精對苯二甲酸(PTA)是化纖工業(yè)的“龍頭”，市場需求非常大。但石油與化工總與污染相聯(lián)系，讓老百姓談“化”色變。如何能在滿足現(xiàn)代生活需求的同時(shí)，又能守護(hù)住青山綠水?石化工業(yè)智能化是途徑之一，即以自動(dòng)化技術(shù)實(shí)現(xiàn)石化生產(chǎn)過程的綠色制造和智能制造，進(jìn)而達(dá)到提質(zhì)增效、節(jié)能降耗的目的。
華東理工大學(xué)信息學(xué)院的鐘偉民老師，就是這樣一位綠色化工“智”造者，十年來耕耘在大型PTA裝置節(jié)能降耗一線，以計(jì)算機(jī)建模、優(yōu)化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)對大型PTA裝置的精細(xì)化操作和優(yōu)化運(yùn)行。
十年耕耘節(jié)能降耗一線
自2006年4月加入華理信息學(xué)院錢鋒院士課題組后，鐘偉民來華理工作至今十年整。十年來，針對復(fù)雜化工生產(chǎn)過程的節(jié)能降耗，鐘偉民在過程混合建模、智能優(yōu)化方法和工程優(yōu)化應(yīng)用方面進(jìn)行了深入研究，他作為華理第二完成人的項(xiàng)目“大型精對苯二甲酸裝置節(jié)能降耗的優(yōu)化運(yùn)行技術(shù)”，獲得2011年國家科技進(jìn)步二等獎(jiǎng)。2014年，鐘偉民獲得國家優(yōu)秀青年科學(xué)基金項(xiàng)目資助。
大型PTA裝置是一個(gè)由對二甲苯(PX)氧化過程、加氫精制過程、醋酸溶劑脫水過程及配套公用工程等多個(gè)單元組成的復(fù)雜系統(tǒng)，怎樣才能使裝置運(yùn)行更健康、更優(yōu)化，同時(shí)降低物耗、能耗?
“這就需要用信息化的手段，建立適合工程優(yōu)化的過程模型和優(yōu)化算法。”據(jù)鐘偉民介紹，研究人員要根據(jù)PTA裝置的需求，結(jié)合過程機(jī)理研究，采集基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，再利用化工過程模擬軟件二次開發(fā)建立過程的混合模型，分析裝置存在的問題并找到優(yōu)化的方向，在裝置上結(jié)合實(shí)際工況分階段進(jìn)行優(yōu)化實(shí)施。
如PX氧化反應(yīng)過程是PTA裝置的核心單元，其反應(yīng)效率直接關(guān)系到產(chǎn)品的質(zhì)量、物耗及能耗。鐘偉民與合作者一起，基于過程機(jī)理特性分析與綜合，建立了適合工程應(yīng)用的PX富氧氧化主、副反應(yīng)動(dòng)力學(xué)模型，并根據(jù)實(shí)際工業(yè)運(yùn)行數(shù)據(jù)，采用智能優(yōu)化算法校正模型參數(shù)，實(shí)現(xiàn)了PX氧化反應(yīng)過程的流程模擬，并分析不同操作參數(shù)對生產(chǎn)結(jié)果的影響，找到了節(jié)能降耗增產(chǎn)的方向。
深入企業(yè)的“拼命三郎”
工業(yè)生產(chǎn)上，往往優(yōu)化一個(gè)小小的參數(shù)，卻能給企業(yè)帶來極大的效益。PTA裝置的優(yōu)化亦然。
如2006年揚(yáng)子石化引進(jìn)的第三套PTA裝置，溶劑脫水單元采用的是以醋酸正丙酯為共沸劑的共沸精餾工藝技術(shù)，脫水塔系由溶劑脫水塔、PX回收塔、共沸劑回收塔組成，由于體系過于復(fù)雜，優(yōu)化操作實(shí)施困難。
“只要是困難，就肯定有解決的方法。”鐘偉民的韌勁可不一般，為了解決這一難題，他頂著夏天的烈日，連續(xù)十幾天，在企業(yè)人員陪同下，每天兩三次爬到高達(dá)30多米的溶劑脫水塔頂部采取樣本，為建立模共沸精餾溶劑脫水過程的工藝機(jī)理穩(wěn)態(tài)和動(dòng)態(tài)模型獲得了第一手的數(shù)據(jù)。
有了模型，但找不到優(yōu)化方向，怎么辦?最終，錢鋒老師指出了問題的關(guān)鍵：不要迷信國外的工藝包參數(shù)，要結(jié)合反應(yīng)器的水含量來優(yōu)化溶劑脫水塔釜的水含量。與華理化工學(xué)院趙玲等老師及企業(yè)技術(shù)人員反復(fù)討論后，鐘偉民在模型計(jì)算的結(jié)果上，將原來引進(jìn)的工藝包設(shè)計(jì)參數(shù)從5℅提高到了7.5℅，應(yīng)用到工業(yè)裝置后，使裝置再沸蒸汽用量下降了20%。
為了更好地開展工作，為企業(yè)服務(wù)，鐘偉民長期“泡”在揚(yáng)子石化、天津石化等合作企業(yè)的生產(chǎn)一線，每年出差的時(shí)間都在100天以上。
而與華理密切合作的揚(yáng)子石化和天津石化，卻因?yàn)樗蛨F(tuán)隊(duì)的辛苦付出獲得了極大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，合作項(xiàng)目獲得了國家科技進(jìn)步獎(jiǎng)二等獎(jiǎng)。
孜孜不倦培養(yǎng)接班人
鐘偉民是個(gè)典型的工作狂。不出差的日子里，從周一到周日，從早上8點(diǎn)到晚上8點(diǎn)，他總是不停地忙碌著。
2015年的元旦，碩士生牛進(jìn)偉去西塘游玩，在課題組的微信群里發(fā)了一個(gè)消息說：“西塘好美。”鐘老師回復(fù)的一句話讓他瞬間感動(dòng)起來：我在辦公室給你改論文呢。
充分利用每一分每一秒的時(shí)間，與鐘偉民的經(jīng)歷密不可分。1998年從浙江大學(xué)工業(yè)自動(dòng)化專業(yè)畢業(yè)后，他曾在中航第614研究所工作。出于對學(xué)術(shù)的追求，3年后，他重返浙江大學(xué)攻讀碩博。“這段經(jīng)歷給我的最大觸動(dòng)，就是要把這3年時(shí)間補(bǔ)上去。”鐘偉民說。
李智、牛進(jìn)偉等同學(xué)，都深深感受到了鐘偉民的速度：論文發(fā)給鐘老師，總是很快就收到反饋，而且是逐字逐句的細(xì)致修改。“我的第一篇論文，鐘老師返回給我的修改稿，滿篇都是紅色、藍(lán)色的修訂標(biāo)記。”李智感慨道。
指導(dǎo)學(xué)生，鐘老師從來不乏耐心。據(jù)李智回憶，他剛碩博連讀時(shí)，曾建立一個(gè)模型，對兩三百個(gè)參數(shù)配置做的仿真實(shí)驗(yàn)，總是跟實(shí)際工業(yè)應(yīng)用的數(shù)據(jù)對不上，可是自己又不知道哪里錯(cuò)了。鐘老師就跟他一起，將所有的參數(shù)核對了一遍，最終發(fā)現(xiàn)是一個(gè)參數(shù)的單位寫錯(cuò)了。
牛進(jìn)偉對此體會(huì)同樣深刻。鐘老師注重讓學(xué)生研究比較前沿的課題，牛進(jìn)偉接到的任務(wù)，是研究果蠅優(yōu)化算法是否有改進(jìn)之處。經(jīng)過仿真實(shí)驗(yàn)，牛進(jìn)偉發(fā)現(xiàn)果蠅優(yōu)化算法只能解決最優(yōu)解在零點(diǎn)附近的問題，局限性太大。他就主要針對這個(gè)問題進(jìn)行改進(jìn)研究，但經(jīng)過一個(gè)多月的努力，結(jié)果卻并不理想。后來，鐘老師建議他采用歸一化方法試試，后來的實(shí)驗(yàn)仿真效果很好。
最終，牛進(jìn)偉的研究成果發(fā)表在了知識工程領(lǐng)域著名的SCI 期刊Knowledge-based system上，“我在西塘玩時(shí)，鐘老師幫我修改的就是這篇論文。”回想起來，牛進(jìn)偉依然很感動(dòng)，“在鐘老師指導(dǎo)下，我發(fā)表了2篇論文，還獲得全國研究生數(shù)學(xué)建模大賽三等獎(jiǎng)、國家獎(jiǎng)學(xué)金、高水平期刊論文獎(jiǎng)等榮譽(yù)。”
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