顺酐工艺技术路线的综合评价与择优1.doc

顺酐工艺技术路线的综合评价与择优从生产成本、能耗、技术路线的先进性、操作与维护等方面对以正丁烷为原料生产顺酐的四种工艺技术进行综合对比评价，用模糊数学的方法选择最优工艺。 关键词：正丁烷 顺酐 工艺 模糊数学 择优顺酐（全称顺丁烯二酸酐，&127;英文名Maleic Anhydride，缩写MAH），俗称马来酸酐,由于其本身的结构和性质，使其深加工产品种类多、&127;用途广。目前世界顺酐生产主要以苯氧化和正丁烷氧化工艺为主，由于原料来源、价格以及环境保护的要求，正丁烷法正逐步取代苯法。正丁烷法工艺有多种专利技术，主要区别在反应器、催化剂和反应气体的吸收方式上。文章对四种顺酐生产工艺从技术成熟度、先进性及操作与维护等三方面进行对比，用模糊数学的方法进行综合评判，来选择最佳，以求其科学性和客观性。1 工艺对比正丁烷催化氧化生产顺酐的化学原理是：A、B、C、D分别代表四种工艺，其工艺流程对比见表1。表1 四种工艺流程对比表工艺流 程 简 述A原料混合气经流化床反应器到吸收塔，反应气体中顺酐被水吸收成顺酸，顺酸再脱水精制得产品顺酐。B原料混合气经流化床反应器到吸收塔，反应气体中顺酐被溶剂吸收，富溶剂经气提精制后循环使用，粗顺酐经精制后得产品顺酐。C原料混合气经固定床反应器先后到冷凝器、吸收塔，未被冷凝的气体顺酐被水吸收，经脱水后与冷凝粗顺酐精制得产品顺酐。D原料混合气经固定床反应器到吸收塔，反应气体中顺酐被溶剂吸收，富溶剂经气提精制后循环使用，粗顺酐经精制后得产品顺酐。四种工艺的消耗对比见表2。原材料包括原料、催化剂、化学品、溶剂和燃料，原材料及公用工程价格以当地工业价为准。表2 四种工艺消耗对比表 （元/t）项 目消 耗ABCD原材料2 225.72 503.52 101.11 969.0公用工程68.9-68.3-38.175.0能耗/GJt157.7947.3150.8850.47四种工艺的业绩对比见表3。表3 四种工艺业绩对比表工艺名称ABCD工厂个数2793顺酐产量/kta-130184.5102.3125工业化时间1988年1989年1976年1989年备注有新建工厂报道15 kt/a的装置已停产2 综合评价为了能对各工艺进行比较全面的综合对比，采用模糊数学中模糊综合评判的方法，来选择最佳工艺。（1）确定因素集和备择集成熟度、先进性、操作与维护A、B、C、D因素集中成熟度主要考虑该工艺的业绩、今后的发展、催化剂的研制情况及性能等方面；先进性主要考虑该工艺是否代表了一种技术进步的潮流、消耗的高低（包括原材料、公用工程、能耗等）、催化剂性能、原料要求、合理先进的工序组合以及自控与安全水平等方面；操作与维护则主要考虑工艺流程的复杂程度、对原料要求的苛刻程度、产品规格、操作中可能出现的问题及处理问题的难易程度等方面。装置的总投资是优选技术不可缺少的一项内容，在实际评估时应予考虑。（） 确定和之间模糊关系的模糊矩阵为确定模糊矩阵，&127;需对备择集中的四种工艺对应因素集中的三种因素进行评分。把每个因素分为优、良、中、差（对应4、3、2、1）四个等级，经20位评委对备择集V中的四种工艺进行评价，其结果见表4。表中的数字是对每种工艺各评价因素给出该等级的评委人数。表4 20位评委对四种待选工艺的评价情况评价因素A工艺B工艺C工艺D工艺4321432143214321成熟度0271179311073022133先进性19100173001541016310操作与维护163103458153112576设A、B、C、D四种工艺对应的模糊矩阵分别为R1、R2、R3、R4，则 R1中第i行的每个元素是A工艺第i个评价因素对于评价集中各等级的隶属度，第j列的每个元素是A工艺各评价因素对于评价集中第j个等级的隶属度。第i个评价因素对于评价集中第j个等级的隶属度rij是这样确定的：令参加评价的评委总共为l人，将第i个评价因素（i=1，2，n）评定为第j个等级（j=1，2，m）的评委有lij个（），若对每个评委的结果一视同仁，则rij=lij/l同理，可得R2、R3和R4的矩阵：(3) 确定各因素的权重(即各因素之间的相对重要性)。采用层次分析法。 根据评委的意见，各因素之间的相对重要性对比是：“成熟度”与“先进性”同等重要，二者对“操作与维护”&127;的相对重要性介于稍微重要与明显重要之间。可得判断矩阵： 计算判断矩阵的特征向量。采用方根法，计算步骤与方法是：.求判断矩阵每一行元素的乘积Wi=(i,j=1,2,n)W1=4，W2=4，W3=0.0625.计算Wi的n次方根= .对向量作归一化处理，即 ，得W=(0.444 0.444 0.112) T.计算判断矩阵的最大特征根，得max=1/n(PW)i/Wi=3.000 048.检验判断矩阵的一致性。检验公式：CR=CI/RI，CI=(max-n)/(n-1)n=3时，RI=0.58 CR=0.000 041当CR&127;0.1时，认为判断矩阵具有满意的一致性，说明权数分配是合理的。因此，所求特征向量亦即各评价因素的权重分配为 A=(0.444 0.444 0.112)（4）计算综合评判结果综合评判矩阵B=A 。R，式中“。”为广义乘法。由此可得：B1=A 。R1=(0.511 4 0.083 4 0.161 0.244 2)B2=A 。R2=(0.549 6 0.288 8 0.094 6 0.067)B3=A 。R3=(0.639 0.261 0.094 4 0.005 6)B4=A 。R4=(0.410 8 0.139 0.35 0.100 2)结果表明：A、B、C、D四种工艺对于“优”等级的隶属度分别是0.511 4、0.549 6、0.639、0.410 8。按照隶属度最大原则，C工艺为最优工艺。此外，从四种工艺对于“良”等级的隶属度可以看出，C工艺较B工艺还存在某些不足（比如操作的连续性和生产规模），说明B工艺也有一定的竞争力。4 结语本文探索了一种用数学方法选择最佳工艺技术路线的方法，可以比较全面、&127;客观地评价多种技术选择中的相对优劣，并提供多角度的决策信息，对技术引进，特别是有多种选择时，具有一定的参考价值。还需指出的是：因其评价基础是专家打分（Deliphi法），因此真正要采用此方法，关键是做到专家评判工作的规范化。参考文献1 陈甘棠.化学反应工程，第1版，北京:化学工业出版社，19902 刘育骥等.石油工程模糊数学，第1版，成都:成都科技大学出版社，19943 曹晓晞等.建设项目竞争能力分析的方法.石油化工技术经济，2000（1）4 许若宁等.关于Fuzzy判断矩阵一致性的讨论.系统科学与数学，2000（1）Comprehensive Evaluation and Optimal Choice of Processes for Production of Maleic AnhydrideHuang Zaixin(Tuha Oilfield Company,Hami,839009)ABSTRACTFour major processes with n-butane as raw material for the production of maleic anhydride are compared. Taking factors such as production cost, energy consumption, superiority of process, and operation and maintenance complexities into consideration, these processes are compr