中国石油大学（北京）王彧斐AIChE Journal：精馏塔及其辅助设备全局最优设计的分解与智能枚举策略

背景：精馏单元在化工行业中占据核心地位，其设计优化长期面临模型高度非线性与非凸性的挑战。传统序贯设计方法割裂了过程变量与设备细节间的强耦合，且基于梯度的算法易陷入局部最优，导致全系统全局最优难以实现。研究目的：本文旨在提出一种创新的双层级优化框架，以解决包含塔板水力学和换热器机械细节在内的离散变量组合的全局最优设计问题，同时提升计算效率。结论：通过将问题分解为上下两层，上层利用Set Trimming剔除不可行方案并结合Smart Enumeration升序搜索塔板数与进料位置，下层对固定结构下的塔盘、冷凝器、再沸器及回流罐进行详细几何优化，该方法在保证全局最优性的同时，仅需评估候选集的55%–74%即可找到最优解，显著提升计算效率。研究还扩展至双直径变径塔设计，可额外降低总年度成本（TAC）最多3%。该分层策略为复杂过程系统的精细化设计提供了兼顾宏观效率与微观成本的优化理论支撑。