用MATLAB语言进行化工过程优化.pdf

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1、CHEMISTRY(THECHINESECHEM.SOC.,TAIPEI)Sept.2001Vol.59,No.3,pp.347~351化學教育用MATLAB語言進行化工過程最優化陳宏剛太原理工大學一碳化學與化工國家重點實驗室摘要:本文利用MATLAB及其最優化工具箱，建立了用於化工過程最優化計算的圖形用戶介面，只需調用相應的函數就可以方便地進行實現各種類型化工過程的最優化。通過各種計算實例證明，該方法具有編程效率高，計算結果穩定可靠等優點，可廣泛用於化工過程最優化的教學和科研實踐中。關鍵字:化工過程，最優化，MATLAB。式過多、(

2、4)不利於資料傳遞、(5)矩陣和陣列維數指定前言困難、(6)繪圖功能差等缺陷，還常常造成數值不穩定，計算結果有誤。此外這種最原始的編程方式效率很低，近年來，化工系統工程取得了長足的進步，其應用程式的調試花費大量保貴的精力和時間。為此筆者嘗試也日趨廣泛。最優化是化工系統工程的核心。現有的有用新一代互動式電腦語言－－MATLAB及其工具箱進關化工過程優化的書籍只介紹基本的方法、原理，有些行化工過程的最優化，有效地克服了上述缺陷。附有簡單的Basic和Fortran根源程式。目前國內用於1A.Constantinides和N.Mostouf

3、i用MATLAB對常最優化的軟體更是匱乏，這無疑大大阻礙了廣大的化工2規的化學工程問題進行了計算，王政等提出了開發基科研、教學、開發、生產和管理工作者進行最優化的應於MATLAB化工工具箱的構想和方案。但採用用開發工作產。MATLAB用其最優化工具箱求解更為複雜的化工最優通常進行最優化計算時，程式往往需要用戶自己編化問題，還未見文獻報導。寫，既需要對有關演算法有深刻的認識，又需要熟練掌握所用語言的語法規則和編程技巧，對用戶的要求過於苛刻。即使有一些標準副程式也需用戶編制主調用程式，具有(1)使用不方便、(2)調用過程繁瑣、(3)執行程

4、348中華民國九十年第五十九卷第三期成熟的最優化演算法，用戶可以方便地選擇調用。MATLAB簡介MATLAB是一種用於工程計算的高性能語言，高圖形介面設計度集成了計算功能和資料視覺化的環境。它以矩陣為基本編程單元、以函數調用為顯著特徵，把編輯、編譯、採用MATLAB提供的圖形介面編輯工具（控制面連接及執行和調試有機地融合為一體。用MATLAB編板、屬形編輯器、事件過程編輯器、對齊工具和功能表程與人類進行科學計算的思路和表達方式完全一致，極編輯器），設計圖形介面就像在紙上繪製介面一樣，非大地降低了對使用者的數學基礎和電腦語言知識的要常方

5、便、直觀。首先在MATLAB的命令視窗中鍵入命求，它提供了豐富強大的矩陣處理功能，簡單的幾條命令guide，啓動控制面板；按照設想，通過用滑鼠的選令就可以完成成百上千條Fortran或Basic的任務。中和拖動在合適的位置處畫好五個按鈕，一個靜態文本MATLAB語言的顯著特點框和一個可編輯文本框。然後再利用屬形編輯器將窗口的Name屬形修改為“OptimizationofChemical1.編程效率高。Processes”；將靜態文本框和五個按鈕的String屬形分2.使用方便，調試手段豐富。別修改為:“命令及計算結果”、“單變數過程

6、最優化”、3.擴充能力強，可以方便地建立、擴充新的庫和調用“無約束多變數過程最優化”、“平方和形式的函數極Fortran或Ｃ語言的副程式。小問題”、“線性規劃”和“帶約束非線性問題最優4.語句簡潔，使用靈活方便，庫函數非常豐富。化”。最後設置五個按鈕的Callback屬形分別為對應的5.具有強大的繪圖功能。M－文件。按上述步驟建立的圖形介面，見圖一。只需6.程式的可攜性好。點擊相應按鈕，就可以進行各種最優化計算，調用命令7.根源程式具有開放性。及計算結果顯示在左側的文本框中，圖一所示為單變數需要特別指出的是，MATLAB帶有最優化工具

7、箱問題最優化的計算結果。（OptimizationToolbox），它以函數的形式給出了當今中華民國九十年第五十九卷第三期349圖一化工最優化圖形介面可很快得出最優解t=92.49℃，計算時間為2化工最優化應用實例0.06秒，參見圖一。連續攪拌筆者在PC機上，利用MATLAB及Optimization槽式反應DNG粗柴油乙烷丙烷Toolbox計算了化工中的許多最優化實例，覆蓋了單變器數最優化、無約束多變數最優化、線性規劃、以及帶約(CSTR)束非線性最優化等類型，的最優設熱裂解爐計甲烷冷卻器最優設計燃料設計一逆流換熱冷卻器，使其年度總

8、費用最小，具FA1燃料油體資料及符號說明見文獻[3]。乙烯丙烯丁二烯汽油原料A反應器分離器產物B該優化問題的數學模型為：FFBA0迴圈物流（未反應原料Ａ）CA0θ⋅wJ=JA⋅A⋅β+Jw⋅1000圖二反應器-分離器流程