化工過程用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與優(yōu)化.pdf

1、伴隨著經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，我國的水資源逐年匱乏而環(huán)境問題日趨嚴(yán)重?；み^程工業(yè)是水資源消耗的大戶同時也是產(chǎn)生廢水的主要來源，化工過程工業(yè)中用水網(wǎng)絡(luò)的合理與否直接決定著企業(yè)用水成本和對環(huán)境污染程度的高低。因此，化工過程用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計與優(yōu)化具有十分重要的意義和價值。 自上世紀(jì)八十年代以來，工業(yè)用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計問題日益得到重視。本文綜述了近年來國內(nèi)外對用水網(wǎng)絡(luò)的研究現(xiàn)狀和理論進(jìn)展，分析了質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合應(yīng)用于用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的方法，發(fā)現(xiàn)了目前研

2、究工作中存在的不足，并主要作了以下幾方面的工作： 首先，研究分析了目前最常用的三類用水網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計的基本方法：源阱圖法、水夾點(diǎn)法和數(shù)學(xué)規(guī)劃法。介紹了將源阱曲線組合成為水夾點(diǎn)圖的方法和步驟，建立了一個通用的用水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型。對同一個實例分別繪出了源阱圖和水夾點(diǎn)圖，并進(jìn)行求解，二者所得結(jié)果完全一致。研究發(fā)現(xiàn)，三種方法各有優(yōu)勢和不足，若能用源阱圖和水夾點(diǎn)圖指導(dǎo)數(shù)學(xué)規(guī)劃，將有助于數(shù)學(xué)規(guī)劃法得到更好的計算結(jié)果。 其次，論文分析了

3、多源阱關(guān)系的用水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型，將源阱關(guān)系作為數(shù)學(xué)模型的約束條件，引入源-阱匹配可調(diào)節(jié)因子zi,j，構(gòu)建了基于源阱關(guān)系約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，通過分步線性規(guī)劃的方法對該模型進(jìn)行了求解。能夠在滿足新鮮水用量最小的目標(biāo)下，利用數(shù)學(xué)規(guī)劃法定性的選擇計算出具有最佳工程性能的用水網(wǎng)絡(luò)，保證所設(shè)計的用水網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)，解決了一般數(shù)學(xué)規(guī)劃法得到的用水網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)解不唯一，經(jīng)濟(jì)性、可操作性等工程性能不好的問題。 再次，采用基于源阱關(guān)系約束的數(shù)學(xué)規(guī)劃模型，充分

4、發(fā)揮MATLAB軟件數(shù)值計算和工程運(yùn)算功能強(qiáng)大等優(yōu)點(diǎn)，開發(fā)出了界面友好的水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成了源阱圖和夾點(diǎn)圖，以數(shù)學(xué)規(guī)劃法為核心對用水網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，實現(xiàn)了夾點(diǎn)技術(shù)和數(shù)學(xué)規(guī)劃法的結(jié)合，通過對實例求解，得到了優(yōu)于文獻(xiàn)報道的結(jié)果。 最后，通過在石油化工和食品工業(yè)中的應(yīng)用，對所開發(fā)系統(tǒng)的工業(yè)實用性進(jìn)行檢驗。結(jié)果表明，本文所開發(fā)的水網(wǎng)絡(luò)集成優(yōu)化系統(tǒng)達(dá)到了提高工業(yè)用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計效率的目的，且操作簡單加快了用水網(wǎng)絡(luò)設(shè)計優(yōu)化技術(shù)在實