化工過程水分配網(wǎng)絡(luò)合成的研究.pdf

1、隨著水資源和能源的日趨緊缺以及社會對環(huán)境保護的日益重視，以提高水資源和能源利用效率及廢水最小化排放為目標的化工過程水分配網(wǎng)絡(luò)和熱交換網(wǎng)絡(luò)合成問題已成為國內(nèi)外過程系統(tǒng)工程領(lǐng)域研究的熱點。然而由于過程系統(tǒng)涉及多種操作單元、過程不確定性以及可能存在多種熱交換方式等因素，目前針對連續(xù)過程、間歇過程水分配網(wǎng)絡(luò)合成以及考慮熱集成的水分配網(wǎng)絡(luò)合成的研究還不十分完善。針對存在的問題，本文進行了以下的研究工作： 1、通過引入改進的虛擬操作單元，將

2、帶有水的損失或水的生成的固定流率用水單元用兩個虛擬的操作單元等價代替，建立了用于可同時處理固定流率與固定污染物負荷兩類用水操作的連續(xù)過程用水網(wǎng)絡(luò)合成問題的目標設(shè)定方法，該方法能夠較迅速并準確地確定用水網(wǎng)絡(luò)問題的最小新鮮水用量及其夾點位置，包括可能存在的多夾點問題。 2、基于濃度間隔分析技術(shù)，通過引入?yún)^(qū)域分解和水源分配的策略，建立了用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的新方法。該方法避免了網(wǎng)絡(luò)設(shè)計因分流、混合、回路識別及斷開等比較繁瑣的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計過程。此外

3、，作為一種啟發(fā)式的設(shè)計方法，該方法還能有效解決數(shù)學規(guī)劃法等求解困難的問題以及黑箱模型問題難于理解的局限。 3、基于用于連續(xù)過程用水網(wǎng)絡(luò)的濃度間隔分析技術(shù)，通過引入時間間隔，建立了針對單批生產(chǎn)與多批重復(fù)生產(chǎn)的間歇過程用水網(wǎng)絡(luò)合成的系統(tǒng)化方法——時間、濃度間隔分析技術(shù)。該方法能夠有效地應(yīng)用于上述用水網(wǎng)絡(luò)合成問題，且更為快捷和方便。 4、基于求解不確定性問題的對稱模糊規(guī)劃方法，提出了針對單組分負荷不確定用水網(wǎng)絡(luò)合成問題的改進的

4、對稱模糊規(guī)劃模型和用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的多目標混合整數(shù)對稱模糊規(guī)劃模型，同時提出了求解這一多目標問題的主目標設(shè)定法策略。算例的求解結(jié)果表明，所提模型以及求解策略對負荷不確定的工業(yè)用水網(wǎng)絡(luò)的合成問題有良好的適用性，從而獲得優(yōu)化流程設(shè)計。 5、針對帶有等式約束的非線性規(guī)劃(NLP)與混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)問題，建立了一種改進的粒子群優(yōu)化(PSO)算法——簡約空間粒子群算法(R-PSO)。應(yīng)用多個例子對該算法的有效性進行了驗證。

5、 6、基于分散式廢水處理網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)，建立了廢水處理網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)最優(yōu)化的非線性規(guī)劃(NLP)模型和混合整數(shù)非線性規(guī)劃(MINLP)模型，并采用新型隨機型算法-簡約空間粒子群優(yōu)化(R—PSO)算法求解上述復(fù)雜非線性最優(yōu)化問題。 7、通過考慮用水網(wǎng)絡(luò)特有的直接換熱，建立了用水網(wǎng)絡(luò)與換熱網(wǎng)絡(luò)同時優(yōu)化問題的“凈熱量”集成方法，并且結(jié)合簡約空間的粒子群優(yōu)化算法，建立了用于考慮能量集成的用水網(wǎng)絡(luò)合成的演化計算方法。該方法能夠充分考慮用水網(wǎng)絡(luò)