方 飛，方永豪，張平利

（1.江西盛源新材料有限公司，江西贛州 341500；2.中原工學(xué)院，河南鄭州 450007；3.濮陽市市政設(shè)施管理處，河南濮陽 457000）

0 引言

隨著我國大數(shù)據(jù)、人工智能、云技術(shù)等信息技術(shù)的快速發(fā)展，眾多領(lǐng)域開始向智能化方向發(fā)展。而化工企業(yè)在生產(chǎn)過程中，存在建模困難、規(guī)模龐大、干擾因素多樣等困難。基于此，探索、建立有化工產(chǎn)業(yè)特色的智能優(yōu)化技術(shù)，在化工生產(chǎn)中應(yīng)用智能優(yōu)化技術(shù)是技術(shù)發(fā)展趨勢的必然。

1 相關(guān)概念

1.1 化工生產(chǎn)優(yōu)化

優(yōu)化是指在一定的約束條件下調(diào)整相應(yīng)操作，使目標(biāo)指標(biāo)最大限度地滿足要求。國外企業(yè)案例證明，科學(xué)的優(yōu)化技術(shù)可以極大地增加企業(yè)經(jīng)濟效益，使用先進的技術(shù)和生產(chǎn)優(yōu)化能提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低能源損耗，為企業(yè)經(jīng)濟帶來巨大收益。

化工生產(chǎn)是根據(jù)特定原料，選擇合適的生產(chǎn)工藝，以單元為板塊規(guī)劃設(shè)備設(shè)施進行操作加工，完成產(chǎn)物制作的過程。現(xiàn)階段，我國化工企業(yè)的生產(chǎn)中也應(yīng)注重設(shè)備產(chǎn)量的提升和工藝流程操作優(yōu)化。

1.2 智能優(yōu)化技術(shù)

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進步，通過模擬生物的行為特征等方式建立仿生技術(shù)。對于優(yōu)化技術(shù)而言，仿生技術(shù)也可以對優(yōu)化控制過程發(fā)揮很好的效果。通過仿生技術(shù)建立模型，其模型不需要較高的精準(zhǔn)度，所以減少了運算過程，加快了優(yōu)化速度，提高了運算效率。

優(yōu)化控制是實現(xiàn)優(yōu)化生產(chǎn)工作的重要內(nèi)容之一，對優(yōu)化技術(shù)應(yīng)用有著極為重要的意義。傳統(tǒng)的優(yōu)化控制本質(zhì)屬于一種離線優(yōu)化控制模式，針對多單元操作系統(tǒng)，各單元之間緊密關(guān)聯(lián)，不能考慮全局優(yōu)化。所以，優(yōu)化控制的實現(xiàn)要從全局考慮，不斷完善優(yōu)化模型，保證優(yōu)化結(jié)果的高效[1]。

2 化工生產(chǎn)中智能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用

連續(xù)生產(chǎn)過程是化工生產(chǎn)中常見的生產(chǎn)方式之一，在生產(chǎn)過程工藝聯(lián)動性高，進行設(shè)備與生產(chǎn)原料的調(diào)整后，可以保證生產(chǎn)工藝高效的生產(chǎn)目標(biāo)產(chǎn)物，其優(yōu)點是效率高、反應(yīng)穩(wěn)定。本文以聚酯生產(chǎn)過程為分析對象，根據(jù)其生產(chǎn)需求，選取產(chǎn)品和質(zhì)量兩個方面為優(yōu)化目標(biāo)，進行智能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用探討。

2.1 聚酯生產(chǎn)工藝

聚對苯二甲酸乙二酯（PET）屬于高分子有機化合物，是合成纖維、塑料薄膜、無紡布等用品的主要原料，在行業(yè)內(nèi)通常稱為聚酯。其生產(chǎn)過程是由苯二甲酸（PTA）、催化劑、消光劑、乙二醇（EG）等材料進行酯化、縮聚及紡絲生產(chǎn)等工序組成。

漿料是PTA 固體物料、液體EG 及2%的催化劑溶液在常溫狀態(tài)下攪拌在一起的配料。配置好后送進酯化釜進行酯化反應(yīng)：

酯化過程將EG 進行蒸發(fā)，促進反應(yīng)正向進行，反應(yīng)后物料進行第二次酯化反應(yīng)，在加熱、攪拌的情況下進行反應(yīng)，到達(dá)一定程度后取出目標(biāo)材料。

在縮聚反應(yīng)階段，對苯二甲酸乙二酯與對苯二甲乙酯（BHET）發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，在反應(yīng)釜中經(jīng)過多次聚合，釋放EG 形成線性高聚物PET，其反應(yīng)式為：

在整體生產(chǎn)階段，特性黏度對聚酯產(chǎn)品質(zhì)量有著重要的意義。特性黏度的測量難度比較困難，測量滯后時間較大，不能較好地進行具體控制。

2.2 建立聚酯生產(chǎn)縮聚過程數(shù)學(xué)模型

建立預(yù)報聚酯黏度數(shù)學(xué)模型，方便在不同操作條件下，發(fā)現(xiàn)聚酯產(chǎn)品特性黏度規(guī)律。結(jié)合實際情況，建立相關(guān)操作參數(shù)范圍，具體參數(shù)包括反應(yīng)溫度T403、夾套溫度TH401、真空度P401、進料泵轉(zhuǎn)速PP401、出料泵轉(zhuǎn)速PP501、液位L401 等。

縮聚達(dá)到所需平均分子質(zhì)量要求標(biāo)準(zhǔn)的真空度。真空度的大小影響分子排除，與反應(yīng)效率有著密不可分的關(guān)系。選取P401為輸入信號。反應(yīng)溫度是反應(yīng)進行過程的標(biāo)準(zhǔn)，影響?zhàn)ざ戎荡笮?。在聚酯反?yīng)過程中，縮聚反應(yīng)的釜內(nèi)溫度與夾套溫度十分接近，所以選溫度時選用T403 為輸入信號[2]。

根據(jù)聚酯生產(chǎn)過程中的反應(yīng)參數(shù)，對反應(yīng)溫度、真空度、進料泵轉(zhuǎn)速、出料泵轉(zhuǎn)速等因素建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型（圖1）。

圖1 聚酯特性黏度復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型

其復(fù)合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)函數(shù)關(guān)系為：

其中，n1為對角遞歸神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輸入層神經(jīng)元數(shù)，n2為B 樣條子網(wǎng)的輸入層神經(jīng)元數(shù)。二者內(nèi)插節(jié)點數(shù)相同，都為l。根據(jù)建立神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進行誤差預(yù)報算法訓(xùn)練。選用不同的隨機數(shù)初始化權(quán)值，制定合適的數(shù)據(jù)。根據(jù)輸入信號計算y（k），不間斷地采樣提取數(shù)據(jù)對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行訓(xùn)練，提高模型準(zhǔn)確率[3]。

2.3 縮聚過程尋優(yōu)

對初始化種群操作變量進行系統(tǒng)化處理，采用編碼的方式進行編制。根據(jù)非劣分層粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法及優(yōu)化模型進行計算尋優(yōu)。通過尋優(yōu)結(jié)果計算，非劣分層粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法能夠優(yōu)化聚酯生產(chǎn)縮聚階段的生產(chǎn)操作，提高產(chǎn)品產(chǎn)量，并更好的規(guī)劃了特性黏度。

3 化工生產(chǎn)中智能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用分析

化工生產(chǎn)優(yōu)化規(guī)模體系龐大、技術(shù)要求高、計算體系復(fù)雜，在智能優(yōu)化技術(shù)方面沒有建立完整的技術(shù)體系，還需要大量人才不斷探索研究。對于化工行業(yè)而言，設(shè)計生產(chǎn)工藝水平直接決定企業(yè)未來發(fā)展前景，決定企業(yè)在該行業(yè)的地位。為提高模型的精準(zhǔn)度，可以采用迭代優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)來進行優(yōu)化（圖2）。設(shè)計與生產(chǎn)工藝流程智能化可以提高工藝安全，幫助企業(yè)獲得更好的經(jīng)濟效益。所以，各企業(yè)要不斷的進行創(chuàng)新工藝流程、完善生產(chǎn)過程，實現(xiàn)優(yōu)化技術(shù)智能化、高效化才能讓企業(yè)在激烈的市場競爭中屹立不倒[4]。

圖2 迭代優(yōu)化控制結(jié)構(gòu)

4 結(jié)論

化工生產(chǎn)中智能優(yōu)化技術(shù)的應(yīng)用是當(dāng)前的研究熱點。在智能優(yōu)化技術(shù)的建設(shè)中，模型建立要結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)工藝，越復(fù)雜的生產(chǎn)工藝，建立的模型越復(fù)雜。針對此種情況，傳統(tǒng)的尋優(yōu)方法由于計算體系的增大，計算可能出現(xiàn)錯誤，運算時間也隨之大幅增加，影響優(yōu)化技術(shù)的運行成本與效率。采用非劣分層粒子群多目標(biāo)優(yōu)化算法可以為聚酯生產(chǎn)提供最優(yōu)的操作條件，為實際生產(chǎn)提供參考。