论文摘要
近年来,资源与环境约束的日趋强化和能量对环境可持续发展压力的加大,要求化学工业必须采取节能降耗的措施以缓解矛盾。间歇过程作为化学工业的重要组成部分必须承担起相应的责任。间歇过程热集成有助于降低能耗、减少环境污染,甚至有可能识别出受热流率限制的生产率夹点,提高生产能力。Petri net以其良好建模和分析能力适合于描述间歇过程系统内的资源流动、逻辑关系和时间特性。因此本论文基于Petri net建立生产调度和换热网络设计模型,并据此优化设计间歇过程换热网络。(1)考虑到间歇过程热集成技术多是基于连续过程发展而来,而且连续过程可以视为流股稳态存在的间歇过程,因此本论文针对连续过程,依照夹点技术设计法,基于Petri net的并发特性和逻辑表述功能,分别建立了基于Petri net的最小传热温差优化模型、夹点分析模型、夹点综合模型和换热网络调优模型,并通过实例计算说明提出方法的可行性和有效性。(2)以热级联分析法为基础,在连续过程换热网络优化设计模型中,引入库所表示流股持续时间,建立间歇过程换热网络优化设计模型。时间库所的引入拓展了Petri net的时间表示形式,有利于系统可达性的研究。同时,本论文也对流股分流匹配规则进行了数学化描述,并以流股匹配库所为接口,将规则数学化地引入到模型中,有利于快速准确地进行夹点处流股的分流匹配。通过实例计算说明了提出方法的可行性和有效性。(3)针对现有Petri net调度模型无法克服时间网本身具有的结构松散、破坏并发和冲突、不便于可达性分析、优化算法计算复杂的缺点。本论文分别基于抑制弧结构和自适应权重函数描述了系统的时间因素,将时间因素归类为网的基本元素,克服了时间网的不足。然后根据Petri net支持多视图集成建模与合成的特点,将间歇过程夹点分析Petri net模型与修正的调度模型合成,可实现生产调度和换热网络同步优化。通过两个实例说明了提出方法的可行性和有效性。