基于傳質(zhì)濃度差同步優(yōu)化多組分質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò).pdf

1、質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)(MEN)綜合作為過程集成的一個分支，具有提高資源利用效率和降低環(huán)境污染的雙重效能。本文從熱力學(xué)角度分析了多組分MEN綜合的特點及研究難點，提出了解決多組分MEN綜合的策略，對多組分質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合的方法進(jìn)行了研究。著重開展了以組合法和超結(jié)構(gòu)法基于傳質(zhì)濃度差同步優(yōu)化多組分質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的研究。論文的主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下： (1)分析并考察了傳質(zhì)濃度差對質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)各種費用的影響，發(fā)現(xiàn)傳質(zhì)濃度差對MEN的操作費用和投資

2、費用的影響趨勢相反，且程度不同，作者認(rèn)為只有采用同步優(yōu)化的方法才可設(shè)計出年度總費用最小的MEN，所以本文重點研究了以傳質(zhì)濃度差為變量權(quán)衡MEN操作費用和設(shè)備投資費用的同步優(yōu)化方法。 （2）為解決相容多組分MEN綜合問題，提出了濃度間隔表法與數(shù)學(xué)規(guī)劃法相結(jié)合的同步優(yōu)化方法一組合法。該方法以傳質(zhì)濃度差作為變量，根據(jù)濃度間隔表(CID)建立數(shù)學(xué)模型，以傳質(zhì)濃度差權(quán)衡操作費用和設(shè)備投資費用，可同步獲得年度總費用最小的MEN和對應(yīng)的最優(yōu)傳質(zhì)

3、濃度差。研究表明，夾點分析可發(fā)現(xiàn)過程瓶頸，剔除一些不合理的結(jié)構(gòu)，降低數(shù)學(xué)模型的維數(shù)和求解難度，所以采用優(yōu)化軟件GAMS就可以求解。將該方法應(yīng)用到文獻(xiàn)實例中，年度總費用比文獻(xiàn)均有降低，最大降幅達(dá)20.1％，表明該方法對相容多組分MEN綜合問題是有效的和可行的。 （3)為解決復(fù)雜的多流股和不相容多組分MEN綜合問題，提出了超結(jié)構(gòu)同步綜合法，可以同時考慮MEN中流股的各種匹配情況及組分間相互作用等約束。與文獻(xiàn)不同，將傳質(zhì)濃度差作為變量權(quán)

4、衡MEN的操作費用和投資費用，以流股進(jìn)出單元設(shè)備的流率來判斷傳質(zhì)單元的取舍，建立了NLP數(shù)學(xué)模型，優(yōu)化變量數(shù)目明顯減少，并避免MINIP模型中O-1變量帶來的離散性，采用自適應(yīng)模擬退火遺傳算法(ASA/GA)進(jìn)行求解，可同步獲得最優(yōu)的傳質(zhì)濃度差和最優(yōu)的MEN結(jié)構(gòu)。將該方法應(yīng)用于兩個文獻(xiàn)實例的計算，年度總費用比文獻(xiàn)結(jié)果分別降低了9％和4％，表明所提出的超結(jié)構(gòu)方法能以更大的概率獲得最優(yōu)解。 (4)采用超結(jié)構(gòu)同步綜合法對國內(nèi)某合成氨廠

5、工藝凝液回收系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計。該系統(tǒng)因具有單元傳質(zhì)負(fù)荷大，操作溫度、壓力高，且具有強(qiáng)非理想性的特點，故屬于比較復(fù)雜的多組分MEN綜合問題。因此，與傳統(tǒng)MEN綜合問題不同，必須將流股進(jìn)出單元的流率作為變量，同時需要考慮組分間的相互作用以及溫度/壓力對傳質(zhì)相平衡方程的影響。本文分別采用串級超結(jié)構(gòu)和多級超結(jié)構(gòu)法對該系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化計算，結(jié)果表明，將流率、溫度/壓力作為變量優(yōu)化是必要的。溫度/壓力的優(yōu)化可以改變傳質(zhì)相平衡及傳質(zhì)推動力，可獲得年度