二氯乙烷裂解爐是氯乙烯乃至聚氯乙烯工業生產中的重要設備和用能大戶。因此，研究如何降低二氯乙烷裂解爐中的能耗，提高裂解產物質量，有著非常重要的作用。由于現場缺乏足夠的檢測設備，二氯乙烷裂解爐現場操作水平不高，唯一標識二氯乙烷裂解性能的控制指標為爐管出口溫度。因此，工業二氯乙烷裂解爐的操作優化還有很大的提升的空間。為了加深對二氯乙烷裂解爐本質的認識，定量分析現場無法實際測量的關鍵變量信息，實現二氯乙烷裂解爐的操作優化，建立準確的二氯乙烷裂解爐模型顯得非常關鍵。為此，本文從不同層面出發，建立多個不同復雜度的二氯裂解爐模型，并設計一種高效的多目標算法，實現二氯乙烷裂解爐的多目標操作優化。工作主要的創新點總結如下:
    (I)設計了一種帶約束處理機制的自適應差分進化多目標優化算法((SMODE-sCD)。算法在差分進化的變異和交叉過程中引入了自適應調整策略，從而有利于進化前期保持種群的多樣性，進化后期收斂到全局最優。此外，算法引入c約束處理機制，用于處理
多目標問題的約束，并且設計了外部存檔集，保存非支配關系的最優解，用于引導多目標算法的進化。通過對9個標準約束多目標問題以及4個工程設計優化問題的仿真測試，并與典型的多目標優化算法NSGA-II和CMODE算法作對比，有效驗證了SMODE-ECD算法在處理各種多目標約束問題的有效性，為二氯乙烷裂解爐性能指標的多目標優化奠定了算法基礎。
    (2)建立二氯乙烷裂解爐清潔管時期的簡易機理模型。爐膛采用一維Lobo-Evans法描述爐膛煙氣傳熱過程，管內二氯乙烷的裂解以一維平推流假設、裂解反應動力學采用一階串聯的分子反應模型。在該模型的基礎上，通過定義燃料氣負荷分配因子。，分析不同的燃料氣負荷分配策略對二氯乙烷裂解爐中關鍵的變量以及重要性能指標的影響。此外，通過調整燃料氣用量，得到爐管出口溫度與裂解性能指標如轉化率、選擇性、單耗之間的對應關系，用于指導現場操作。
    (3)建立了二氯乙烷裂解爐全周期模型。在清潔管時期模型的基礎上，通過引入自由基反應機理和裂解結焦模型，建立二氯乙烷裂解爐全周期模型。乙炔作唯一的結焦母體，結焦過程作擬穩態假設，爐管外壁最高溫度為裂解爐全周期模擬結束的制約條件。通過二氯乙烷裂解爐全周期模擬，定量分析結焦過程對于二氯乙烷裂解爐關鍵信息的影響，包括爐管內徑，爐管外壁溫度，爐管傳熱速率，爐膛煙氣溫度，二氯乙烷裂解轉化率、選擇性、單耗隨著運行時間的推進的變化情況。此外，由于二氯乙烷原料的純度以及爐膛內燃料氣負荷分配策略對二氯乙烷裂解結焦過程有著重要的影響，本文在全周期的模型的基礎上，定量分析二氯乙烷原料中典型的反應促進劑CCl;的濃度以及燃料氣負荷分配因子。對于二氯乙烷結焦過程以及全周期裂解性能指標的影響，并給出合理的CC14濃度以及燃料氣負荷分配策略建議。
    (4)建立了二氯乙烷裂解爐CFD模型。由于簡易的機理模型忽略了煙氣流動情況對于二氯乙烷裂解過程的影響，為了準確描述爐膛內煙氣的速度場、溫度場、濃度場，以及煙氣對管內反應的影響，文章依據計算流體力學的原理，建立復雜的二氯乙烷裂解爐CFD模型。爐膛煙氣流動模型用雷諾平均的守恒方程描述，其中的湍流項用k-￡方程封閉;爐膛燃氣的燃燒采用一階串聯的簡易動力學模型，燃燒過程作全預混假設，其中湍流作用以結合有限速率模型的渦耗散模型描述;煙氣的輻射模型采用離散坐標模型(DO模型)。通過二氯乙烷裂解爐的CFD模擬，給出了爐膛詳細的爐膛煙氣流速、溫度、濃度在爐膛中的三維分布信息，有助于加深人們對二氯乙烷裂解爐爐膛燃料氣燃燒、煙氣流動傳熱傳值過程的本質特征的了解，從而輔助裂解爐的工藝設計。此外，二氯乙烷CFD模擬雖然非常耗時，但其結果更為準確，可用于輔助驗證簡易模型的準確性。
    (5)完成了二氯乙烷裂解爐多目標優化�？紤]計算代價，二氯乙烷裂解爐的操作優化選擇簡易的機理模型作為多目標優化模型，優化的目標為二氯乙烷裂解的轉化率最大化，選擇性最大化，單耗最小化。優化的決策變量則為二氯乙烷進料流量，燃料氣進料量，燃料氣負荷分配因子、以及爐管出口壓力等四個重要現場操作變量。通過將整體的多目標優化問題進一步分解，確定了轉化率一選擇性，轉化率一單耗，選擇線一單耗三個雙目標優化問題。利用所建立的SMODE-sCD多目標優化算法，實現二氯乙烷裂解爐性能指標的多目標優化，找到了轉化率一選擇性，轉化率一單耗，選擇線一單耗的近似Paret。邊界，并給出了典型邊界點所對應的操作工況，用于輔助現場決策者做出正確的判斷。www.chnlcjt.com