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摘 要

本文主要研究醋酸甲酯水解工艺的成本优化。通过阐述醋酸甲酯水解在工业上的应用，指出优化醋酸甲酯水解工艺成本的工业意义。详细阐述了国内外学者在醋酸甲酯水解工艺上的研究成果，比较各种醋酸甲酯水解工艺，指出本文采用的新型醋酸甲酯水解工艺。在优化方法方面，从多目标优化方法出发，指出传统优化方法的不足，简单介绍了粒子群算法、差分进化算法和遗传算法。在遗传算法中，NSGA-II算法计算复杂度低、结果精确和具有种群多样性，常常被用来求解多目标优化问题；所以本文采用NSGA-II算法对醋酸甲酯水解工艺操作参数进行优化。在选定新型醋酸甲酯水解工艺和采用NSGA-II算法进行成本优化的情况下，利用Aspen Plus软件对醋酸甲酯水解工艺进行模拟计算。最后对于醋酸甲酯水解工艺年总成本优化进行分析，选取优化变量，建立数学模型，利用MATLAB、Aspen Plus软件和算法实现对醋酸甲酯水解工艺的成本优化。

关键词：醋酸甲酯水解 多目标优化方法 NSGA-II算法 稳态模拟

Abstract

This paper mainly studies the cost optimization of methyl acetate hydrolysis process. Through expounding the application of methyl acetate hydrolysis in industry, the industrial significance of optimizing the process cost of methyl acetate hydrolysis was pointed out. The research results of domestic and foreign scholars on the hydrolysis of methyl acetate were described in detail. In terms of optimization methods, the shortcomings of traditional optimization methods are pointed out from multi-objective optimization methods. Particle swarm optimization algorithm, differential evolution algorithm and genetic algorithm are briefly introduced. In genetic algorithm, nsga-ii algorithm is often used to solve multi-objective optimization problems due to its low computational complexity, accurate results and population diversity. Therefore, nsga-ii algorithm was used to optimize the operating parameters of methyl acetate hydrolysis process. In selected new methyl acetate hydrolysis process and cost optimization using the algorithm of the NSGA - II, under the condition of using Aspen Plus process simulation software to establish the new steady state model of methyl acetate hydrolysis process, in order to view the simulation results. Finally for methyl acetate hydrolysis process in the total cost optimization were analyzed, and the selection of optimization variables, the mathematical model is established, using MATLAB, Aspen Plus software and algorithm of methyl acetate hydrolysis process cost optimization.

Keywords: methyl acetatehy drolysis ：multi-objective optimization method ：NSGA-II algorithm ：steady-state simulation

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 引言 1

1.1醋酸甲酯水解工业意义 1

1.2醋酸甲酯水解工业应用背景 1

1.2.1固定床醋酸甲酯水解工艺 1

1.2.2醋酸甲酯固定床水解工艺缺点 2

1.3醋酸甲酯催化精馏工艺 3

第二章 醋酸甲酯水解工艺研究现状 4

2.1超近临界条件的醋酸甲酯非催化水解方法 4

2.2醋酸甲酯催化精馏水解工艺 4

2.3使用间歇反应器的醋酸甲酯水解反应 5

2.4带侧采的醋酸甲酯水解工艺 5

2.5碳基固体酸催化水解醋酸甲酯 5

2.6醋酸甲酯水解过程的模拟计算与优化 6

第三章 醋酸甲酯水解工艺优化方法 7

3.1多目标优化方法 7

3.1.1经典算法 7

3.1.2改造型算法 7

3.1.3启发式算法 8

3.2粒子群优化算法 8

3.2.1粒子群算法基本原理及特点 8

3.2.2粒子群算法流程 8

3.3差分进化算法 10

3.3.1差分进化算法基本思想及运算流程 10

3.4遗传算法 11

3.4.1遗传算法简介 11

3.4.2 NSGA-II算法的特点 11

3.4.3 NSGA-II算法基本操作流程 11

第四章 醋酸甲酯水解工艺流程及模型搭建 14

4.1醋酸甲酯水解工艺流程 14

4.2醋酸甲酯水解稳态模型 15

4.2.1设定流程结构 15

4.2.2指定化学组成及物理性质 15

4.2.3指定物流性质 16

4.2.4指定设备参数 17

4.2.5 Aspen plus模拟结果 18

第五章 醋酸甲酯水解工艺年总成本经济优化 19

5.1优化变量选取及数学模型 19

5.2成本计算 20

5.2.1设备成本计算 20

5.2.2能耗费用计算 21

5.3 NSGA-II算法优化参数 22

5.4 Matlab与Aspen Plus通信 24

5.5优化结果及分析 26

结 语 28

参考文献 29

致 谢 31

第一章 引言

1.1醋酸甲酯水解工业意义

聚乙烯醇（PVA）有巨大的用途，在医用上可用于开发新药物的辅料，在工业上可用于制造管道和纤维、乳化剂、纺织浆料、粘合剂、建筑用胶、薄膜、纸张等。生产PVA的厂家常常使用碱性（或酸性）催化剂催化水解聚醋酸乙烯的方法。但是聚醋酸乙烯水解反应会产生大量的副产物醋酸甲酯，影响PVA的生产效率，而且随着聚醋酸乙烯的不断损耗这会提高工艺的生产成本。虽然醋酸甲酯可以回收利用，但是它本身没有较高的利用价值。有些生产PVA的厂家为了减少生产成本，会把醋酸甲酯循环到PVA生产装置中，通过抑制醋酸甲酯的生成减少聚醋酸乙烯的损耗。但是这种改进的生产工艺会因为生产装置中的醋酸甲酯含量积累得越来越高而影响PVA的生产操作，导致生产效率下降；而PVA生产系统中一部分副产物醋酸甲酯会随着尾气直接排入大气中，加剧生产厂家对污水处理装置的负担的同时也会对环境造成污染。所以，在工业在对于副产物醋酸甲酯的处理尤为重要。

针对PVA生产工艺副产物醋酸甲酯的处理，工业上通常将醋酸甲酯催化水解生成醋酸和甲醇，再将醋酸和甲醇回收利用于生产聚醋酸乙烯。虽然这会增加精馏塔、回收塔等成本，但是这种处理醋酸甲酯的方法可以降低PVA生产装置中副产物醋酸甲酯的含量，提高生产操作；又可以减少PVA生产工艺中聚醋酸乙烯的损耗，减少生产成本。同时也避免了醋酸甲酯对环境的污染，实现了绿色经济的大化工生产过程。

1.2醋酸甲酯水解工业应用背景

1.2.1固定床醋酸甲酯水解工艺

常用的醋酸甲酯水解方法有以下四种：氢氧化钠与醋酸甲酯反应的碱解法；氨水与醋酸甲酯反应的氨解法；用硫酸或盐酸酸作为催化剂的酸解法以及用离子树脂为催化剂的粒子交换树脂法。其中离子交换树酯法不需要使用其它试剂且该

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