间歇过程多杂质用水网络的研究

论文摘要

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,提出了一种内外两层嵌套的非线性规划数学模型,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。将拟间歇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。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 水资源问题
• 1.1.1 水资源短缺
• 1.1.2 水资源污染
• 1.1.3 水资源危机
• 1.1.4 解决水资源危机的出路
• 1.2 过程技术
• 1.3 用水网络综合
• 1.3.1 单杂质用水网络综合
• 1.3.2 多杂质用水网络综合
• 1.3.3 多目标用水网络综合
• 1.3.4 考虑热集成的用水网络综合
• 1.3.5 间歇过程用水网络综合
• 1.4 用水网络综合的主要研究方法
• 1.4.1 图解方法
• 1.4.2 数学规划法
• 1.4.3 基于规则的设计算法
• 1.4.4 混合求解策略
• 1.5 间歇过程用水网络的研究
• 1.5.1 间歇过程用水网络的特点
• 1.5.2 间歇过程用水网络的进展
• 1.6 LINGO 软件介绍
• 第二章 问题描述
• 2.1 相关原理和基本概念
• 2.1.1 基本概念
• 2.1.2 相关原理
• 2.2 基本假设
• 2.3 用水单元的分类
• 2.4 不存在内循环的证明
• 2.5 中间储罐的作用
• 2.6 本论文研究的问题
• 2.7 本章小结
• 第三章 基于序贯操作模型设计多杂质间歇过程用水网络
• 3.1 间歇用水网络的超结构
• 3.1.1 过程系统综合的超结构概念
• 3.1.2 间歇用水网络的超结构
• 3.2 数学模型
• 3.2.1 基于序贯操作的数学模型
• 3.2.2 数学模型的简化
• 3.2.3 数学模型的数值求解方法
• 3.2.4 最优结构的确定
• 3.2.5 计算结束的判断标准
• 3.2.6 对中间储罐的优化
• 3.3 案例研究
• 3.3.1 实例1
• 3.3.2 实例2
• 3.4 本章小结
• 第四章 基于目标网络设计多杂质间歇过程用水网络
• 4.1 间歇过程多杂质用水网络求解策略的改进
• 4.1.1 拟间歇过程用水网络的定义
• 4.1.2 间歇过程和拟间歇过程网络结构的对比分析
• 4.1.3 目标网络
• 4.1.4 逆序数的引入
• 4.1.5 利用改进后的逆序数来确定间歇问题达到稳定结构所需的最少周期数
• 4.2 在未稳定的周期里的求解策略
• 4.3 对中间储罐的优化
• 4.4 案例研究
• 4.4.1 案例1
• 4.4.2 案例2
• 4.5 本章小结
• 第五章 含再生单元的多杂质间歇用水网络设计
• 5.1 废水的再生
• 5.2 再生单元的评价标准
• 5.3 含再生的目标网络设计
• 5.3.1 含再生的超结构模型
• 5.3.2 两步设计法
• 5.3.3 以最少新鲜水用量和最少再生量为目标的数学模型
• 5.3.4 以最小杂质再生负荷为目标的数学模型
• 5.4 基于目标网络设计含再生单元的间歇用水网络
• 5.4.1 对间歇过程的再生单元的简化
• 5.4.2 利用改进后的逆序数来确定达到稳定结构所需的最少周期数
• 5.4.3 基于目标网络设计含再生单元的间歇用水网络
• 5.5 案例研究
• 5.5.1 案例1
• 5.5.2 案例2
• 5.6 本章小结
• 结论
• 1. 结论
• 2. 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录