費(fèi)用最小的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合研究.pdf

1、質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合作為過程集成的一個(gè)分支，具有提高資源利用效率和降低環(huán)境污染的雙重效益。質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的年度總費(fèi)用主要包括操作費(fèi)用和設(shè)備投資費(fèi)用，最小濃度差的大小反映了貧、富流股間組分傳質(zhì)推動(dòng)力的大小，因而影響質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的操作費(fèi)用和投資費(fèi)用?，F(xiàn)有的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合設(shè)計(jì)或者是將各組分在貧、富流股之間對(duì)應(yīng)的最小濃度差假設(shè)為固定值，或者是使用分步的方法對(duì)其進(jìn)行優(yōu)化，因此并沒有實(shí)現(xiàn)真正意義上的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的總費(fèi)用最小化。本文在全面分析換熱網(wǎng)絡(luò)和質(zhì)

2、量交換網(wǎng)絡(luò)綜合方法的相似性基礎(chǔ)上，對(duì)最小濃度差同步優(yōu)化的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合方法進(jìn)行了比較詳細(xì)、深入的研究，并針對(duì)單組分系統(tǒng)和多組分系統(tǒng)，用最小濃度差從全局權(quán)衡操作費(fèi)用和投資費(fèi)用，以達(dá)到總費(fèi)用最小的目標(biāo)。 1.對(duì)于單組分質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合問題，將目標(biāo)物質(zhì)在貧、富流股間的最小濃度差作為變量，基于夾點(diǎn)技術(shù)，提出了濃度間隔表和數(shù)學(xué)規(guī)劃相結(jié)合的方法，畫出濃度間隔表，以年度總費(fèi)用作為目標(biāo)函數(shù)，考慮質(zhì)量衡算、出口濃度限制、環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)以及操作可行性等

3、約束條件，建立非線性規(guī)劃模型，并在最小濃度差的可行解區(qū)間內(nèi)求解，同步優(yōu)化得到最小濃度差的值和優(yōu)化的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)。并通過對(duì)文獻(xiàn)中兩個(gè)實(shí)例的求解驗(yàn)證本方法的可行性。 2.針對(duì)基于央點(diǎn)方法求解多組分系統(tǒng)的最小濃度差和質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的不足，采用分級(jí)超結(jié)構(gòu)法，考慮流股匹配的所有可行方案，既能處理單組分系統(tǒng)，又能處理多組分系統(tǒng)，以年度總費(fèi)用最小為目標(biāo)，建立質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)的超結(jié)構(gòu)模型，將每一對(duì)貧、富流股對(duì)應(yīng)的濃度差作為變量，權(quán)衡操作費(fèi)用和投資費(fèi)用

4、，并利用自適應(yīng)模擬退火遺傳算法進(jìn)行求解，同步得到年度總費(fèi)用的最小值以及對(duì)應(yīng)的最小濃度差，從而得到全局最優(yōu)的質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)。 3.對(duì)傳質(zhì)負(fù)荷相對(duì)較大的多組分傳質(zhì)過程，必須將流股流率作為變量，通過傳質(zhì)平衡方程，求出傳質(zhì)平衡狀態(tài)下各個(gè)組分在流股間發(fā)生的傳質(zhì)量，從而獲得各流股流率的變化。另外，為了使模型更準(zhǔn)確，更加符合工程實(shí)際，適用于模擬和優(yōu)化操作條件變化較大的工業(yè)過程，本文還考慮了溫度和壓力對(duì)傳質(zhì)平衡方程的影響，在適宜的操作溫度和壓力下