间歇过程水分配网络优化研究

摘要

随着水资源危机和环境污染问题日益严峻，水分配网络优化问题已经成为学术界和工业界关注的焦点。以往研究多集中在连续过程，但随着间歇过程在过程工业的应用越来越广泛，再加上间歇过程又多伴随着高污染废水的产生，间歇水分配网络优化研究的重要性也愈加凸显。
　　随着研究的深入，间歇过程水分配网络优化研究逐渐向复杂问题和实际工程应用拓展，包括：再生技术之间的选择与集成，多杂质对水分配网络效能的影响以及与间歇生产的交互集成等。本文将重点对这些问题进行探究，主要研究内容如下：
　　1.本文提出了系统的优化框架对不同再生操作模式和再生技术进行研究。其中，考虑多个具有几种候选技术的再生模块，并依据操作模式将其分为间歇和半连续两类。通过这些具有特定技术的再生模块间的集成，可进一步降低系统的新鲜水消耗和废水排放。基于此，本文提出了改进的状态空间超级结构，囊括具有多个储罐的用水网络以及再生网络以涵盖所有可能的配置结构。然后，基于改进的超级结构，构建相应的混合整数非线性规划（mixed-integer nonlinear programming，MINLP）模型以获得具有最小年总投资费用的水分配网络，并且模型还包括再生子系统和储罐的调度模型。此外，为降低模型的求解复杂度，本文还提出基于启发式规则的求解策略。最后，引入相关算例以验证所提方法的有效性。
　　2.在上一部分的研究基础上，重点探究杂质对水分配网络优化的影响，包括再生效率随杂质类型的变化以及杂质对再生过程的抑制作用。并考虑渗余侧流股的直接回用和进一步再生回用，以尽可能挖掘节水减排的机会。基于上述几点，建立相应的 MINLP数学模型。最后，算例研究结果表明，所提方法不但能获得具有较低年总投资的水分配网络，还能兼顾杂质对其效能的影响。
　　3.近年来，许多学者开始同步优化生产调度与用水网络，这些同步优化方法多基于单一时间表达方式。为克服以往单一采用全局连续时间模型复杂度大和特定单元事件点模型解空间存在丢失的缺陷，本文提出混合时间表达方式，即分别用特定单元事件点和非均匀离散时间描述调度模型与用水网络模型，再用辅助约束关联两个时间维度。并基于提出的混合时间表达方式构建MINLP模型。算例结果表明：与分步法相比，同步优化可降低用水网络新鲜水消耗量，但模型复杂度较大；与前人方法相比，所提方法避免了解空间丢失，有效缩减了模型复杂度。

目录

声明

引言

1 文献综述

1.1 间歇过程概述

1.2 间歇过程生产调度优化

1.3 间歇过程水分配网络优化

1.4 本文研究内容

2 考虑多再生模块的间歇水分配网络优化

2.1 问题定义

2.2 超级结构

2.3 数学模型

2.4 模型求解策略

2.5 算例研究

2.6 本章小结

3 考虑杂质影响的间歇水分配网络优化

3.1 问题定义

3.2 超级结构

3.3 数学模型

3.4 算例研究

3.5 本章小结

4 间歇过程生产调度与用水网络同步优化

4.1 问题定义

4.2 数学模型

4.3 求解策略

4.4 算例研究

4.5 本章小结

结论

参考文献

附录A 符号列表

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