超结构法分步综合热集成的质量交换网络

质量交换网络(MEN)和热交换网络(HEN)之间有较强的交互作用,传统的夹点技术很难考虑两个网络之间的相互作用。针对这一问题,采用基于分级超结构的数学规划法分步综合热集成的MEN。该方法首先分析了连接两个网络的关键参数,将其离散化处理后组合成多个备选方案,然后对每个备选方案采用分步策略。第一步,用超结构法以总年度费用(TAC)最小为目标综合MEN;第二步,从第一步的结果中抽提出HEN综合所需数据,通过求解基于HEN超结构的非线性规划(NLP)模型,得到优化的HEN总年度费用。加和两步中的TAC结果得到该方案下两个网络的总费用,通过比较所有备选方案下的总网络TAC,以总网络TAC最小的方案为最佳方案。与文献中例子比较,表明本方法具有更好的可行性和有效性。     

含再生再利用的用水系统的最小新鲜水和相应的再生水用量的确定

A sequential three-step programming method is proposed for determining the minimum flowrate of fresh water and corresponding regenerated water in water-using system of single contaminant with regeneration reuse.In step 1, a programming with the objective of min fws is used to determine the minimum flowrate of fresh water,in which the mathematical representation is a mixed integer nonlinear programming (MINLP1). Then under the same constraints with step 1, a programming with the objective of min freg in step 2 and a programming with the objective of rain Cr in step 3 are subsequently used to determine the minimum flowrate of regenerated water and the minimum inlet concentration to regeneration process corresponding to the minimum flowrate of fresh water based on step 1. The method is easy to apply because we only need to change the objective function but keep the constraints constant to go along the following steps after step 1. In addition, the relationship between the fresh water flowrate required, fws, and inlet concentration to regeneration process, Cr, is investigated. It is found that there exist three relationships between fws and Cr, which indicate three possibilities for Cb: below the pinch, above the pinch or at the pinch. Therefore, a new conclusion is drawn, which differs from that “regeneration of water at pinch minimizes fresh water flowrate“ derived in literature and indicates that in some cases, regeneration at other point also minimizes fresh water flowrate.     

考虑效率的功交换网络问题表格法

功交换网络与换热网络和质量交换网络存在类似性.本文将夹点技术推广到功交换网络,提出了确定功交换网络最小公用工程功消耗量的问题表格法.该方法中,根据功源功阱压力从高到低顺序将压力可分成若干区间,通过计算每个区间的剩余功和亏缺功,确定系统的最小公用工程功消耗量,计算亏缺功时可同时考虑功量交换的传递效率.这种方法可同时确定功...     

混凝法处理麦芽废水的研究

研究用混凝法处理麦牙废水的可行性及处理条件，试验表明，采用低成本的混凝法可明显降低废水中的污染物指标以达到水资源再利用的目的。     

逐步线性规划法求解废水最小化问题

对用水过程的优化设计即废水最小化问题进行了研究 ,提出了操作水源和操作序列的概念 .分别对单组分再利用、多组分再利用及单组分再生再利用问题 ,提出了逐步线性规划的解算方法 .新方法首先依据规则将操作对贫流的要求进行分段排序 ,然后按操作序列逐级进行富流和贫流水源的优化匹配 ,最终完成用水过程的设计 .给出了 4个实例 ,计算结果表明本文方法是有效和简便易行的     

基于状态空间主成分分析网络的故障检测方法

作为一种经典的方法,主成分分析（PCA）在多元统计过程监控领域得到了广泛的应用。然而,主成分分析及其各种改进方法仅从原始数据中提取了一层特征,缺乏对深层次特征的提取。计算机领域深度学习技术的发展表明了深层次的网络结构有利于数据特征的提取,因此,将主成分分析网络（PCANet）这种深度学习网络结构引入到故障诊断领域,与多元统计过程监控方法进行结合,以增强故障检测效果。在PCANet框架下,针对工业过程数据的动态特征,在网络结构中增加了状态空间模型作为动态层以解决动态性问题。此外,还以故障检测为目标重新设计了输出层。最后,通过在TE过程上的仿真测试验证了该方法用于故障检测的可行性和有效性。     

取整函数优化基于超结构模型的质量交换网络

质量交换网络(MEN)综合发展至今,已经成为了过程工业中实现污染预防的有效工具。当板式塔作为质量交换器来综合MEN时,得到最优网络结构后,塔板数通常需要向上圆整到最近的整数,这将增大MEN的设备投资费用。在质量交换网络设计中,当设备投资费用增大时,以质量分离剂费用为主的操作费用应减小。然而在传统的优化模型中,尽管在塔板数向上取整后增大了设备投资费用,操作费用依然被认为是定值,因此得到的最低年度总费用是偏大的。为了解决这一问题,本工作在目标函数中加入了取整函数。将取整函数应用在基于MEN多级超结构的非线性(NLP)模型中,并将修改后的新模型应用于焦炉气的处理的案例中,得到了比其他文献费用更低的质量交换网络。结果表明:取整函数在综合MEN时,能够解决由于对塔板数取整而造成的最优MEN结构的最小年度总费用偏大的问题,并且能够获得更加准确,费用更低的质量交换网络。     

基于状态空间超级结构的多流股换热网络最优设计

多流股换热器以其结构紧凑、高效低耗等特点,成为过程强化研究的热门领域,但对于多流股换热的过程与设备优势所在仍然值得商榷。基于多流股换热匹配改进状态空间超级结构,将多流股换热网络综合转化为超级换热器设计。首先,构造级联多流股换热器匹配过程操作算子,通过相邻换热流股匹配,传递温位效应,实现多流股间传热严格计算;借助热容流率混合分配机制,实现各流股间任意分混操作。然后,考虑散热因素,改进目标函数,引入冷热损失和保温材料费用项,清晰体现多流股换热器因换热面互相覆盖而带来的外表面封包优势。进而,建立相应非线性数学规划模型,实现公用工程、设备投资、冷热损耗同步优化。最终,通过文献示例对所提方法可行性与优越性进行验证。     

基于状态空间超级结构的多流股换热网络最优设计

多流股换热器以其结构紧凑、高效低耗等特点,成为过程强化研究的热门领域,但对于多流股换热的过程与设备优势所在仍然值得商榷。基于多流股换热匹配改进状态空间超级结构,将多流股换热网络综合转化为超级换热器设计。首先,构造级联多流股换热器匹配过程操作算子,通过相邻换热流股匹配,传递温位效应,实现多流股间传热严格计算;借助热容流率混合分配机制,实现各流股间任意分混操作。然后,考虑散热因素,改进目标函数,引入冷热损失和保温材料费用项,清晰体现多流股换热器因换热面互相覆盖而带来的外表面封包优势。进而,建立相应非线性数学规划模型,实现公用工程、设备投资、冷热损耗同步优化。最终,通过文献示例对所提方法可行性与优越性进行验证。     

物质封闭循环的反应路径综合方法

为了达到目标废物的零排放,综合物质封闭循环的反应路径方案很有意义,这一问题往往通过多产品的联产来实现. 在相关物质所构成的简单计量系数反应方程网络的基础上,构造优化数学模型,得出了最优的物质封闭循环的反应路径.     

多目标模糊评价遗传算法综合质量交换网络

综合质量交换网络时，评价指标往往不止一个，多个指标相互之间往往又是无法比较、相互矛盾的，甚至有的指标只是定性的，无法定量地表示。故尝试应用模糊数字对多目标进行评价，有效地模拟了多目标决策的过程，过程中规则的变换可反应决策者对不同目标的重要性取向。此外还提出了多目标模糊评价遗传算法（MOGAFR）求解多目标优化问题。数例的求解证明了该法可能得到非劣解集合，并可以对非劣解集中的个体区分出优劣，规则不同，可以收敛到非劣解集合的不同部分，多目标质量产换网络的综合证明其解决工程问题的有效性，所提出的方法适用于求解其他系统的多目标优化问题。     

质量交换网络综合

质量交换网络(MEN)综合是过程系统工程的新兴分支方向.本文介绍了质量交换网络综合的研究内容和研究进展,对两类研究方法即目标设定法和效学规划法做了简要介绍,对伴随反应的质量交换网络、热致分离网络、废物截断分配网络等3种重要的MEN进行了详细阐述.指出今后应加强质量集成在预防污染和清洁生产中的应用研究,进行能量集成和质量集成相结合的全面的过程集成研究,其发展方向是考虑各种实际因素的MEN研究.     

Mass exchange network synthesis using genetic algorithms

Mass Exchange Networks (MENs) are used in the chemical industry to reduce the waste generated by a plant to an acceptable level at the cheapest cost. Finding the optimal network, however, is often difficult due to the non-convexity of the mathematical representation of the problem. This paper describes a novel approach for the synthesis of MENs and MENs with regeneration using Genetic Algorithms (GA), a stochastic optimisation technique based on the concepts of natural evolution. We present an encoding for a genetic algorithm which describes a rich search space, considering both stream splitting and in-series exchangers. For a certain class of problems, all encoded solutions are feasible and require a simple evaluation to yield a cost, resulting in an efficient genetic algorithm. For other problems, the number of infeasible solutions is small, having little effect on the convergence of the genetic algorithm. In comparison with other methods, the GA presented herein is able to find better networks than have been reported elsewhere.     

应用夹点技术实现换热网络的优化

文章首先介绍了过程能量综合方法夹点技术的基本原理,后在对东北某石化厂常压装置模拟的基础上用夹点技术对其原油换热网络进行了节能改造优化。改造后的换热网络同原有的换热网络相比,节省了加热炉需提供的部分热量,从而节省了大量的燃料油,同时冷却负荷量也降低相同数量,避免了公用工程的双重浪费;而且本着利旧的原则充分利用了现有闲置的换热器;各段和全局的传热温差变化比较均匀,同时换热网络的总传热系数也得到较大提高。     

Synthesis of Multi-component Mass-exchange Networks

This paper presents a superstructure-based formulation for the synthesis of mass-exchange networks （MENs） considering multiple components. The superstructure is simplified by directly using the mass separation agents （MSA） from their sources, and therefore the automatic synthesis of the multi-component system involved in the MENs can be achieved without choosing a ＇key-component＇ either for the whole process or the mass exchangers A mathematical model is proposed to carry out the optimization process. The concentrations, flow rates, matches and unit operation displayed in the obtained network constitute the exact representation of the mass exchange process in terms of all species in the system. An example is used to illustrate and demonstrate the application of the proposed method.     

质量集成方法在合流制排水系统改造中的应用

质量集成是过程系统工程中一个极为重要的新发展,自提出以来便作为新的理论方法指导着工业企业实现清洁生产。在一些过程工业生产中,只建立在节省新鲜水用量、减少废水排放等方面的质量交换网络取得显著成效。针对合流制排水系统中主要污染物溢流污染及系统建造运行费用昂贵等问题,提出了将质量集成方法应用于合流制排水系统的改造中,从而通过质量交换网络的建立实现排水系统中污染物含量的最小化,减轻末端污水处理厂的负荷,实现环境和经济的双赢。     

采用浓度差同步优化的质量交换网络设计

质量交换网络(MEN)综合作为过程集成的一个分支,越来越受到过程系统工程领域的广泛关注。因为质量交换网络综合时,贫、富流股之间对应的浓度差(ε)反映传质推动力,影响操作费用和投资费用的大小,所以对其进行优化意义重大。而现有的质量交换网络综合设计一般将贫、富流股之间对应的最小允许浓度差假设为固定值,不能保证得到最优的质量交换网络。针对这一问题,介绍了一种同步优化方法,既能处理单杂质体系,又能处理多杂质体系,建立质量交换网络的超结构模型, 以年度总费用(TAC)最小为目标,将每一对贫、富流股对应的浓度差作为变量,权衡操作费用和投资费用,并利用改进的遗传算法求解,同步得到年度总费用的最小值以及对应的一组最优浓度差,从而得到最优的质量交换网络。     

基于CSTR的反应器网络综合双层优化算法

反应器网络综合问题一般都是复杂的非线性规划问题,在分析基于全混流反应器的反应器网络模型特点的基础上,提出了求解该模型的双层优化算法. 通过将反应器网络综合非线性规划问题分解为物流流量和反应器体积空间的线性优化和浓度空间的优化搜索问题,降低了所求解问题的规模和难度,同时利用全局优化算法进行浓度空间的优化搜索,提高了求得全局最优解的概率. 实例研究表明,双层优化算法可以更准确地给出最优的反应器网络结构以及网络中反应器的类型和大小.