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.     

用水成本不确定条件下生态工业园区全局用水网络综合研究

提出并建立园区层面全局用水网络的超结构模型,运用数学规划法,以用水成本最小化为目标,确定新鲜水用量及其对应的全局用水网络结构.以新鲜水价格变化为驱动力,提出新鲜水价格区间与其对应的用水网络综合的关系.以某园区为实例,当水价分别在0～0.7,0.7～2.58和大于2.58美元/10～3gal区间时,对应的新鲜用量分别为1829×103gaVd,529×10～3gal/d和0 gal/d.随着新鲜水价格的增加,新鲜水的用量会逐渐减少,相应的再生水处理单元数会逐渐增加.     

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。     

考虑换热器详细设计的换热网络综合的研究进展

随着对工业生产成本控制要求的不断提高,换热网络优化的深入研究已经引起了越来越多研究人员的重视。在换热网络综合过程中考虑换热器的详细设计是换热网络综合细化深入研究的一个重要方面,可以降低换热网络的年度总费用,并且提高换热网络综合结果的实际可行性。本文通过文献中的算例结果分析,考虑换热器详细设计的换热网络综合的总费用明显低于不考虑换热器详细设计的总费用,阐述了换热网络综合中考虑换热器详细设计的必要性,强调了换热器的详细设计对换热网络综合的影响。文献中考虑换热器详细设计进行换热网络综合时主要采用了夹点分析法和数学规划法,夹点分析法综合换热网络虽然使包含换热器设计的换热网络结构变得简化易于求解,但是无法保证结果是最优解,而数学规划法综合换热网络能有效的考虑换热器详细设计对换热网络综合的影响,但是考虑换热器详细设计也大大增加了模型的复杂性,本文对此进行了对比和评述,同时认为深入研究换热网络细化设计研究并利用快速而高效的算法搜索全局最优解是未来研究方向。     

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。     

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.     

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。     

关于多污染因子用水网络的建模与优化方法

当前对大规模多污染因子水网络的研究尚未深入,故用水网络设计多缺乏实际意义。今利用用水过程污染物传质模型构造水回用网络模型,以配合法求解多污染因子情况下最小新鲜水用量的实现方法,每1用水过程入水以新鲜水、低污染回用水和高污染回用水配合获得,使各过程关键污染因子为依据的进水流量比尽可能趋近1。各过程按出口极限浓度之积由低到高依次运算。该方法以过程为运算单元,避免软件求解,不受用水网络规模的限制,此方法在用水网络优化技术方面有所创新。最后通过实例说明该方法有效,以其指导某石化企业,节水效率达到17.81%。     

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。     

基于XML的Petri网流程描述及构造

工作流过程定义可以采用不同的建模方法,由于Petri网有坚实的理论基础和易于使用的图形表示,因而是一种理想的建模和分析工具,XPDL是基于XML技术的工作流过程定义语言。文中提出了六种基本的Petri网流程模块,给出了由Petri网向XPDL转换的方法以及由XPDL构造Petri网的方法。     

间歇式化工系统的Petri网优化调度与控制方法

为了解决复杂间歇式化工系统的优化调度和控制问题,提出了一种基于Petri网的优化调度与控制方法:首先,根据加工工艺,建立加工过程的赋时Petri网模型;其次,根据间歇式化工生产对象的拓扑结构,在该赋时Petri网模型中引入阀门系统的网结构,从而获得系统的受控Petri网模型;最后,利用可达图来计算加工时间最短的控制策略,借助网结构信息,得到了控制策略的阀门控制矩阵,并用一个示例演示验证了本文方法.     

一种基于Petri网的指控信息网死锁的检测方法

Petri网的理论方法在并发异步通信控制中已得到广泛的应用,但在其相关的指控信息网中,死锁的检测与排除仍然是人们关注的重点和热点之一.提出一种基于Petri网的指控信息系统死锁的检测方法.其主要做法是:先将信息系统规范化整理后,采用Petri网理论抽取其数学模型,再将该模型进行规范化整理.从转移操作的线性排队中,逐个搜索,找出其信息输入的条数,并造表统计.然后对每一条进行逆向搜索,若发现任一处信息断链,则该转移操作有可能发生死锁;否则认为通达,该转移是活的.经应用结果统计分析,该方法可有效地应用在信息系统的规划中,将产生死锁的次数减少89%以上.存在的主要问题是如何尽量的优化减少搜索路线,力求做到能覆盖所有的路线.该项研究具有一定的理论意义和应用价值.     

基于Petri网和逻辑电路的网络安全验证

利用Petri网的库所和变迁来描述网络的状态和行为,用逻辑代数的0和1形象表示库所的状态,将复杂的PN模型转换成简单的逻辑表达式,提出了Petri网与逻辑电路相结合的新型网络数据流验证方式。这种方法具有的形式化步骤与数学模型相支持,是一种新型快捷的网络安全验证方法。