随着社会和科技的日益发展,以石化炼厂为代表的现代化工制造业,不仅仅追求产品的产量与质量,更对如何优化输入变量以降低生产过程中的能耗投了越来越多的关注。传统的基于热力学第一定律的能量衡算仅是能量“量”的度量,而无法体现能量“质”的高低,因而不能对生产过程的能量的利用情况做出全面的评判。因此,如何采用更合理的方式评价能量利用状况并通过优化可控输入来减少能量损失,是一个有待研究和解决的问题。有效能(（火用）)定义为,在一定基准条件下能量中能够被完全转化为功的那部分能量。可以认为有效能才是化工生产过程中真正可被利用的“有用”能量。在九江石化催化裂化装置(Fluidized Catalytic Cracker Unit,FCCU)分馏系统主分馏塔中,各塔板上的汽化液化反应、各循环回流取热、再沸器冷凝器换热等都会存在有效能的消耗。通过设定基于减小生产过程中有效能损失的目标函数,优化求解得到主分馏塔可控输入的优化设定值以及输出变量值,进而减少有效能消耗提高经济效益,是本文研究的重点。首先,依托九江石化FCCU分馏系统主分馏塔为实际研究背景,本文构造了主分馏塔机理模型。为了提高模型的准确性,本文在建模中加入循环回流、侧线抽出等影响因素;同时通过能量守恒考虑塔板温度分布对模型的影响。得出的主分馏塔各塔板温度也为后面的有效能拟合提供了支持。并通过仿真验证了所建立模型的有效性。其次,本文设定了基于减小有效能损失的稳态优化目标函数,在保证FCC主分馏塔各产品满足其生产指标的前提下,对运行过程中的有效能进行优化,使有效能损失量(目标函数值)尽可能最小。求解得到该工况下各控制输入量(循环回流返塔温度、阀门开度等)的最优设定值。结合实际运行中,因FCC主分馏塔的进料流量和组成可能随原料批次不同而变化的多种操作条件,本文对多工况切换情况下,基于有效能分析的FCC主分馏塔稳态优化问题进行了仿真,对比分析后得出优化前后节约的有效能,验证了优化控制策略的优越性。最后,针对九江石化FCC主分馏塔在工况切换条件下,控制变量稳态最优点发生转移的情况,设置模型预测控制器(MPC),求解最优控制序列,以实现FCC主分馏塔的动态跟踪控制。并形成RTO-MPC双层结构预测控制,将上层基于有效能优化分析得到的系统输出变量的稳态值传递给下层MPC控制层作为输出变量动态转移的参考设定值。并通过仿真,得出连续多操作条件切换下,控制优化后的九江石化FCCU主分馏塔稳态运行及动态转移过程的有效能损失总和,通过对比分析说明了控制策略的有效性。