都健[1]2004年在《考虑能量集成与柔性的用水网络设计方法研究》文中研究说明水和能量在过程工业的发展中占有极其重要的地位。水是可持续发展的关键因素，并将成为21世纪全球资源和环境的首要问题。目前能量集成技术相对比较成熟，已经在实际过程工业中得到了较为广泛的应用。质量集成技术起步较晚，但在理论研究上也取得了一定的进展。而水网络是一种特殊的质量交换网络，由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，水网络的研究引起了普遍关注。但在水网络设计中同时考虑能量集成却很少见报道，并且现有的研究方法仅限于单杂质系统，能量集成仅局限于水网络内，同时并没有实现真正意义上的用水与用能同时最小化；并且在水网络的设计中没有考虑柔性分析，不一定能够保证水网络结构的稳定性。在这种背景下，本论文对多杂质系统考虑能量集成和柔性的用水网络的优化设计进行了尝试。在全面分析水网络集成和能量集成以及过程工业柔性分析的研究现状和发展趋势基础上，对其过程集成方法进行了深入的研究，以期对过程工业的节水、节能提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有： (1)对于过程工业中用水和用能同时最小化的多目标优化问题，本文采用目标分层法的思想进行优化，即分步优化法。首先把用水量最小化看作重要的目标，用夹点分析法或数学规划法求解优化的水网络结构；然后在这一目标的最优解下进行全过程系统的能量集成，最后求得考虑能量集成的优化的用水网络结构。该方法不仅可以应用于单杂质系统，也可以应用于多杂质系统；且能量集成不局限于水网络内，可以在整个过程系统中进行，使能量的综合利用更加合理。采用文献上的实例进行了验证。 (2)以上用水与用能分步优化的设计方法，通常不能保证实现真正意义上的用水与用能同时最小化。数学规划因具有同步优化和同时处理多目标权衡的优点成为同步设计的有效方法。由于工业生产中水网络和能量网络之间存在着交互性，且考虑能量集成的水网络设计数学规模较大，因此水网络设计中用水与用能同时最小化成为研究的难点和热点。本文在以上分步优化方法的基础上，利用数学规划，以系统用水与用能的总费用为目标函数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用进化算法一模拟退火和遗传算法的混合算法在较大的一个范围内搜索，实现用水与用能的同步优化设计。该方法同样可以用于多杂质系统，也是该方法的特点之一，且能量集成可以在全过程系统内进行，与分步设计法的优化结果比摘要(3)(4)较说明同步优化设计法是更为准确和有效的。为了求解用水网络优化设计所形成的非凸NLP问题或混合整数NLP问题，本文开发了自适应模拟退火遗传算法，为了提高运算速率，减小运算规模，在多杂质水网络设计这一问题上，对该算法的评价函数进行了改进，即在保证准确的基础上尽量减少变量的维数。它克服了确定性算法由于数值奇异找不到可行解而收敛困难或容易陷入局部最优的局限性，自适应调整步长和温降的策略提高了算法的运算速度和稳定性，并且遗传算法的加入弥补了其内层由于具有历史遗忘性难以实现全局优化的不足。经过对非凸NLP问题的测试，表明该算法在收敛速度、以更大概率获得全局最优解方面具有良好的性能。该算法与用于能量集成的遗传模拟退火算法的结合应用，使过程工业用水与用能实现同步优化设计成为可能。在水网络设计中考虑能量集成的基础上，对现有水网络进行了柔性分析;或者在水网络的设计中考虑柔性设计，以保证在水网络操作参数发生变化时，水网络结构具有一定的稳定性，使水网络的设计更接近实际过程工业的需要。
李英[2]2003年在《废水最小化的过程集成方法研究》文中进行了进一步梳理水资源的逐年匮乏和环境污染的目趋严重，对过程工业提出了废水最小化的要求。过程工业不但消耗大量的新鲜水，而且排放大量的废水，因此成为工业节水和水污染防治的重中之重。过程集成技术为废水最小化的研究提供了技术支撑和系统化的方法。本文在全面分析废水最小化的研究现状和发展趋势基础上，对其过程集成方法进行了详细、深入的研究，以期对过程工业的节水降污提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有： 1．废水最小化可以先通过考虑回用的用水网络设计减少废水量，再利用分布式废水处理网络设计降低废水中杂质含量以达到环境允许排放标准。这种分步设计所采用的两种主要过程集成方法：水夹点技术和数学规划法发展比较成熟，但各有局限性。本文提出了水夹点分析和数学规划相结合的方法，既加深了对过程的理解，又通过设计规则的使用实现了超结构降维；且不存在网络调优和操作分隔的问题。实例验证所得网络设计结果更接近全局最优。 2．用水网络和废水处理网络同步设计既进一步减少新鲜水的用量和废水的排放量，又可以减少废水处理费用。数学规划因具有同步优化和同时处理多目标权衡的优点成为同步设计的有效方法。作为废水最小化研究的难点和热点，本文对水网络废水最小化同步设计方法进行了研究，首先建立了包含回用、再生回用和再生循环等废水最小化集成方法的有分流水网络超结构，它可以根据需要划分为分步设计中的两个子系统或限定为无分流水网络。在此基础上，以经济性为目标，环境排放标准为约束，建立了超结构NLP模型。由于模型约束中的浓度乘以流量双线性项导致问题非凸，根据其特点采用自适应模拟退火遗传算法求解。与分步设计和文献同步优化结果比较说明所提方法是有效的。 3．随着环境问题的日益突出，对环境影响因素的优化开始集成到系统设计中，同时为了更好的处理废水中污染物微量浓度就对环境产生较大影响的情况，把环境因素作为设计目标，与经济目标进行权衡，从而形成废水最小化的多目标优化。以多目标优化结果为依据，对废水最小化设计提出了零排放的目标。在此基础上提出了一种废水零排放的复合型方法，首先通过回用、再生回用和再生循环求得系统中所需最小循环水量：再通过分布式废水处理网络设计的常规处理使废水中污染物浓度降低 大连埋工大学t4」：学位论 义 到满足深度处理单元的入口要求：最后针对特定污染物选择合适的深度处理设备使 废水达到闭路循环的要求。文中以实例阐述了废水零排放的设计过程及可行性。4．为了求解上述废水最小化同步设计所形成的非凸 NLP和 MINLP问题，本文丁｛发了 自适应模拟退火遗传算法。它克服了确定性算法山于数值奇异找不到可行解而收敛 困难或容易陷入局部最优的局限性，自适应调整步长和温降的策略提高了算法的运 算速度和搜索到解的质量，并且遗传算法的加入弥补了其内层由于具有历史遗忘性 难以实现全局优化的不足。经对非凸 NLP和 MINLP问题的测试，表明该算法在收 敛速度、以更大概率获得全局最优解方面具有良好的性能。在此基础上，本文采用 线性加权一改变权因子的方法将自适应模拟退火遗传算法用于多目标优化。
孟小琼[3]2003年在《具有能量集成的用水网络优化设计方法研究》文中研究说明水和能量在过程工业的发展中占有极其重要的地位。水是可持续发展的关键因素，并将成为21世纪全球资源和环境的首要问题。目前能量集成技术相对比较成熟，已经在实际过程工业中得到了较为广泛的应用。质量集成技术起步较晚，但在理论研究上也取得了一定的进展。而水网络是一种特殊的质量交换网络，由于水资源的逐年匮乏和环境污染的日趋严重，水网络的研究引起了普遍关注。但在水网络设计中同时考虑能量集成却很少见报道，并且现有的研究方法仅限于单杂质系统，能量集成仅局限于水网络内，同时并没有实现真正意义上的用水与用能同时最小化。在这种背景下，本论文对多杂质系统具有能量集成的用水网络的优化设计进行了大胆的尝试。在全面分析水网络集成和能量集成的研究现状和发展趋势基础上，对其过程集成方法进行了详细、深入的研究，以期对过程工业的节水、节能提供一定的理论指导。本论文的主要研究内容有：对于过程工业中用水和用能同时最小化的多目标优化问题，本文采用目标分层法的思想进行优化，即分步优化法。首先把用水量最小化看作重要的目标，用夹点分析法或数学规划法求解优化的水网络结构；然后在这一目标的最优解下进行全过程系统的能量集成，最后求得具有能量集成的优化的用水网络结构。该方法不仅可以应用于单杂质系统，也可以应用于多杂质系统；且能量集成不局限于水网络内，可以在整个过程系统中进行，使能量的综合利用更加合理。采用文献上的实例进行验证，所得到的用水与用能结果与文献一致。以上用水与用能分步优化的设计方法，不能保证实现真正意义上的用水与用能同时最小化。数学规划因具有同步优化和同时处理多目标权衡的优点成为同步设计的有效方法。作为水网络设计中用水与用能同时最小化研究的难点和热点，本文在以上分步优化方法的基础上，利用数学规划，将水网络集成和能量集成采用序贯模块法，以用水与用能的总费用为目标函数，将多目标优化问题转化为单目标优化问题，利用随机算法—模拟退火和遗传算法的混合算法在较大的一个范围内搜索，实现用水与用能的同步优化设计。该方法同样可以用于多杂质系统，且能<WP=5>量集成可以在全过程系统内进行，但与分步设计法的优化结果比较说明同步优化设计法是更为准确和有效的。为了求解用水网络优化设计所形成的非凸NLP问题或混合整数NLP问题，本文开发了自适应模拟退火遗传算法，并对该算法的评价函数进行了改进。它克服了确定性算法由于数值奇异找不到可行解而收敛困难或容易陷入局部最优的局限性，自适应调整步长和温降的策略提高了算法的运算速度和搜索到解的质量，并且遗传算法的加入弥补了其内层由于具有历史遗忘性难以实现全局优化的不足。经过对非凸NLP问题的测试，表明该算法在收敛速度、以更大概率获得全局最优解方面具有良好的性能。该算法与用于能量集成的遗传模拟退火算法的结合应用，使过程工业用水与用能实现同步优化设计成为可能。
王绍光[4]2006年在《过程工业用水最小化问题的研究》文中指出随着水资源的日趋紧张及废水对环境的污染问题日益严峻，尽可能地减少新鲜水用量和废水排放已成为人们的关注焦点。过程工业是用水大户和废水排放大户。用系统集成的方法对其进行用水最小化研究已成为当前的研究热点。针对过程工业中连续过程和间歇过程的特点，本文分别对其用水网络进行了研究。 在对连续过程的研究中，对连续过程用水操作进行了描述，提出纯水过剩／不足额的概念，对其意义进行了分析，将其引入到水级联分析法中，提出完整的用水级联分析法确定用水目标的具体步骤。用水级联分析法来确定最小用水目标，结合纯度一流率图，运用水源确定规则和水量分配公式和原则确定过程的水源和流率分配，使用水网络得以最优化。对包含传质过程和非传质过程的单夹点问题、多夹点问题和再生回用问题进行了研究。 在对间歇过程的研究中，对间歇过程用水操作进行了描述。沿用了纯水过剩／不足额的概念，针对间歇过程与时间关联的特殊性，提出纯水过剩／不足额的数学表达式。在存在储罐的情况下，统计整个时间范围内的水源水阱状况，进行级联分析确定总的目标水量和总体夹点。结合时间一纯度两维图，按照水源确定规则和水量分配公式和原则来识别水源和进行水量分配，设计最优用水网络。对于储罐数量、储存容积等的确定本文也进行了研究。不存在储罐情况下总体目标确定和网络设计则主要通过时间-纯度两维图并根据具体情况结合水级联法同步进行求解。针对间歇过程的类型，分别对半连续和完全间歇过程进行了研究。 水级联法在连续过程和间歇过程中的应用证明，水级联分析法不仅可用于传质过程，也适用于非传质过程，简单有效，是一种非常有前途的方法。
薛东峰[5]2001年在《废物最小化为目标的质量集成方法研究》文中进行了进一步梳理日益严重的环境和资源问题已经威胁到人类的生存和社会的发展。作为实施可持续发展战略的最佳模式和技术手段的清洁生产成为广大学者和企业界研究的热点。如何实现清洁生产的问题还未得到很好的解决。本文以废物最小化为目标，对清洁生产重要的支持和实现技术——质量集成进行了研究：从过程系统工程的基本理论出发，首次提出质量综合利用原则，建立了过程废物最小化的集成框架；对废物最小化的定量化方法—质量交换网络综合、质量集成及其方法进行研究，并对质量集成问题建立超结构数学模型，以定量确定过程的废物最小化方案；为求解模型构成的混合整数非线性规划（MINLP）问题有针对性地开发了自适应模拟退火遗传算法（ASAGA），从而为定量化确定废物最小化最优操作方案提供了有效的工具。上述工作的具体开展为： 1．建立了过程废物最小化集成框架：现有的研究主要集中于策略研究和定性化方法，对过程废物的实质和演变缺乏认识，未能给出可操作的废物最小化方案。本文总结了过程物料在使用中的演变及废物产生过程，借鉴总能系统概念，首次提出了过程质量（物料）综合利用原则，以此作为废物最小化集成框架的基础；以工艺闭路循环思想为核心，结合现有的定性化方法和定量化方法，建立了过程废物最小化的集成框架；对废物最小化的经济性进行分析，指出它与传统工艺的差别和优越性；将质量和能量综合利用原则应用于乙烯装置急冷系统的实际工程改造，确定优化的过程改造方案，体现了所提出策略对工程实践的指导作用。 2．质量交换网络（MEN）综合是有效的废物最小化定量研究方法，国外对质量交换网络综合问题进行了许多研究工作，而在国内目前还鲜见报道。本文在国内较早对质量交换网络综合问题进行了系统研究，详细阐释了质量交换网络的定义、基本概念和研究进展，以推动国内清洁生产技术的发展；着重描述了重要的可视化工具，对质量交换网络综合方法进行了评述和分析；最后，对各种综合方法进行比较，指出目标设定法和数学规划法相结合的方法是最为可行的MEN综合方法，并进行了探讨。 3．对过程进行优化综合，存在路线和单元的选择，与相应的参数交织在一起，很自然地就形成了混合整数非线性规划问题。本文针对过程流程优 大连理工大学博士学位论文化综合问题的MINLP特性，分析了现有MINLP超结构建模的策略和求解方法：在分析过程的单元选择、过程截断和循环操作等超结构数学模型基础上，对过程的质量集成进行超结构建模研究；对比末端治理、过程中间处理和质量集成方案，探讨叁者的差别，阐明了质量集成对提高过程效率的重要意义。 4．过程综合问题通常表现为非凸、非线性和多峰的复杂组合优化问题，而现有的算法很难求得这类MINLP 问题的全局最优解。传统的模拟退火在全局优化能力与速度方面，以及遗传算法在局部搜索能力方面的不足限制了它们的应用．本文在概述遗传算法和模拟退火算法的基本特征和改进研究工作的基础上，分析了现有模拟退火方法结构上的弱点，采取新的结合方式将擅长全局优化的邀传算法嵌入到模拟退火算法中，以强化其内层结构优化，同时为保证算法的性能并提高算法的计算效率，采用了自适应调整遗传算法’的交叉和变异概串以及自适应调整模拟退火步长的策略，形成了自适应模拟退火遗传算法：经过一系列综合测试实例证实，ASAGA算法能较好地处理非线性约束优化问题；在适当处理整数变量后，ASAGA算法可将MINLP转”化为NLP问口加以求解，对典型过程综合MINLP问题的试算说明该算法能够有效求解过程综合MINLP问题。
高瑛[6]2001年在《废物最小化的过程集成方法研究》文中研究表明随着化学工业的迅速发展，化学工业的生产活动在消耗大量的资源和能量的同时，产生了多方面的环境影响，化工过程的污染问题由于对人类和环境的影响已在全世界范围内引起越来越多的关注。废物最小化是从源头削减废物的产生以及物质的循环再利用，降低物质和能量消耗，提高过程效率和产品质量，最大限度减少生产过程对环境的污染，达到节约资源，保护人类赖以生存的环境的目的，是实施清洁生产、实现经济与环境的协调发展的重要措施。 本文针对化工过程环境污染问题，总结了目前清洁生产的研究状况及发展趋势，对解决环境问题的废物最小化的过程集成方法进行了理论与实例研究。论文主要内容有： 1．过程集成是清洁生产实施的关键技术之一。它是通过最少的物质和能量消耗和最大限度地回收物质和能量实现最大设计效率，是废物最小化过程设计的基础。本文在总结清洁生产的研究现状及废物最小化的过程集成方法的研究进展基础之上讨论了废物最小化过程设计的总体策略，建立了以过程集成为基础的废物最小化过程设计的总体框架，将多目标优化作为过程经济、环境等性能协调优化的实现工具。 2．由于废物最小化问题需要在产品、过程设计中考虑环境因素，环境影响的定量化是进行过程环境性能评价的基本前提。本文讨论了基于污染物平衡原理的化工过程环境影响评价方法。将环境影响因素集成到过程路径图中，直观地表示出全过程的环境影响负荷的变化情况。化工过程的环境影响评价可用于确定过程中环境影响较为严重的环节，确定过程改进的目标，也可用于环境友好过程方案的选择。本文将化工过程的环境影响评价作为优化问题初选的方法，并把环境因素纳入过程优化中，与过程设计的其他因数进行权衡，实现过程经济、环境等性能的协调优化。 3．考虑环境因素的过程设计需要同时考虑环境和经济等目标，因此废物最小化的过程设计往往需要进行多个设计目标的权衡，以实现过程性能的协调优化。本文进一步研究了多目标优化问题的求解方法，采用多目标遗传算法的非劣排序适应度分配策略，把模拟退火算法的思想融入多目标遗传算法中，开 大连理工大学博土学位论文发了多目标遗传－模拟退火算法。将模拟退火算法引入多目标遗传算法的变异操作中，由于模拟退火算法采用MCtroPo仇准则接受差的解，从而使算法具有逃脱局部最优解，向全局最优解所在的区域靠近的优点，减少了陷入局部最优解的可能性。通过测试函数的测试及其在废物最小化多目标优化问题中的实际应用验证了本文提出的方法的有效性。 4．本论文结合合成氨生产的工程实例，进行化工过程废物最小化造的实例研究，并在废物最小化过程设计的总体框架下，进一步提出了基于过程模拟的废物最小化过程集成方法，井以凝液回收系统为例进行说明。在过程模拟基础上，通过神经网络把物质和能量信息以及变量间的关系从 Aspen Plus转移到优化模型上，从而将过程模型与废物最小化的优化模型（环境、经济评价模型）结合起来，并通过多目标遗传－模拟退火算法进行过程方案的多目标优化，实现了在过程严格模拟基础上废物最小化的过程集成，以及系统物质和能量的综合利用、过程环境和经济性能的协调优化。
田婷婷[7]2011年在《多杂质体系水和能量同时最小化研究》文中指出伴随着全球经济的飞速发展和社会的进步,人类为之付出了巨大的物质资源和环境被严重破坏的代价。面对两者之间的矛盾日趋尖锐,各国政府已将解决能源危机和环境污染问题提上日程,我国也在“十二五”规划纲要中提出要建设成为一个资源节约型、环境友好型的社会。质量交换网络综合和换热网络综合是化工系统工程学的两个重要分支,它们可以有效地降低化工生产中对资源的需求。由于水资源的严重污染和浪费,用水网络作为一种特殊的质量交换网络从20世纪90年代开始得到广泛关注。目前对于用水网络的设计比较成熟,而且不断趋向于对多杂质体系用水网络的研究,但是同时考虑能量集成的研究仍相对较少且对问题的描述复杂、求解过程繁琐。基于这种研究背景,本文在分析多杂质用水网络集成和换热网络集成研究现状和发展趋势基础上,分别对具有能量集成的多杂质用水网络进行了分步、同步综合设计并考虑了用水网络系统外的能量同步集成,综合得到最小的网络年度总费用,以期对工业“节能减排”提供理论依据。本论文的主要研究内容有：(1)对于具有能量集成的多杂质用水网络本文采用目标分层的思想进行分步设计。根据基于超结构的数学规划法分别建立了多杂质用水网络和换热网络两个子系统的非线性规划(NLP)数学模型。首先获得以新鲜水用量最小为目标函数的最优用水网络结构；然后在此基础上以换热网络的年度总费用最小为目标函数,以分流分级非等温混合的换热方式进行用水网络系统内的能量集成,获得最优的换热网络结构；最后通过综合优化得到的两个子网络来确定系统的最小年度总费用。通过对文献中两个实例的求解验证本方法的可行性。(2)本文针对分步设计方法无法保证真正意义上的用水和用能同时最小化,对具有能量集成的多杂质用水网络同步设计开展了进一步的研究。数学规划法具有可以同时处理多目标问题及同步优化的特点,因此本文采用该方法建立以整个系统年度总费用最小为目标函数的NLP数学模型。采用自适应模拟退火遗传算法在构成所有优化变量完整的解空间基础上进行同步搜索,从而确保解的最优性或近优性。通过与分步设计方法的优化结果进行比较,证明同步设计方法是更为准确有效的。(3)本文将用水网络的能量集成问题由只限于用水网络系统内部扩展至全过程网络。根据同步设计思想提出了包含外加换热系统的多杂质用水网络同时能量集成的超结构,并建立了以全局系统年度总费用最小为目标函数的NLP数学模型。通过求解两个实例,证明同步设计方法仍能有效解决较为复杂的问题。
胡仰栋, 徐冬梅, 华贲, 韩方煜[8]2002年在《逐步线性规划法求解废水最小化问题》文中认为对用水过程的优化设计即废水最小化问题进行了研究 ,提出了操作水源和操作序列的概念 .分别对单组分再利用、多组分再利用及单组分再生再利用问题 ,提出了逐步线性规划的解算方法 .新方法首先依据规则将操作对贫流的要求进行分段排序 ,然后按操作序列逐级进行富流和贫流水源的优化匹配 ,最终完成用水过程的设计 .给出了 4个实例 ,计算结果表明本文方法是有效和简便易行的
艾秋红, 罗和安[9]2008年在《O,O-二甲基硫代磷酰氯氨解过程废物最小化》文中研究表明采用O,O-二甲基硫代磷酰氯代替苯作萃取剂,以提高O,O-二甲基硫代磷酰氯的质量分数;利用循环管式反应器取代传统的分批搅拌反应釜,改进废水萃取设备,采用自动控制、改进操作方式等源减少措施以及废水循环、反应结晶副产氯化铵等循环回收措施,对O,O-二甲基硫代磷酰氯氨解反应工业过程实施了废物最小化,降低了生产成本,大幅度减少了废物排放。
都健, 孟小琼, 樊希山, 姚平经[10]2003年在《用能与用水同时最小化过程综合方法研究》文中进行了进一步梳理水网络是一种特殊的质量交换网络,但在水网络设计中同时考虑能量集成的研究很少,且大多限于单杂质系统.因此将水网络中用能与用水同时最小化的多目标优化通过问题分解转化为单目标优化,将多杂质问题转化为单一关键杂质用水操作的最小新鲜水流量问题,通过水夹点分析方法,得到优化的水网络;考虑用水单元操作温度,对水网络进行能量集成,最终得到用水和用能同时集成的优化的水网络.用文献中的例子进行了计算,所得最小用水量和能量消耗量与文献中的结果相同.该法也可以用于多杂质系统.
参考文献：
[1]. 考虑能量集成与柔性的用水网络设计方法研究[D]. 都健. 大连理工大学. 2004
[2]. 废水最小化的过程集成方法研究[D]. 李英. 大连理工大学. 2003
[3]. 具有能量集成的用水网络优化设计方法研究[D]. 孟小琼. 大连理工大学. 2003
[4]. 过程工业用水最小化问题的研究[D]. 王绍光. 青岛科技大学. 2006
[5]. 废物最小化为目标的质量集成方法研究[D]. 薛东峰. 大连理工大学. 2001
[6]. 废物最小化的过程集成方法研究[D]. 高瑛. 大连理工大学. 2001
[7]. 多杂质体系水和能量同时最小化研究[D]. 田婷婷. 大连理工大学. 2011
[8]. 逐步线性规划法求解废水最小化问题[J]. 胡仰栋, 徐冬梅, 华贲, 韩方煜. 化工学报. 2002
[9]. O,O-二甲基硫代磷酰氯氨解过程废物最小化[J]. 艾秋红, 罗和安. 化工进展. 2008
[10]. 用能与用水同时最小化过程综合方法研究[J]. 都健, 孟小琼, 樊希山, 姚平经. 大连理工大学学报. 2003
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