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不同结构水网络数学模型的建立与优化

作　者: 郑雪松
导　师: 冯霄
学　校: 西安交通大学
专　业: 化学工程
关键词: 用水网络中间水道混合结构热集成
分类号: TQ085
类　型: 硕士论文
年　份: 2005年
下　载: 522次
引　用: 4次
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内容摘要

水系统集成技术,是节约过程工业新鲜水用量与减少废水排放量的最有效技术之一,过去二十年来有大量的相关技术被开发,其中主要包括了常规水回用网络优化技术和中间水道技术。然而,对于常规水回用网络优化技术,人们主要关注于如何减少系统的新鲜水用量,而忽略了网络复杂性和系统的控制柔性;对于中间水道技术,现有的设计方法基于经验规则,无法保证最终设计方案的最优性。另外,目前考虑多污染物用水系统的能量特性,对用水系统与能量系统进行综合优化的研究也不多见。本文针对不同用水网络结构进行了研究,主要内容如下: 针对常规水回用网络,在现有的用水网络超结构数学模型基础上进行了改进,建立了能够优化水网络结构的数学模型,从而使得最终的用水网络不仅能够达到较少的新鲜水用量,而且具有较少的物流连接数。这样的水网络更有利于网络铺设,并可降低投资费用。针对具有中间水道的水网络,提出了通用优化设计方法。设计中先规定中间水道的最大级数,建立模型求解最小新鲜水用量。然后确定最大允许新鲜水用量,建立模型求解此条件下的最小中间水道级数。最后求解此中间水道级数下需要消耗的最小新鲜水量。最终可以得到新鲜水消耗量较小,网络结构比较简单,系统操作性较强的具有中间水道的用水网络。提出了混合结构的水网络。混合网络为既存在中间水道又存在用水单元之间直接相连的水网络。建立了该网络的超结构,利用数学规划的方法对其进行优化设计。设计时首先计算用水系统在常规水回用网络中的控制数,参照此结果规定混合结构水网络的控制数。然后建立数学模型对新鲜水用量进行优化。最后建立数学模型对网络结构进行优化,减少中间水道的级数。混合结构的水网络可以兼顾新鲜水量、网络结构复杂性及用水系统控制柔性,综合了常规水回用网络新鲜水用量少,中间水道水网络结构简单的优点。针对考虑热集成的用水网络,在用水系统超结构模型及换热网络超结构模型的基础上,建立了多目标数学规划模型。为了求解此多目标规划,提出了三种适用于不同特点系统的求解策略,分别以新鲜水量为主目标、以公用工程用量为主目标和以系统经济性为目标。对应于每种求解策略,多目标规划被转化为一个或一系列单目标规划进行求解。本模型既适用于单组分用水系统,又适用于多组分用水系统。换热物流可考虑用水系统以外的流股,使整个换热系统

全文目录

摘要  2-4
主要符号表  4-10
第一章前言  10-20
  1.1 研究的意义  10-11
  1.2 水系统集成原理  11-16
    1.2.1 水夹点技术基本原理  12-15
    1.2.2 超结构与数学规划  15-16
  1.3 不同结构的水回用网络  16-19
    1.3.1 常规水回用网络  17
    1.3.2 具有中间水道的水网络  17-19
  1.4 考虑热集成的用水网络  19
  1.5 本文主要工作  19-20
第二章常规水回用网络的优化模型  20-28
  2.1 常规水回用网络的超结构  20-21
  2.2 常规水回用网络的优化模型  21-24
    2.2.1 优化新鲜水用量  21-22
    2.2.2 优化连接数  22-24
  2.3 数学模型的求解  24
  2.4 实例  24-27
  2.5 本章小结  27-28
第三章具有中间水道水网络的优化模型  28-43
  3.1 具有中间水道水网络的超结构  28-30
  3.2 具有中间水道水网络的优化模型  30-34
    3.2.1 优化新鲜水用量  30-32
    3.2.2 优化中间水道级数  32-33
    3.2.3 规定中间水道级数优化新鲜水用量  33-34
  3.3 数学模型的求解  34
  3.4 实例  34-38
  3.5 不同用水网络结构的比较  38-42
  3.6 本章小结  42-43
第四章混合结构水网络的优化模型  43-53
  4.1 混合结构水网络的提出  43-44
  4.2 常规水回用网络最小控制数的确定  44-45
  4.3 混合结构水网络的超结构  45-46
  4.4 混合结构水网络的优化模型  46-49
    4.4.1 优化新鲜水用量  46-49
    4.4.2 优化水网络结构  49
  4.5 数学模型的求解  49-50
  4.6 实例  50
  4.7 本章小结  50-53
第五章考虑能量集成的用水网络优化模型  53-62
  5.1 换热网络的超结构  53-55
  5.2 系统的多目标规划模型  55-56
  5.3 数学模型的求解  56-60
    5.3.1 总新鲜水用量为主目标  56-57
    5.3.2 公用工程用量为主目标  57-59
    5.3.3 以系统经济性为目标  59-60
  5.4 实例  60-61
  5.5 本章小结  61-62
第六章某炼油厂水系统集成优化  62-69
  6.1 炼油厂用水系统的水平衡  62
  6.2 炼油厂各车间用水评价与分析  62-64
  6.3 炼油厂用水网络的改造  64-68
    6.3.1 用水网络改造的原则与步骤  64-65
    6.3.2 现行水系统的分析  65-66
    6.3.3 确定用水系统的瓶颈和改造方案  66-68
  6.4 节水成效及技术经济评价  68-69
第七章结论与展望  69-71
  7.1 结论  69-70
  7.2 展望  70-71
致谢  71-72
参考文献  72-74
附录  74-99
攻读硕士学位期间的研究成果  99-100

不同结构水网络数学模型的建立与优化

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