化工过程用水网络设计与优化

武汉理工大学硕士学位论文化工过程用水网络设计与优化姓名：陈玉林申请学位级别：硕士专业：化学工艺指导教师：鄢烈祥20080401化工过程用水网络设计与优化作者：陈玉林学位授予单位：武汉理工大学相似文献(10条)1.会议论文都健.王传强.陈理间歇过程用水网络优化设计方法研究2007本文对间歇化工用水过程用数学规划法进行优化设计,确定过程的最小新鲜水用量、最小废水排放量以及优化后的用水网络。该方法利用中间储罐来排除时间对水再利用的限制,考虑了用水单元的流率限制,建立用水网络超结构和非线性规划数学模型。利用GAMS求解该模型,得到间歇过程最小新鲜水用量、废水量以及优化后的网络结构.实例证明该模型可行,方法简单.2.学位论文刘俊玲基于线性规划的间歇过程用水网络综合2005近年来，由于水资源的日趋紧张以及社会对环境保护的日益重视，减少新鲜水用量和废水排放已成为人们日益关注的问题。有两种方法可以达到上述目的，第一种是工艺过程的改变(如用空气冷却器而不用冷却塔)；第二种是优化生产过程的用水网络来减少新鲜水用量和废水排放量。本文对间歇化工过程的用水网络的设计进行了研究，提出了基于线性规划的优化设计方法。新方法对间歇过程的每个操作假定为一个操作接一个储罐，该储罐中水可以作为其它操作的水源。并对储罐能提供给其它单元的水量分三种情况进行了讨论。确定了各罐能够提供给其它单元的水量。然后对所有操作按出口浓度从小到大排序，如果出口浓度相同，则按入口浓度从低到高排序。构造间歇过程用水网络的超结构。通过求解软件GAMS进行求解，得出了最优的结构参数。最后，对罐的数目进行了讨论，得出了罐数目的简化原则：(1)计算每个周期中各个罐中水体积与时间的变化关系，对那些罐填充时间和空置时间相互错开的，可以合为一个罐。(2)对那些不能回用的高浓度废水可以进入一个废水罐，该单元的废水罐可以取消。(3)对于一个流股在每个周期都全部回用，则不需要储罐。本方法避免了不同浓度的水的混合，增加了水的回用机会，使得新鲜水的用量最少，同时构造了用水网络的最终结构图，并通过实例的计算结果表明，本文算法是简单有效的。3.学位论文王传强间歇过程用水网络综合研究2008由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，减少新鲜水用量和降低废水排放量刻不容缓。水网络综合通过水的回用、再生回用及再生再循环等方式，达到节水减排的目的，因此水网络的研究引起人们的普遍关注，间歇化工操作广泛应用于食品，药物化学，有机合成及精细化工行业，因此间歇过程用水网络综合成为近十年来一个新的研究热点。与连续过程相比，间歇过程的操作条件及用水状况受到时间的限制，水的回用机会减少，利用率低，而中间储罐能够有效降低时间限制。在间歇用水过程中，先开始操作的用水单元结束后，废水排入中间储罐，后面的操作单元开始用水时，储罐中的水可作为水源进行水的回用，从而消除了单元之间由于开始和结束操作存在时间差造成水不能回用的限制，大大提高了水的重复利用率。本文在全面分析已有的间歇用水网络研究的基础上，主要对间歇过程的最小新鲜水量和中间储罐的数目、体积进行了研究，采用数学规划法，得到单一周期和循环周期的最小新鲜水用量和最优的用水网络。主要内容如下：(1)以最小新鲜水用量为目标对间歇过程用水网络进行综合。将各用水单元按操作结束时间的先后排序，排在前面的操作，出口流股作为后面操作的水源，相同浓度的水排往同一个中间储罐，浓度最大的流股作废水处理，禁止浓度高的流股回用给出口浓度低的用水单元，考虑传质平衡，入口浓度限制等约束条件，建立非线性规划数学模型，利用GAMS软件对数学模型进行求解，计算得到最小新鲜水用量，然后利用各水源在储罐中存储的时间差，合并中间储罐，得到最终的用水网络结构。通过对文献中三个不同类型的实例的求解验证本方法的可行性。(2)在保证新鲜水用量最小的同时进行了考虑中间储罐数目最小的间歇过程用水网络研究，将储罐数目作为优化变量，允许不同浓度的水源在中间储罐中混合，考虑水源混合和分配的所有可行方案，从而克服了上面方法在优化多单元复杂间歇过程用水网络时出现中间储罐数目和连接流股增多等不足。这样储罐中水的浓度和体积会随着时间的变化而变化，并影响整个间歇过程的用水情况。以最小用水量为目标函数，建立水源混和的数学模型，对间歇过程用水网络进行优化，并计算各时间点储罐中水源的浓度和体积，得到最优的用水网络结构。4.会议论文程华农.孙杰.毛文锋.岳金彩.郑世清单杂质间歇过程用水网络优化2006本文对间歇化工过程用水网络优化提出了基于非线性规划的优化设计方法.该方法采用一个中间储罐用来接收各单元操作的排水,增加各单元操作之间的水再利用机会.对所有单元操作按照排水时间从早到晚进行排序,只有排在前面的操作才提供给后面的操作用水,结合其它的简化规则,构造了用水网络超结构.该超结构的数学模型为一组非线性方程,利用GAMS软件进行求解,得到各个周期的最小新鲜水量和最优的用水网络结构.实例计算结果表明,该方法是可行的.5.学位论文刘永健化工过程水分配网络合成的研究2006随着水资源和能源的日趋紧缺以及社会对环境保护的日益重视，以提高水资源和能源利用效率及废水最小化排放为目标的化工过程水分配网络和热交换网络合成问题已成为国内外过程系统工程领域研究的热点。然而由于过程系统涉及多种操作单元、过程不确定性以及可能存在多种热交换方式等因素，目前针对连续过程、间歇过程水分配网络合成以及考虑热集成的水分配网络合成的研究还不十分完善。针对存在的问题，本文进行了以下的研究工作：1、通过引入改进的虚拟操作单元，将带有水的损失或水的生成的固定流率用水单元用两个虚拟的操作单元等价代替，建立了用于可同时处理固定流率与固定污染物负荷两类用水操作的连续过程用水网络合成问题的目标设定方法，该方法能够较迅速并准确地确定用水网络问题的最小新鲜水用量及其夹点位置，包括可能存在的多夹点问题。2、基于浓度间隔分析技术，通过引入区域分解和水源分配的策略，建立了用水网络设计的新方法。该方法避免了网络设计因分流、混合、回路识别及断开等比较繁琐的网络设计过程。此外，作为一种启发式的设计方法，该方法还能有效解决数学规划法等求解困难的问题以及黑箱模型问题难于理解的局限。3、基于用于连续过程用水网络的浓度间隔分析技术，通过引入时间间隔，建立了针对单批生产与多批重复生产的间歇过程用水网络合成的系统化方法——时间、浓度间隔分析技术。该方法能够有效地应用于上述用水网络合成问题，且更为快捷和方便。4、基于求解不确定性问题的对称模糊规划方法，提出了针对单组分负荷不确定用水网络合成问题的改进的对称模糊规划模型和用水网络设计的多目标混合整数对称模糊规划模型，同时提出了求解这一多目标问题的主目标设定法策略。算例的求解结果表明，所提模型以及求解策略对负荷不确定的工业用水网络的合成问题有良好的适用性，从而获得优化流程设计。5、针对带有等式约束的非线性规划(NLP)与混合整数非线性规划(MINLP)问题，建立了一种改进的粒子群优化(PSO)算法——简约空间粒子群算法(R-PSO)。应用多个例子对该算法的有效性进行了验证。6、基于分散式废水处理网络的超结构，建立了废水处理网络系统最优化的非线性规划(NLP)模型和混合整数非线性规划(MINLP)模型，并采用新型随机型算法-简约空间粒子群优化(R—PSO)算法求解上述复杂非线性最优化问题。7、通过考虑用水网络特有的直接换热，建立了用水网络与换热网络同时优化问题的“净热量”集成方法，并且结合简约空间的粒子群优化算法，建立了用于考虑能量集成的用水网络合成的演化计算方法。该方法能够充分考虑用水网络系统中存在的直接热交换，进而实现用水系统的最优能量集成并获得较好的热交换网络(所需换热面积较少)；同时，作为一种基于演化的优化方法，该方法既能应用于单组分用水系统，也能适应于复杂的非线性多组分系统，且能够实现全系统(用水网络以及热交换网络)的费用最小化。6.学位论文邹亮间歇过程多杂质用水网络的研究2008世界范围内的水资源短缺与污染直接导致了水资源危机的全球蔓延。节约用水，提高水资源的利用效率，是解决水资源危机的一条重要出路。过程工业是用水大户和废水排放大户，减少过程工业的新鲜水用量和废水排放量已经刻不容缓。用水网络综合把整个企业的用水系统作为一个有机的整体，通过分配各用水单元的水量以及增加再生单元等方式，使系统水的重复利用率达到最大。因此，研究用水网络综合对解决当前的水资源危机具有十分重要的现实意义。用水网络综合经过近20年的发展，各国学者提出了许多有价值的观点和方法，但是这些方法大多适用于连续过程。对于间歇过程的研究大多数只适用于单杂质用水问题上，对于更有实际意义的间歇过程多杂质用水问题的研究还很少，这主要是由于间歇过程的动态性以及多杂质问题的复杂性使得设计此类问题变得更为困难。作者在已有的间歇过程单杂质用水问题的有关研究成果的基础上，从分析各类用水网络的特性入手，以数学规划为工具，研究了多杂质间歇化工过程的最小新鲜水量问题，并设计了含再生单元的用水网络。主要内容有以下几点：(1)提出了基于序贯操作模型设计间歇过程用水网络的优化策略。通过在间歇过程的每一个单元操作后都接一个储罐的方法，来消除时间对于再利用的限制。建立超结构，利用一定的规则对超结构进行简化，同时列出数学模型，利用LINGO对数学模型进行求解，得出最优的用水网络结构。(2)提出了基于目标网络设计间歇过程用水问题的优化策略。将拟用水网络的最优结构作为目标网络，依照目标网络设计间歇用水问题，使间歇过程用水结构在最少的周期内达到最优。(3)提出了两步设计法设计含再生单元的拟间歇过程用水问题。利用该方法设计出拟间歇过程的目标用水网络，并将该最优网络作为目标网络进一步设计间歇过程含再生单元的用水网络。7.期刊论文程华农.毛文锋.郑世清.CHENGHuanong.MaoWenfeng.ZHENGShiqing基于线性规划的单杂质间歇过程用水最小化-化工学报2007,58(2)对间歇化工过程的单杂质用水网络提出了以新鲜水量最小为目标的优化设计方法.该方法对间歇过程的每个操作假定为一个操作接一个储罐,对所有操作按出口浓度从小到大排序,避免了高浓度水回用到低浓度水的操作中,去掉了用水网络中多余的连接,构造了用水网络超结构.该超结构可以表述为一个线性规划模型.通过GAMS求解该模型得出每个操作周期的最小新鲜水量,并通过证明得出该最小用水量随操作周期增加最终不再变化.该方法可以用作有、无中间储罐间歇过程用水网络综合,实例计算结果表明该方法是可行的,与其他方法相比更简单.8.学位论文俞路化工系统用水网络的分析与优化1999化工过程是用水大户,多年来人们采用使水得到尽可能重复利用的方法,来减少新鲜水用量和废水排放量.但由于代工过程的系统复杂性,这种节水策略只能用于部分用水过程的改造上,缺乏对整个用水过程的系统化分析.而水夹点技术却可以解决这一难题,它针对大型复杂的用水过程进行夹点分析,采用再利用,再生再利用,再生再循环等方法进行用水过程的系统化设计和优化.该文主要介绍了两种水夹点技术并加以分析和讨论.完善水夹点设计软件,结合实际工程技术改造用于过程实例,对实际用水系统进行用水状况分析,提出最终优化网络.9.学位论文王辉水分配网络同步设计与优化研究2008随着经济和社会的发展，我国的水资源逐年减少而环境日趋恶化。化工行业是水资源消耗的大户同时也是产生废水的主要来源，其水分配网络设计的合理与否直接决定着企业用水成本和对环境污染程度的高低。因此，化工过程水分配网络的优化与设计具有十分重要的意义和价值。本文在分析水分配网络研究现状和发展趋势的基础上，对用水网络和废水处理网络以及二者同步优化设计进行了研究，以期对化工行业的节水减排提供一些帮助。本文主要作了如下几个方面的工作：首先，本文以水源-水阱匹配关系作为约束条件，建立用水网络的混合整数线性规划模型。通过逐步调整水源-水阱匹配关系矩阵[Zi,j]，把混合整数规划问题转化成多步的线性规划问题。在最小新鲜水用量相同的条件下，