多杂质体系间歇过程用水网络优化

对多杂质体系完全间歇过程用水网络优化进行了研究,建立了用水网络超结构和非线性规划数学模型,利用中间储罐跨越时间约束,设置用水过程流量上下限以加速收敛。首先确定关键杂质,并将关键杂质浓度最大的水源直接排往废水,获得简化的用水网络超结构;其次,运用GAMS求解,得到最小新鲜水量、废水量、中间储罐数目及优化的用水网络结构。实例研究证明本文提出的方法可行,并能以较少周期获得优化的网络结构,同时可以减少中间储罐数目。     

考虑再生操作的间歇过程用水网络优化

当前,水资源短缺与污染问题日益严重,废水再生后回用对节约水源和保护环境具有重要的意义。针对间歇过程,为了合理利用不同品质的过程水源,实现用水系统的最大水回用,本文建立了一个包含水源-水阱、水源-中间储罐-水阱、水源-连续再生体系-水阱与水源-废水处理系统的用水网络超结构,基于连续时间模型建立数学模型,并采用多目标分步法依次优化新鲜水用量、再生单元的再生速率以及中间储罐数目,最终得到新鲜水消耗量以及废水排放量最小的最优用水网络结构。同时,为贴近实际生产中的多操作周期过程,本文针对用水系统从启动周期到稳定周期的全过程,进行了用水网络的设计、分析与优化。最后通过算例计算,验证了本文所提方法的合理有效性。     

基于数学优化算法的多杂质用水网络优化综述

基于超结构的多杂质用水网络优化模型具有维数高、非线性和非凸性等特点,是目前节水技术研究的难点之一,数学优化算法是解决这一问题的主要工具。介绍了数学优化算法中的经典数学规划法、智能算法和智能混合算法解决多杂质水网络优化问题的研究进展。智能混合算法通用性高,较其他算法具有更强的全局和局部寻优能力,更适用于多杂质水网络的优化。开发智能混合算法,综合考虑换热网络和着眼企业现场条件是今后水网络优化研究的重点。     

基于矩阵编码的遗传算法多杂质间歇用水网络优化

针对多杂质间歇用水网络优化设计问题,建立了以新鲜水用量最小为目标的混合整数非线性规划(MINLP)模型,并提出基于矩阵编码的遗传算法和信赖域序列二次规划(trust region sequential quadratic programming,TRSQP)法相结合的求解策略。本文采用矩阵编码方法为时间条件约束提供了方便,从而使用水单元之间水回用关系更加清晰明确;采用基于矩阵编码的遗传算法对整数变量进行优化,采用TRSQP法对连续变量进行优化,集成应用两种方法进行优化求解,从而获得MINLP模型的最优解;并借助MATLAB软件进行编程并实现。利用本文所提出的求解方法和策略对文献中2个典型案例进行求解,求解结果均优于文献数据。实例计算表明,本文所提求解方法是可行的。     

单杂质间歇过程用水网络优化

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贮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,结合其他的简化规则,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,该方法可行。     

考虑热集成的用水网络优化

提出了新的同时考虑间接传热和混合传热的热集成转运模型,并与用水网络超结构NLP模型结合以求取ΔTmin＝0℃时用水网络的公用工程目标。新转运模型与以往的模型相比变量数和约束方程数都大大减少。进一步,针对现有综合方法ΔTmin不可调的局限性,采用改进的换热网络转运模型,提出了区分处理混合传热和间接传热的综合方法。该方法不仅可以得到优化的公用工程费用和换热匹配数,而且与传统的方法相比可以调整ΔTmin,得到更合理的换热网络结构。算例表明,结合新转运模型的NLP模型与结合改进转运模型的综合方法都要优于以往的模型和方法。     

基于杂质赤字的再生回用水网络集成图示法

将氢网络中基于剩余率的集成优化法扩展至水网络，以杂质浓度为基础进行分析，提出了基于杂质赤字的再生回用水网络图像集成优化方法。该方法无需图像试差和迭代，通过构建浓度-流量图和杂质赤字图，可确定未考虑再生回用的水网络夹点位置及最小新鲜水用量。并在此基础上，考虑再生装置和水网络的优化以及二者的集成，分析水网络的新鲜水节省量与杂质脱除率、再生水源流量及再生废水浓度的定量关系；构建定量关系图确定最小新鲜水用量随各参数的变化关系、夹点位置、最大新鲜水节省量以及一定再生条件下的极限及最优提纯参数。案例分析表明，该方法简单、高效，对于各工况下的水网络，均可使新鲜水消耗量及废水排放量减小，为工艺设计和操作提供重要的参考。     

设计过程工业多杂质用水网络的计算方法

This paper introduces a non-iterative algorithmic procedure to design water utilization networks with multiple contaminants in process plants. According to the water pinch analysis rules, the processes in water utilization systems were first divided into three groups, then water-supply priority algorithm was proposed. The results of case studies showed that the water networks designed by this method gave water consumption lower than that estimated by other approaches. In addition, the procedure was subiect to no limitation on the problem scale.     

考虑温度约束的单杂质水网络优化

实际用水过程有温度的要求,在用水网络集成中考虑温度的约束,使水耗和能耗同时降低,具有重要的意义。此外,过程系统中还存在只有温度限制的与用水无关的过程流股,将水网络中的水流股与其同时考虑热集成,可以使能量得到更合理的分配利用。在全过程系统能量集成的背景下,建立了对应的水网络优化方法。首先使用现有的废水直接回用水网络LP模型求解初始水网络并提取流股数据,然后在4条非等温混合规则的判断下,依次比较水网络流股与背景夹点、全过程夹点的关系,以排除不合理的非等温混合,最后以年总费用最低为目标进行全过程系统的热集成。使用本文提出的方法对某案例进行优化,得到的年总费用减少了6.27%,证明了该方法的可行性。     

并联连续再生/再循环的多杂质间歇用水系统优化方法

为了有效地减少多杂质间歇用水系统的新鲜水消耗量和再生处理量,针对多杂质间歇过程用水网络提出连续操作并联再生处理单元水网络结构模型及其优化设计方法。通过在用水网络中设置中间储罐和再生单元以实现对不同水质废水并联分质处理,建立了减少用水系统的新鲜水用量和再生水量以及废水排放量的数学规划模型,采用GAMS软件对一个实例进行求解。计算和分析表明：提出的水网络结构与优化设计方法可有效地解决按水质对废水进行并联处理的间歇用水系统,使系统的新鲜水用量和再生水流率同时达到最小。     

采用水流浓度排序法设计多杂质用水网络

在多杂质用水网络设计中,过程的执行顺序和水流之间的匹配是两个关键环节。提出了过程水流相对于其他各过程水流的综合浓度势的概念,水流的综合浓度势反映了该水流与其他所有水流(包括源水流和需求水流)相比较时浓度的高低。设计时过程的执行顺序由需求水流综合浓度势的大小来确定,需求水流综合浓度势最低的过程首先执行。在满足需求水流时,优先回用虚拟分配量(用本文给出的方法确定)最大的可用源水流。源水流向需求水流的分配量可通过杂质负荷衡算及过程极限条件确定。计算实例表明,本文方法获得的水网络的新鲜水消耗量与最小新鲜水目标值非常接近,同时,其计算十分简捷。     

具有中间水道的多杂质用水网络简化设计方法

与常规水网络相比,具有中间水道的水网络更有利于运行和控制。浓度势是作者最近提出的解决多杂质用水网络设计的新概念。在浓度势概念基础上提出了一种具有中间水道的多杂质用水网络设计新方法。该方法采用浓度势方法设计出初始水网络,并在此基础上初步确定各中间水道的结构及水量,然后根据浓度势从小到大的顺序依次由中间水道满足各用水过程,而各级中间水道的最终水量以能满足各级水阱需求来确定。该方法只需简单计算即可完成具有两级中间水道的水网络设计。对文献实例求解结果表明,所得结果与由数学规划法得出的结果接近。     

多杂质氢气分配网络优化研究进展

一般加氢过程对循环氢中H_2S、CO、CO_2等杂质的含量有一定的限制要求,对多杂质氢气分配网络的优化研究更加贴近于实际。近年来对多杂质氢气分配网络的优化主要考虑多种因素如压力约束、氢油比和提纯装置等的影响,发展了相应的图示法和数学规划法,通过案例分析均取得了较好的节氢效果。     

采用迭代方法设计具有再生再利用/循环的单杂质用水系统

具有再生再利用/循环利用的水网络与只有再利用的水网络不同之处在于前者增加了再生水流。如能确定再生水流的浓度和流量并将之加到只考虑再利用的水网络中,即可构成具有再生再利用/循环利用的水网络。在上述思想基础上提出一种迭代法设计具有再生再利用/循环利用的水网络。该方法既可以解决给定移除率（removal ratio,RR）问题,又可以解决固定再生浓度问题。对RR问题,根据水网络及再生过程的特点估算出初始再生水流浓度,再生水流的量待定。将所得再生水流加到只考虑再利用的网络中构成具有再生过程的水网络。设计上述水网络,可以得出新的再生水流的量及浓度。当相邻两次再生浓度之差小于给定值时迭代结束。对RR问题,通常只需几次迭代即可得出最终设计;对于固定再生浓度问题,只需一次迭代即可得出最终设计。设计中考虑了影响水网络设计总费用的新鲜水用量、再生水用量和杂质再生负荷3个主要参数。对文献中几个实例的研究表明,本文方法得到的设计与文献中的设计相当,而设计步骤比文献中的简单。     

基于经验规则的数学规划法快速设计多杂质用水网络

综合了夹点规则、排序思路等经验,提出了基于经验规则的数学规划法来快速设计多杂质用水网络。由于获取准确的用水过程顺序是剔除一些不必要流股、简化用水网络数学模型的关键,因此,基于对用水过程极限数据的分析和对用水过程的理解,提出了用水过程供水和受水的排序方法,并设定必要的水夹点规则、序列和逼近规则、混合规则以剔除不必要的水网络结构,达到简化模型、降低网络结构维数的目的,最后在LINGO软件上编写程序进行求解。通过三实例分析得知,设定经验规则后能够有效地降低模型规模、减少模型的非线性变量数、缩短模型的求解时间,并能够得到最优的设计方案。     

间歇过程单杂质用水网络设计

提出了一种利用时间-纯度两维用水图进行用水网络设计的方法,分别提出了无中间储罐和有中间储罐的设计规则。该方法把水的纯度作为一维,把时间作为另一维,从而更好地同时描述间歇用水过程的时间特性和杂质特性。它首先通过水级联分析技术确定间歇过程用水网络的夹点及最小公用工程,然后利用时间-纯度图和设计规则来合成用水网络,对有储罐的情况,确定了储罐的数量与容量,最后利用时间-水网络图描述了所合成的最优间歇过程用水网络,并探讨了用水过程流量对网络的影响。通过文献实例计算,表明该方法简单、直观、有效。     

多杂质氢气分配网络的动态优化研究

通过对某炼厂建立的氢气分配网络超结构模型,考察氢气所含杂质波动对氢气分配网络的影响规律。结果表明不同装置H_2S浓度的波动对氢气公用工程用量呈现出不同的影响规律。通常氢气用量较大装置中H_2S浓度波动对氢气公用工程的用量影响较大,但如果该装置H_2S浓度过高,无法作为其它装置的氢源,则其对氢气公用工程的用量影响较小。     

涂装车间用水的再生循环利用技术

1脱脂后的水洗水可作为喷漆室的补给水用，但磷化后的水洗水，因呈酸性而不可作为喷漆室的补给水用。     

具有两个再生单元的多杂质水网络设计

在水网络中引入再生回用/循环,可以有效地减少新鲜水消耗量和废水排放量。目前文献大多只讨论了具有一个再生单元的系统。作者研究了具有两个再生单元并产生两个不同浓度再生水流的水网络。对于一些使用高浓度再生水流即可满足的过程,无需使用低浓度再生水流,这样可以减少低浓度再生水的使用量,即减少费用较高处理过程的处理量,从而降低再生处理费用。采用迭代方法进行计算,计算过程稳定可靠。     

多杂质用水网络最优化设计——水质分析及数学规划法

在多杂质用水系统中,各操作出水水质会以不同杂质为主要因素,难以直接比较水质优劣,本文提出了水质分析与数学规划法相结合的用水网络最优化设计方法,对进出口水的极限数据进行分析得出水质状况并对它们按优劣进行排序,优先将排在前面的、节水效果好的操作作为供水源,在水量足够的情况下,对后面的操作不予考虑,以此来简化用水网络超结构模型,然后利用GAMS软件对经过简化后的超结构进行非线性规划并求解,通过两个例子的分析,证明了本方法的有效性。