè)廢熱可以利用，已知3個(gè)換熱器的總傳熱系數(shù)，冷流體的初始溫度和目標(biāo)溫度及其熱容，3股工業(yè)廢熱的起始溫度及熱容，具體數(shù)據(jù)

9、見(jiàn)表5-1。如何合理配置換熱器，在保證冷流體最后出口溫度的前提下，總的換熱面積為最小5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話先需建立該三級(jí)串聯(lián)換熱系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，由于不考慮壓力變化，已知熱容流率，故模型可簡(jiǎn)化為只考慮能量平衡及熱量傳遞即可，共3個(gè)換熱器，每個(gè)換熱器均有兩個(gè)方程，共有6個(gè)方程，其具體模型方程如下：)()(101101TTCttCPHPC111011mPHtKATTC)()(202212TTCttCPHPC222022mPHtKATTC)()(303123TTCttCPHPC333033mPHtKATTC5.15.25.35.4

10、5.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話中中間變量：2010111tTtTtm2120222tTtTtm2230333tTtTtm目標(biāo)函數(shù)為： min J=A1+A2+A3 5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話量名稱/單位數(shù)據(jù)冷流體初始溫度t0/100冷流體目標(biāo)溫度t3/500冷流體熱容CPC/kW/100000第一換熱器總K1/kW/m2.120第二換熱器總K2/kW/m2.80第三換熱器總K3/kW/m2.40第一換熱器熱流溫度T1/300第二換熱器熱流溫度T2/400第三換熱器熱流溫度T3/600第一

11、換熱器熱流熱容CPH1/ kW/100000第二換熱器熱流熱容CPH2/ kW/100000第三換熱器熱流熱容CPH3/ kW/100000表5-1 串聯(lián)換熱系統(tǒng)已知數(shù)據(jù)5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-12 三級(jí)串聯(lián)換熱器優(yōu)化求解-15.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-13三級(jí)串聯(lián)換熱器優(yōu)化求解-25.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-2 總傳熱面積與最佳出口溫度關(guān)系A(chǔ)50005500600065007000

12、7500800085009000950010000t3464.6475.1484.3492.3499.3505.6511.2516.2520.7524.9528.65.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.2 5.2 流體輸送管徑優(yōu)化流體輸送管徑優(yōu)化5.2.1 5.2.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.2.2 5.2.2 優(yōu)化模型的建立優(yōu)化模型的建立5.2.3 5.2.3 優(yōu)化求解優(yōu)化求解5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.2.1 5.2.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出流體輸送是化工生產(chǎn)過(guò)程中

13、最常見(jiàn)的物料輸送方式，利用泵通過(guò)一定直徑的管道，將物料從一個(gè)地方輸送到另一個(gè)地方。在完成相同的輸送任務(wù)時(shí)，人們可以選擇管徑大一點(diǎn)的，也可以選擇管徑小一點(diǎn)的5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.2.2 5.2.2 優(yōu)化模型的建立優(yōu)化模型的建立為完成一定任務(wù)的流體輸?shù)墓苈烦杀綣1（已含安裝成本）：12211)(LrRCJ流體輸送的電力成本J2：pmCJ2221000管路壓降p的計(jì)算公式為：rLuurLudLp4222222222而流速可由質(zhì)量流量推出：22rmu 5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 1362

14、2251128將（3）代入（4）可得：52224rLmp對(duì)于湍流摩擦系數(shù)可采用以下關(guān)聯(lián)式：2 . 02 . 02 . 022 . 02 . 022 . 02 . 0)2()(046. 0)2(046. 0)(046. 0Re046. 0mrrudu將（6）代入（5）得LrmrLmp8 . 4128 . 12 . 08 . 428 . 12 . 08 . 12 . 0012753. 042046. 0將（7）代入（2）得1000/012754. 018 . 4228 . 22 . 022LrmCJ1000/012753. 01)1 ()1 ()(18 . 4228 . 22 . 021221Lr

15、mCiiiLrRCJnn將管路成本折算成年金和泵的年電力費(fèi)用相加得到流體輸送的年綜合費(fèi)用J:5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話最后總費(fèi)用的表達(dá)式為：1000/225. 01)1 ()1 ()rmaCiiiLrRCJbbbbbnn5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.2.3 5.2.3 優(yōu)化求解優(yōu)化求解5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-3 流量為50kg/s 優(yōu)化計(jì)算結(jié)果 內(nèi)徑內(nèi)徑r（mm)

16、外徑外徑R(mm)流速流速m/s年化管道費(fèi)年化管道費(fèi)用用泵電力年費(fèi)泵電力年費(fèi)用用總費(fèi)用總費(fèi)用J105.7276591111.72765911.42378123720.285812184.10960178424.395413965.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.35.3保溫層優(yōu)化保溫層優(yōu)化保溫層優(yōu)化問(wèn)題的具體模型推導(dǎo)過(guò)程我們已在第1章中論述，在此不在重復(fù)

17、。通過(guò)推導(dǎo)得到管道保溫層總費(fèi)用目標(biāo)函數(shù)如下：5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-21 管道保溫層優(yōu)化求解5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.45.4多效蒸發(fā)優(yōu)化多效蒸發(fā)優(yōu)化5.4.1 5.4.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.4.2 5.4.2 優(yōu)化模型的建立優(yōu)化模型的建立5.4.3 5.4.3 優(yōu)化分析優(yōu)化分析5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 1362

18、2251128在生產(chǎn)中，常常應(yīng)用多效蒸發(fā)來(lái)降低能耗。所謂多效蒸發(fā)，即通過(guò)蒸發(fā)過(guò)程二次蒸汽的再利用，減少生蒸汽的消耗量，從而提高蒸發(fā)裝置的經(jīng)濟(jì)性。在多效蒸發(fā)中，隨著效數(shù)的增加，單位生產(chǎn)能力的蒸汽消耗量減少，操作費(fèi)用降低；但另一方面，隨著效數(shù)的增加，單位生產(chǎn)能力的裝置投資費(fèi)用也會(huì)增大5.4.1 5.4.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.4.2 5.4.2 優(yōu)化模型的建立優(yōu)化模型的建立某化工廠擬用并流多效蒸發(fā)系統(tǒng)濃縮某鹽溶液，其工藝流程見(jiàn)圖5-23。鹽溶液的處理量為0.3Kg /s，沸點(diǎn)進(jìn)料，鹽溶液的初始濃度為4%

19、（質(zhì)量百分濃度），最終濃度要求達(dá)到32%，已知以下參數(shù)：每效蒸發(fā)器初始投資IP為10萬(wàn)元（已包含輔助管道和閥門等費(fèi)用）設(shè)備壽命sm為12年，每年操作時(shí)間300天，設(shè)備報(bào)廢時(shí)每效需5000元拆除費(fèi)（已扣除可回收金屬收益）設(shè)備每年的維修費(fèi)用占初始投資的比例P1為2%設(shè)備初始投資為銀行貸款，年利率i為5.6%，設(shè)備折舊按銀行貸款利率動(dòng)態(tài)折舊由于熱損失等原因，每效蒸發(fā)器中，每公斤蒸汽可蒸發(fā)0.9公斤的水，一次蒸汽的價(jià)格ps為0.18元/Kg 請(qǐng)問(wèn)根據(jù)以上條件，該濃縮系統(tǒng)為多少效時(shí)，系統(tǒng)每年的總費(fèi)用最低，選擇一個(gè)已知參數(shù)（如銀行貸款利率、一次蒸汽價(jià)格、每效蒸發(fā)器投資），分析該參數(shù)改變時(shí)最佳效數(shù)及對(duì)應(yīng)一次

20、蒸汽耗量的變化并作圖5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.4.2 5.4.2 優(yōu)化模型的建立優(yōu)化模型的建立首先根據(jù)已知條件，建立多效蒸發(fā)的數(shù)學(xué)模型，以便為經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模多效蒸發(fā)的數(shù)學(xué)模型，以便為經(jīng)濟(jì)優(yōu)化模型提供計(jì)算基礎(chǔ)。假設(shè)目前的總效數(shù)為型提供計(jì)算基礎(chǔ)。假設(shè)目前的總效數(shù)為N, N, 則由二次蒸汽產(chǎn)量的總則由二次蒸汽產(chǎn)量的總量可知總蒸發(fā)的水分總量量可知總蒸發(fā)的水分總量DWDW為：為：DW=G1+G2+G3+GN =0.9G0+0.92 G0+0.9N G0 =9(1-0.9N) G0 (1)同時(shí)，由蒸發(fā)溶液量的減少可知總蒸發(fā)的水分總量DW為：

21、 DW=W0-WN (2)由蒸發(fā)前后溶質(zhì)不變可知： W0 c0=WN cN （3）由（3）可知蒸發(fā)終了的溶液量WN為： WN = W0 c0/ cN (4)綜合（1）（4），可知一次蒸汽的量G0 NNNcccWG)9 . 01 (90005.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó)，蘇嘉俊聯(lián)系電話了上面的模型方程，就可以方便地寫出本問(wèn)題的優(yōu)化目標(biāo)函數(shù)J為：360024300)9 . 01 (9 1)1 (1)1 ()1 (001sNNNsmPsmsmPpcccWiiczNPINiiiINJ5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 13

22、6222511285.4.3 5.4.3 優(yōu)化分析優(yōu)化分析圖圖5-24 5-24 多效蒸發(fā)優(yōu)化計(jì)算多效蒸發(fā)優(yōu)化計(jì)算5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.5 5.5 反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化反應(yīng)精餾塔雙回流比優(yōu)化5.5.1 5.5.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.5.2 5.5.2 優(yōu)化優(yōu)化模型建立5.5.35.5.3結(jié)果分析結(jié)果分析5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511283495 6782 1 10

23、1112 13 B1B4B3B5B2B6B7丁醇進(jìn)料醋酸進(jìn)料塔釜出料 丁醇為主醋酸丁酯回收廢水處理反應(yīng)精餾塔醋酸丁酯精餾塔傾析器R1R25.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-27 反應(yīng)精餾塔雙回流比反應(yīng)精餾塔雙回流比excel excel 經(jīng)濟(jì)優(yōu)化計(jì)算界面經(jīng)濟(jì)優(yōu)化計(jì)算界面5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.5.35.5.3結(jié)果分析結(jié)果分析5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.65.6石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度優(yōu)化石油產(chǎn)品運(yùn)輸調(diào)度

24、優(yōu)化5.6.1 問(wèn)題的提出5.6.2 模型的建立5.6.3 5.6.3 實(shí)例求解實(shí)例求解5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.6.1 問(wèn)題的提出石油產(chǎn)品無(wú)論是供貨商還是需求方均具有量大及區(qū)域性特點(diǎn)。不同的區(qū)域能提供的產(chǎn)品數(shù)量和價(jià)格均不同；同樣，不同的需求方對(duì)石油產(chǎn)品的需求也不一樣。如何合理地將石油產(chǎn)品從供應(yīng)地運(yùn)輸?shù)叫枨蟮?，在滿足市場(chǎng)需求的前提下使總的社會(huì)成本最小，是人們需要解決的一個(gè)重要問(wèn)題5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.6.2 模型的建立5.15.25.35.45.55.

25、6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.6.3 5.6.3 實(shí)例求解實(shí)例求解5.15.25.35.45.55.6制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.7 5.7 生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)選擇生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)選擇5.7.1 5.7.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.7.2 模型的建立5.7.3 5.7.3 優(yōu)化求解及靈敏度分析優(yōu)化求解及靈敏度分析5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.7.1 5.7.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提

26、出5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話種已知數(shù)據(jù)：表5-6 原料及產(chǎn)品售價(jià)名稱ABCDM價(jià)格(萬(wàn)元/t)203427數(shù)量（t/h）X1X2X3X4X5表5-7 四個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的性能指標(biāo)過(guò)程名稱Pi生 產(chǎn) 能 力APi(t產(chǎn)品/h)固定成本IPi（萬(wàn)元/h）操作成本IOPi(萬(wàn)元/t產(chǎn)品)轉(zhuǎn)換效率（t產(chǎn)品/ t原料P11242A=0.8MP21510.8MB=ln(1+B)P31821.5MC=1.3 ln(1+C)P4121.50.75MD=0.7D5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 1362

27、22511285.7.2 5.7.2 模型的建立模型的建立原料采購(gòu)費(fèi)用：JM=3X2+4X3+2X4+7X5 （1）原料M的總量：M= ln(1+ X2)+ 1.3 ln(1+ X3)+ 0.7 X4+ X5 （2）產(chǎn)品A的產(chǎn)量：X1=0.8M =0.8(ln(1+ X2)+ 1.3 ln(1+ X3)+ 0.7 X4+ X5) （3）產(chǎn)品銷售收入JS=20X1=16(ln(1+ X2)+ 1.3 ln(1+ X3)+ 0.7 X4+ X5) 5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的固定成本：432143215 . 124

28、 4321YYYYIYIYIYIYJPPPPP四個(gè)生產(chǎn)過(guò)程的可變成本：432175. 07 . 0)1ln(3 . 15 . 1)1ln(8 . 02XXXXJOP生產(chǎn)過(guò)程利潤(rùn): )1ln(95. 1)1ln(8 . 07X525. 2435 . 12481 7X2X4X3X 75. 07 . 0)1ln(3 . 15 . 1)1ln(8 . 025 . 12420 325432432115432432143211XXXXXYYYYXXXXXYYYYXJJJJJMOPPS5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話產(chǎn)能力約束：ln(1+

29、X2) 15 Y2 （7）1.3 ln(1+ X3) 18 Y3 （80.7 X412 Y4 （9 ）0.8(ln(1+ X2)+ 1.3 ln(1+ X3)+ 0.7 X4+ X5)12 Y1 (10) 產(chǎn)品需求約束： X110 (11) 邏輯約束： Y1、Y2、Y3、Y4=1或0 (12)非負(fù)約束：X150 (13) 5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.7.3 5.7.3 優(yōu)化求解及靈敏度分析優(yōu)化求解及靈敏度分析圖5-38 生產(chǎn)過(guò)程最優(yōu)選擇計(jì)算界面 5-39 規(guī)劃求解參數(shù)設(shè)置5.75.85.95.105.115.12制作人：

30、方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.85.8生產(chǎn)配置優(yōu)化生產(chǎn)配置優(yōu)化5.8.1 問(wèn)題的提出5.8.2 模型的建立5.8.3 優(yōu)化求解及分析5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.8.1 問(wèn)題的提出某工廠有兩個(gè)生產(chǎn)單元可間歇生產(chǎn)兩種產(chǎn)品P1和P2, 每批的產(chǎn)量為2t，單元1每天的最大產(chǎn)量為12t/d， 單元2每天的最大產(chǎn)量為24t/d。生產(chǎn)1t產(chǎn)品P1，需要0.3t原料M1，0.4t原料M2，0.4t原料M3；生產(chǎn)1t產(chǎn)品P2，需要0.4t原料M1，0.2t原料M2，0.4t原料M3。原料M1每天的限制是16t，原料M

31、2每天的限制是18t；原料M3每天的限制是20t。已知產(chǎn)品P1和P2的純利潤(rùn)分別為2000元/噸和1200元/噸，試問(wèn)如何合理安排生產(chǎn)，試該工廠的每天總利潤(rùn)為最大？5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.8.2 模型的建立假設(shè)每天生產(chǎn)P1為N1批次，生產(chǎn)P2為N2批次，則由題意可得每天的總利潤(rùn)J為： max J=20002N1+12002N2 (1)產(chǎn)品P1的生產(chǎn)能力限制： 2N112 (2)產(chǎn)品P2的生產(chǎn)能力限制： 2N224 (3) 三種原料的限制：2N10.3+ 2N20.416 (4)2N10.4+ 2N20.218 (5)

32、2N10.4+ 2N20.620 (6)批次的正整數(shù)限制：N10, N1 Int (7)N20, N2 Int (8) 以上(1)(8)式構(gòu)成了本問(wèn)題的優(yōu)化模型5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.8.3 優(yōu)化求解及分析圖5-40 間歇生產(chǎn)配置優(yōu)化計(jì)算-15.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-41 間歇生產(chǎn)配置優(yōu)化計(jì)算-25.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.9 5.9 鍋爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化鍋爐發(fā)電系統(tǒng)優(yōu)化

33、5.9.1 5.9.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.9.4 5.9.4 靈敏度分析靈敏度分析5.9.3 5.9.3 模型求解模型求解5.9.2 5.9.2 模型的建立模型的建立5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.9.1 5.9.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出表5-8-a 渦輪特性參數(shù)渦輪1渦輪2最大發(fā)電量6250kW最大發(fā)電量9000kW最小發(fā)電量2500 kW最小發(fā)電量3000kW最大進(jìn)汽量87089.28kg/h最大進(jìn)汽量110675.96kg/h最大冷凝量28122.58kg/h低蒸最大量64409.78kg/h內(nèi)部最大流量5987

34、3.88kg/h表5-8-b 蒸汽及凝水物性數(shù)據(jù)名稱壓力(Mpa)溫度(）焓（kJ/kg)高壓蒸汽4.48382.23162.1143中壓蒸汽1.42過(guò)熱2948.1751低壓蒸汽0.53過(guò)熱2910.0382冷凝水（進(jìn)水）446.48185.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-8-c 有關(guān)能源的經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)燃料成本，元/MkJ9.906806鍋爐效率，%75蒸汽成本1，元/MkJ13.20907蒸汽成本2，元/kg0.035871購(gòu)電價(jià)格，元/kWh0.148658懲罰價(jià)格，元/kWh0.0611115購(gòu)電基數(shù)，kW12000表5-

35、8-d 工廠對(duì)能源的需求數(shù)據(jù)中壓蒸汽（kg/h)低壓蒸汽（kg/h)電力E(kW)12316645641.587245505.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.9.2 5.9.2 模型的建立模型的建立首先建立目標(biāo)函數(shù)J，假設(shè)鍋爐生產(chǎn)高壓蒸汽為HPS(kg/h)，購(gòu)買電力為PP(kW),因不夠基數(shù)的懲罰電力EP(kW),則發(fā)電系統(tǒng)每小時(shí)的總費(fèi)用J為:min J= 0.035871HPS+ 0.148658PP+0.0611115EP (

36、1)物料平衡方程有：總蒸汽一級(jí)平衡平衡方程：HPS-FS1-FS2-BS1=0 （2）總蒸汽二級(jí)平衡平衡方程：FS1+FS2+BS1-C1-MPS-LPS=0 （3） 渦輪1蒸汽平衡方程:FS1-ME1-LE1-C1=0 （4）渦輪2蒸汽平衡方程:FS2-ME2-LE2=0 （5）中壓蒸汽平衡方程:ME1+ME2+BS1-BS2-MPS=0 （6）低壓蒸汽平衡方程：LE1+LE2+BS2-LPS=0 （7）能量平衡方程：渦輪1： 3162.3FS1-2948.3ME1-2910.2LE1-448.8C1-3600P1=0 （8）渦輪2： 3162.3FS2-2948.3ME2-2910.2LE

37、2-3600P2=0 （9）5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話輪1 約束方程：FS1=2500 （11）P1=6250 （12）C1=28122.58 （13）FS1-ME1=59873.88 （14）渦輪2 約束方程FS2=3000 （16）P2=9000 （17）LE2=12000 （19）能源需求約束P1+P2+PP=24550 （20）MPS=123166 （21）LPS=45641.6 （22）式（1）（22），加上對(duì)所有變量的非負(fù)約束，構(gòu)成了本問(wèn)題的優(yōu)化模型。 5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó)

38、 ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.9.3 5.9.3 模型求解模型求解圖5-43 發(fā)電系統(tǒng)excel求解界面 5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-44 規(guī)劃求解參數(shù)設(shè)置5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話5-9 可變單元格優(yōu)化計(jì)算結(jié)果單元格單元格名字名字初值初值終值終值$H$26 min f0.2467905.522475$E$5 渦1進(jìn)汽量161837.35701$F$5 渦2進(jìn)汽量1110675.96$G$5 旁路流量110$H$5旁路流量210$

39、I$5中壓抽提1158131.64081$J$5低壓抽提110$K$5中壓抽提2165034.37343$L$5低壓抽提2145641.58657$E$8渦1冷凝13705.716204$F$8渦1發(fā)電量16250$G$8渦2發(fā)電量17060.7107$H$8購(gòu)電數(shù)量111239.2893$I$8少購(gòu)數(shù)量1760.7107001$J$8中壓蒸汽1123166.0142$K$8低壓蒸汽145641.58657$L$8高壓蒸汽1172513.3175.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.9.4 5.9.4 靈敏度分析靈敏度分析圖5-45

40、 敏感性報(bào)告5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.10 5.10 管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布管式反應(yīng)器最優(yōu)溫度分布5.10.1 5.10.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.10.2 5.10.2 模型的建立模型的建立5.10.3 5.10.3 優(yōu)化求解優(yōu)化求解5.10.4 5.10.4 結(jié)果分析結(jié)果分析5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.10.1 5.10.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 1362225112

41、85.10.2 5.10.2 模型的建立模型的建立5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.10.3 5.10.3 優(yōu)化求解優(yōu)化求解5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.10.4 5.10.4 結(jié)果分析結(jié)果分析5.75.85.95.105.115.12制作人：方利國(guó) ，蘇嘉俊聯(lián)系電話 136222511285.11 5.11 串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時(shí)分析串聯(lián)反應(yīng)器最佳空時(shí)分析5.11.1 5.11.1 問(wèn)題的提出問(wèn)題的提出5.11.2 5.11.2 模型的建