考虑再生操作的间歇过程用水网络综合

摘要

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。间歇操作具有操作弹性好、生产灵活度高等特点，被广泛应用于小规模、多品种、高附加值化学品的生产过程。然而与连续过程相比，间歇过程所排放的废水往往具有较高的污染性和毒性。因而，开展考虑废水再生的间歇过程用水网络综合研究具有重要的现实意义。本研究以间歇用水系统为主要研究对象，构建具有再生操作过程的用水网络超结构，并基于连续时间模型进行数学建模，通过编程软件GAMS实现了用水网络的综合设计。本论文的主要研究内容总结如下：
　　（1）为了合理利用不同品质的过程水源，实现间歇用水系统的最大水回用，本文提出了一个包含水源-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。结合我国资源分配现状和工业生产实际需求，从资源和经济两个角度综合用水网络。同时，为贴近实际生产中的多操作周期过程，本研究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。最后通过两个算例验证所提方法的有效性。
　　（2）再生技术对所处理的杂质种类往往具有选择性，本文提出了再生操作串并联共存的多杂质间歇过程用水网络超结构，一方面，可以有效移除各种污染物，满足较高品质的用水需求；另一方面，确保再生处理量在合理的水平，避免废水过度处理。本研究分别以用水量最小化及年度总费用最小化为目标综合设计用水网络，同时考察了多周期操作下的间歇过程用水规划问题。最后通过求解文献中的两个多杂质算例，验证该方法可以实现过程废水的有效处理和合理回用。
　　（3）为实现间歇过程和连续过程间的水集成，通过将混合体系中的连续过程划分为特殊的半连续过程参与水回用，将混合体系用水网络综合转化为间歇过程用水网络综合问题。同时，为有效地降低用水网络中新鲜水消耗量及废水排放量，本研究对现有混合体系用水网络超结构进行了改进，增设连续运行的再生处理单元，过程中出现的水源可经再生回用于用水系统，从而实现化工生产的节水减排。最后通过三个算例计算，验证了本文所提方法的合理有效性。

目录

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引言

1 文献综述

1.1 过程系统工程

1.2 水网络综合

1.3 间歇过程水网络综合

1.4 混合体系水网络综合

1.5 论文研究内容及思路

2 间歇过程单杂质用水网络综合

2.1 问题描述

2.2 超结构模型

2.3 数学规划模型

2.4 算例分析

2.5 本章小结

3 间歇过程多杂质用水网络综合

3.1 问题描述

3.2 超结构模型

3.3 数学规划模型

3.4 算例分析

3.5 本章小结

4 混合体系用水网络综合

4.1 问题描述

4.2 水回用策略

4.3 超结构模型

4.4 数学规划模型

4.5 算例分析

4.6 本章小结

结论

参考文献

附录A 附录内容名称

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢