化工过程系统多目标夹点分析的模型框架与步骤

减少水、能源和资源利用是化工生产过程中面临的最重要的挑战.通过对化工过程系统进行分析,本文将过程集成技术中的水夹点、热夹点和碳夹点技术相结合,提出多目标夹点分析方法.分析了在化工过程中用水、热公用工程以及碳排放的关系,提出洋葱头修改概念图,增加二氧化碳排放和能源规划环节.在同时考虑化工生产过程中的水、热和能源多方面因素的情况下,提出基于贯序的多目标夹点分析与设计方法,建立了详细的模型框架以及设计步骤.具体步骤如下:(1)基础数据提取;(2)无水回用情况下的新鲜水用量;(3)基于累积流量-累积负荷图,确定最小新鲜水用量和最小废水排放量以及夹点的位置;(4)确定新鲜水节约效率;(5)进行水网络设计:(6)运用累积负荷-累积流量-温度图,确定最大公用工程用量,绘制能量匹配图;(7)从水网络设计图中提取热集成数据,计算最小公用工程数据;(8)计算节能效率;(9)基于累积能源-累积二氧化碳排放组合图,确定最终的能源资源分配.按以上步骤可确定最小新鲜水用量、最小废水排放量、最小公用工程、最小清洁能源使用量.     

线性规划法确定用水网络最小用水量

水污染和水资源短缺是人类面临的重大问题。因此,改善用水过程以节约新鲜水,减少废水排放是值得认真研究的课题。本文提出了确定用水过程最小用水量的新方法一线性规划法。分别研究了单组分再利用、再生再利用、再生循环最小用水量问题,把它们归结为线性规划来求解,其中对于再生再利用和再生循环分别提出了两步线性规划法。对于再生再利用过程,第一步建立线性规划l,以确定整个过程的最小新鲜水和相应的最小再生水用量,第二步将第一步所获得的整个过程的最小用水量和相应的最小再生量以及最低再生浓度区间作为已知量,采用与线性规划l同样的约束建立线性规划2,再次求解即可得最低再生浓度c。。此外,本文发现再生再利用过程的最小用水量和再生浓度之间存在两种关系,这两种关系表明获得最小新鲜水用量和再生量的最低再生浓度存在两种可能：夹点处和夹点之上,从而得出了与文献“夹点处再生能获得最小新鲜水用量”不同的结论,即夹点处再生未必总能获得最小新鲜水用量。给出了一个实例,计算结果表明本文方法是有效和简便易行的。     

间歇过程用水网络优化设计方法研究

间歇过程用水网络的研究已经引起了人们的关注,近十年取得了一定的发展.本文对带有非传质及有流率变化的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.实例计算证明该模型可行、方法简单.     

基于夹点技术的啤酒用水网络优化与设计

采用了水级联技术(Water Cascade Analysis,WCA)和累积夹点法(Cumulative Pinch Technology)对啤酒厂水网络进行优化,采用的累积夹点法用累积流量代替传统夹点法中的流率为横坐标,累积负荷为纵坐标,绘制出复合曲线图,水级联法采用纯度确定出水夹点,并最终获得2种方法下的新鲜水用量和废水排放量。结果显示2种方法得到的新鲜水用量和废水排放量数据完全一致,表明这2种方法均可简单有效的处理水网络问题。最后根据最小公共工程利用近邻设计原则(Nearest NeighborsAlgorithm,NNA)对啤酒厂水网络进行设计,得出啤酒厂用水网络的最佳方案。     

采用分布式废水再生循环的塑料厂水系统集成

在水系统集成技术中,可以采用废水直接回用、再生回用和再生循环三种方式对用水网络进行优化。其中,再生循环用水网络可以最大限度地节约新鲜水消耗和减少废水的排放。废水再生单元可以是集中式或者分布式两种类型,本文对集中式和分布式两种类型的再生单元的特点及适用场合进行了讨论,并给出初步的选用原则。利用水系统集成技术对某塑料厂的现行用水网络进行优化,结合生产实际选用分布式再生单元对排放废水进行再生处理,优化后的塑料厂用水网络使高品质脱盐水的节水率达到70%。     

节水减排的水系统集成优化研究进展

水系统集成是节水减排的最有效方法.在过去的二十多年里,水系统集成优化的理论和实践取得了长足的发展.水系统集成的方法分为图示法和数学规划法.本文简单回顾了近年来国内外在这两种方法的研究进展.主要针对废水再生循环和再生回用系统,介绍了采用图示法确定系统目标的方法,以及数学规划法超结构和数学模型的建立.并通过一个实例,说明了方法的应用并比较了废水直接回用/废水再生循环和废水再生回用系统的优化结果.     

基于时间Petri网优化设计单杂质间歇过程用水网络

近20年来,间歇过程用水网络的研究得到了人们的广泛关注,并取得了一定的发展。以往对间歇过程的水网络集成研究多采用图解法和数学规划法,图解法无法解决与水质、水量无关的目标或约束,数学规划法计算复杂且较难确定最优解。Petri网具有直观的图形表现能力和严密的数学基础,并且具有强有力的分析技术与手段,非常适合于系统的描述和分析。同时时间Petri网是在Petri网的基础上加入时间因素,可用来建立间歇系统的动态模型。故针对半连续间歇化工过程的单杂质用水网络,本文提出了基于时间Petri网建模的方法,分别对有中间储罐和无中间储罐间歇用水网络进行了研究,首先采用水级联分析法构建了夹点分析通用模型,能够快速准确地确定用水过程的水夹点位置和最小新鲜水需求量。然后根据Petri网的逻辑表述能力、动态传播特性、自主学习机制以及水网络设计原则、水网络综合基本原则和水源匹配规则建立了水网络综合Petri网通用模型,对有中间储罐的情况还确定了中间储罐的位置、数量与容量,实现了单杂质间歇过程用水网络的优化设计。最后对文献中实例进行了研究,得到的夹点位置、新鲜水用量以及用水网络与文献中一致,表明提出的方法是可行和有效的。该方法模型简单、直观,避免了水级联表格的繁复计算,拓展了Petri网在过程领域的应用。     

间歇用水系统中废水回用的调度与操作周期调优

针对单杂质间歇用水网络中的新鲜水消耗量最小化问题,本文建立了基于连续时间的优化模型,用于废水直接回用的用水调度优化,并提出了操作周期长度调优的方法。目的在于通过调度优化增加废水回用机会以提高用水系统的废水回用率。采用GAMS软件对所建立的MINLP模型进行求解。研究表明:本文的数学优化模型能够有效地提高单杂质间歇用水过程的废水回用率并具有最优的操作周期长度。通过2个实例阐明了本文优化方法的有效性。     

加权最小二乘估计在无线传感器网络定位中的应用

节点自身定位是目前无线传感器网络领域研究的重点之一,定位误差累积问题是节点定位中必须解决的一个关键问题,利用加权最小二乘估计的方法可以有效抑制累积误差的影响。介绍了如何将加权最小二乘估计应用于节点定位以及如何合理地选择加权系数以降低定位误差。仿真实验表明,运用加权最小二乘估计可以有效地抑制误差累积的影响,提高定位精度。     

化工过程系统多目标夹点分析方法的案例研究

提出水夹点、热夹点和碳夹点的内在联系.利用序贯方法,依照多目标夹点分析方法及其步骤,通过案例对此方法进行验证.主要分如下3个步骤:(1)运用水夹点技术确定出最小新鲜水用量,并运用修正的NNA算法确定出水网络:(2)由得到的水网络图,提取各物流数据,运用热夹点技术确定出最小冷热公用工程用量:(3)由热公用工程数据和二氧化...     

污水处理过程的自适应控制

把自适应控制方法应用到污水生化处理过程中,主要是对溶解氧浓度的控制。使用双线性模型来简化溶解氧动态,对于一些不可以直接测量得到的重要过程参数,采用递推最小二乘算法来估计得到,并设置一步预测输出为期望的输出,从而得到对溶解氧浓度的最小方差自校正控制方案。仿真结果说明了空气流量和氧气吸收率(OUR)对溶解氧浓度的影响。     

过程工业水分配网络系统集成的NLP模型

针对单组分杂质用水和废水处理网络同步集成最优化问题,以最小总操作费用为目标,建立了非线性规划(NLP)模型。该模型既考虑了新鲜水费用和水处理费用之间存在的耦合关系以实现二者的优化均衡,又考虑了环境排放标准及分散式处理网络对水网络集成的影响。采用商业优化软件GAMs对算例问题进行求解,结果表明本文提出的模型能有效处理工业水分配网络系统的优化集成问题,与用水网络和废水处理网络分别集成相比,在年总费用上有不同程度的减小,较好地实现了过程工业在满足环保排放规定前提下的经济效益最大化。     

基于单片机的油田污水水质测控系统设计

以油田污水处理为题,分析了在污水处理过程中,如何通过设计一个可行的在线检测水质的系统来控制污水改性的生产过程,并给出了系统性能的一般分析.最主要的是对水的浊度和钙离子的测控方法与研究,讲述了油田污水的水质分析原理.详细给出了系统的设计思想、硬件电路及应用程序和应注意的问题.     

压水堆蒸汽发生器水位的前馈模型预测控制

在压水堆核电站中,引起反应堆停堆的主要原因之一是蒸汽发生器(SG)的水位超过了安全界限。为将SG水位控制在一定范围内以保证核电站安全、可靠、经济地运行,将蒸汽流量作为可测扰动加入预测模型中,设计了具有前馈补偿作用的模型预测控制器(MPC)。对给水流量增量施加约束以减小对给水阀的冲击,采用二次规划(QP)最优化算法求解给水流量的最优值,求解时先对水位施加硬约束,若无可行解则加入软约束,以保证系统的稳定性。仿真结果表明,与变增益PID控制相比,MPC的控制效果更好。     

基于自适应模拟退火遗传算法的多杂质用水网络设计

水资源的短缺和环境污染的日益严重,对过程工业提出了减少新鲜水用量和废水排放量的要求,且通常废水中都含有多种污染物,由此本文提出了考虑回用的多杂质用水网络设计。不但建立了多杂质用水网络超结构MINLP模型,而且针对MINLP问题求解困难的现状,开发了自适应模拟退火遗传算法。实例研究结果表明该算法可以找到全局最优解且计算时间可满足要求。另外,该算法可有效避免陷入局部最优,也不要求提供初始可行解。     

废水污染物排放总量监测方法及系统设计

针对目前我国工业点源水污染在线自动监测系统存在的废水取样和分析(测量)间隔时间过长导致废水污染物排放总量监测、计算不准确以及排污企业容易掌握其废水采样规律并经常偷排、突排高浓度废水而不能被有效监测的问题,提出一种按废水排放流量比例随机采样、统一存储综合水样进行污染物排放总量监测和计算的技术方案以及相应的智能化污水污染物总量监测系统结构,并阐述其工作原理.该智能化监测系统可有效克服现有水污染在线自动监测系统在运行中存在的计算时间长、监测误差大和取样规律易泄漏的缺陷.     

PLC在锅炉化学补给水处理自动控制系统中的应用

介绍了水处理工艺，结合生产实际设计了一套基于组态王和PLC的SCADA补给水控制系统，使系统的运行和离子交换器的再生达到优化，性能达到生产要求，出水水质稳定，又降低生产成本。