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.     

间歇过程多杂质用水网络的研究

对含有多个杂质的间歇用水网络进行综合研究,提出了用水周期的概念,基于不失问题的内在特性原则,提出了模型简化的基本假设,并通过增加中间储罐来跨过时间约束,提出了基于超结构的多杂质用水网络模型,建立了该超结构模型的数学规划模型;提出了该数学模型的分步求解策略:①不考虑时间约束,将看成1个拟连续过程,获得间歇用水的目标网络;②引入时间约束,调整间歇用水网络结构,优化未稳定用水单元,向目标网络逼进;③最终获得最优的间歇用水网络结构.实例研究表明,本文提出的方法是问歇过程多杂质用水网络结构设计的有效工具,可在较少周期后获得稳定的网络结构,新鲜水用量可节省34.9%.     

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。     

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。     

间歇过程多杂质用水网络的超结构模型及求解

增加中问储罐摆脱时间约束,将间歇过程多杂质用水网络看成一连续过程.先建立引入分配因子的间歇用水网络的超结构模型,求解出最优网络,其次引入时间约束,确定再用次序,在最短的周期内使网络结构达到稳定,最后通过优化储罐和分配器的数量,找出间歇过程多杂质用水网络的最优结构.实例证明本文的方法可以有效解决间歇过程多杂质用水网络的问题.     

具有多个双出口再生单元的再生循环水网络优化

在污水再生回用中,随着处理深度的增加,再生水的水质不断上升,可匹配的水阱增加,但污水回用的再生率也相应下降,可回用水量减少。本文将再生率和再生后浓度关联,建立具有多个双出口再生单元再生循环水网络模型,并通过求解具体案例,详细说明夹点法确定具有多个双出口再生单元的再生循环水网络的流率目标值的优化设计步骤。模型规定了用水系统、再生系统及环境系统各自与相互之间的关系,通过物料平衡分析计算和图形表示方法,实现多个再生单元同时供水。再生循环的应用和网络优化,使用水系统达到新鲜水用量最少,且同时满足环保法规的要求。     

水系统集成技术在腈纶厂节水减排的应用

水系统集成技术从用水系统的整体性分析、设计和改造用水网络,可以有效地节约新鲜水量,同时减少污水排放。本文结合水系统集成技术在工业企业中应用的步骤,利用水夹点法对某腈纶厂的用水网络加以分析,采用改进的问题表法确定了多水源用水网络的目标值。优化结果表明,综合考虑新鲜水量和操作费用成本,该腈纶厂的用水网络可以实现新鲜水节水率29.62%,污水减排率28.19%的节水成效。     

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。     

多杂质用水网络设计方法的改进与比较

通过引入分配因子和最小限制流量对多杂质用水网络超结构模型进行改进,使模型更简捷高效;在逐步线性规划法中引入改进的超结构模型,提供了用水过程的排序依据,可代替枚举法直接排序,提高了求解效率。通过实例比较了改进前后的两种设计方法,找出了它们之间的优势和劣势,结果表明,本文的改进策略可以快速和准确地解决多杂质用水网络设计问题。     

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。     

逐步非线性规划法求解多组分废水最小化问题

对多组分用水系统的优化设计即废水最小化问题进行了研究，在逐步线性规划法的基础上，提出了逐步非线性规划法的过程优化设计方法。新方法首先按每个组分的限定浓度对各操作进行排序，然后对每个操作序列进行逐级优化匹配。然后通过比较选出一个用水量最小的设计，作为过程的最终设计。其中，对单元操作i的优化匹配就是解非线性规划问题。并通过一个实例计算结果表明，本文算法是简单而有效的。     

水夹点技术的应用研究

水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重对过程工业提出了废水最小化的要求.本文介绍了应用水夹点技术进行单杂质用水网络设计的过程,尤其是格子图的构造和网络调优.针对多杂质系统,除了应用单杂质系统的设计方法,必须很好地选择参考杂质,并在网络设计时注意浓度转移的表示.最后,比较了水夹点技术设计单杂质和多杂质用水系统的异同.     

基于LM-BP神经网络的莺落峡河段糙率推测分析

分析天然河道糙率值的主要影响因素,基于LM-BP神经网络预测模型,提出黑河莺落峡水文站测验河段糙率值的推求方法.对网络模型的设计、训练、测试进行研究和分析,预测模型输入量为水位Z、水力半径R及水面比降S,输出量为糙率n,样本集为黑河莺落峡水文站测验河段的历史实测糙率值.根据测试结果可以得出:在误差允许范围内,采用LM-...     

基于EMA的网络拓扑自动化建模

网络拓扑的建设在以网络平台为依托的研究领域发挥着重要的作用,是相关研究得以展开的基础。将目前流行的两种网络拓扑生成算法——正向反馈优先和热模型算法,与时下最强大网络仿真工具OPNET相结合,给出了一种OPNET平台上基于EMA的、规模可控的、仿真度较高的网络拓扑自动化建模方法。实验结果表明,该方法能够更好地模拟真实网络拓扑环境,达到网络仿真的规模要求,满足相关领域的研究需要。