28094

تدوين رويه نحوه بكارگيري مناسب روش هاي بهينه سازي برج ها و چيدمان هاي تقطيري

كارشناسي ارشد

مهندسي شيمي

1399

1401/12/20

دكتر نوراله كثيري

دكتر جواد ايوك پور

مهندسي شيمي، نفت و گاز

در بين واحدهاي عملياتي تقطير مهم‌ترين و پركاربردترين فرآيند جداسازي در صنايع شيميايي است. با وجود سادگي و انعطاف‌پذيري بالا، اين فرآيند داراي معايبي چون هزينه سرمايه‌گذاري و هزينه عملياتي بالا است. با پيشرفت دانش تقطير و ارائه روش‌هاي جديد براي اين فرآيند، چيدمان‌هاي جديدي به‌منظور كاهش هزينه‌ها پيشنهاد شده است، اما مشكل اصلي مربوط به تعداد اين چيدمان‌ها است كه با بالارفتن تعداد اجزاء به‌شدت افزايش مي‌يابد. دو چيدمان تنها در شرايطي مي‌توانند با يكديگر مقايسه شوند كه هر دو در شرايط بهينه قرار گرفته باشند. باتوجه‌به ماهيت به‌شدت غيرخطي اين مسئله، الگوريتم‌هاي بهينه‌سازي فراابتكاري براي اين منظور پيشنهاد شده‌اند و در اين‌بين الگوريتم ژنتيك بيشترين استفاده را داشته است. مشكل اصلي اين الگوريتم زمان موردنياز بسيار زياد براي انجام عمل بهينه‌سازي مي‌باشد. در اين پژوهش با هدف جست‌وجو در بين ساير الگوريتم‌هاي قدرتمند، به جهت كاهش زمان محاسباتي و افزايش كيفيت پاسخ‌ها، در ابتدا از 30 الگوريتم پركاربرد در حل مسائل مهندسي براي بهينه‌سازي 17 چيدمان تقطيري جداسازي خوراك چهارجزئي بنزن، تلوئن، زايلن و مسيتيلن (BTXH) استفاده شده است. پس از شناسايي الگوريتم بهينه‌سازي مبتني بر آموزش و يادگيري به‌عنوان الگوريتم برتر، نقاط ضعف اين الگوريتم شناسايي و با استفاده از تكنيك‌هاي توسعه الگوريتم و قدرت ساير الگوريتم‌ها، نسخه بهبوديافته اين الگوريتم معرفي شده است. نتايج حاكي از الگوريتم پيشنهادي، نشان‌دهنده كاهش حداقل 85 درصدي زمان محاسباتي و افزايش كيفيت پاسخ‌هاي حاصله تا 4/11 درصد نسبت به الگوريتم ژنتيك به‌عنوان پركاربردترين روش در حل اين دسته از مسائل مي‌باشد. همچنين باتوجه‌به اينكه براي انجام بهينه‌سازي با استفاده از روش‌هاي فراابتكاري، نياز به هزاران بار تكرار شبيه‌سازي مي‌باشد، تاثير متغيرهاي مختلف بر سرعت همگرايي شبيه‌ساز اسپن پلاس مورد بررسي قرار گرفته است. دستورالعمل حاصل شده مجدداً باعث كاهش زمان بهينه‌سازي براي چيدمان ساده و افزايش كيفيت پاسخ براي چيدمان‌هاي پيچيده خواهد شد.

1402/01/22

Develop a procedure for proper use of optimization methods for columns and distillation configurations

3/10/2024 12:00:00 AM

Among the operation units, distillation is the most important and most used process of separation in the chemical industry. Despite its simplicity and flexibility, this process has disadvantages, such as high capital and operating costs. With the advancement of distillation knowledge and the presentation of new methods for this process, new configurations have been proposed to reduce costs, but the main problem is the number of these configurations, which increases as the number of components increase. Two configurations can only be compared to each other when both are in optimal conditions. Given the highly nonlinear nature of this problem, meta-heuristic algorithms have been suggested for this purpose, and the genetic algorithm has been the most used. The main problem with this algorithm is the high time required for optimization. In this study, with the aim of searching among other powerful algorithms, to reduce computational time and increase the quality of answers, 30 most commonly used algorithms to solve engineering problems were used to optimize 17 distillation configurations of the separation of BTXH. After identifying the Teaching-Learning-based algorithm as the best algorithm, the weaknesses of this algorithm have been identified and, using the algorithm development techniques and the power of other algorithms, the improved version of this algorithm has been introduced. The results show that the proposed algorithm indicates a decrease at least 85% of the computing time and the increase in the quality of the answers to 11.4% compared to the genetic algorithm as the most commonly used algorithm to solve these types of problem. Also, given that optimization requires thousands of repetitions of simulation, the effect of different variables on the speed of Aspen Plus simulator convergence has been investigated. The obtained instructions will again reduce the optimization time for simple configurations and increase the quality of answer for complex configurations.

چيدمان هاي تقطيري , الگوريتم هاي فراابتكاري , بهينه سازي

Distillation configuration , meta-heuristic algorithms , optimization

Pouria Shameli Shahreza

Dr Norollah Kasiri