间歇过程用水网络综合研究

摘要

由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，减少新鲜水用量和降低废水排放量刻不容缓。水网络综合通过水的回用、再生回用及再生再循环等方式，达到节水减排的目的，因此水网络的研究引起人们的普遍关注，间歇化工操作广泛应用于食品，药物化学，有机合成及精细化工行业，因此间歇过程用水网络综合成为近十年来一个新的研究热点。 与连续过程相比，间歇过程的操作条件及用水状况受到时间的限制，水的回用机会减少，利用率低，而中间储罐能够有效降低时间限制。在间歇用水过程中，先开始操作的用水单元结束后，废水排入中间储罐，后面的操作单元开始用水时，储罐中的水可作为水源进行水的回用，从而消除了单元之间由于开始和结束操作存在时间差造成水不能回用的限制，大大提高了水的重复利用率。本文在全面分析已有的间歇用水网络研究的基础上，主要对间歇过程的最小新鲜水量和中间储罐的数目、体积进行了研究，采用数学规划法，得到单一周期和循环周期的最小新鲜水用量和最优的用水网络。主要内容如下： (1)以最小新鲜水用量为目标对间歇过程用水网络进行综合。将各用水单元按操作结束时间的先后排序，排在前面的操作，出口流股作为后面操作的水源，相同浓度的水排往同一个中间储罐，浓度最大的流股作废水处理，禁止浓度高的流股回用给出口浓度低的用水单元，考虑传质平衡，入口浓度限制等约束条件，建立非线性规划数学模型，利用GAMS软件对数学模型进行求解，计算得到最小新鲜水用量，然后利用各水源在储罐中存储的时间差，合并中间储罐，得到最终的用水网络结构。通过对文献中三个不同类型的实例的求解验证本方法的可行性。 (2)在保证新鲜水用量最小的同时进行了考虑中间储罐数目最小的间歇过程用水网络研究，将储罐数目作为优化变量，允许不同浓度的水源在中间储罐中混合，考虑水源混合和分配的所有可行方案，从而克服了上面方法在优化多单元复杂间歇过程用水网络时出现中间储罐数目和连接流股增多等不足。这样储罐中水的浓度和体积会随着时间的变化而变化，并影响整个间歇过程的用水情况。以最小用水量为目标函数，建立水源混和的数学模型，对间歇过程用水网络进行优化，并计算各时间点储罐中水源的浓度和体积，得到最优的用水网络结构。

目录

文摘

英文文摘

声明

引言

1文献综述

1.1过程综合

1.2过程综合的研究方法

1.3水网络优化的研究进展

1.4间歇过程用水网络综合

1.5 General Algebraic Modeling System(GAMS)简介

2新鲜水用量最小的间歇过程用水网络综合

2.1间歇过程用水网络

2.2新鲜水用量最小的间歇过程用水网络研究

2.3实例研究与分析

2.4本章小结

3考虑中间储罐数目优化的间歇过程用水网络综合

3.1问题提出

3.2考虑中间储罐数目优化的间歇过程用水网络研究

3.3实例研究与分析

3.4本章小结

4结论与展望

结论

展望

参考文献

附录A主要符号说明

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢