多組分體系質(zhì)量—熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合研究.pdf

1、質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)(MEN)綜合與換熱網(wǎng)絡(luò)(HEN)綜合是過(guò)程工業(yè)實(shí)現(xiàn)“節(jié)能減排”的重要手段。本文首先根據(jù)多組分體系傳質(zhì)過(guò)程的特點(diǎn)，提出了能夠處理不相容多組分體系質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題的方法。隨后以此為基礎(chǔ)，以年度總費(fèi)用(TAC)最小的質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)為目標(biāo)，著重探索了MEN和HEN的同步綜合策略。論文主要研究?jī)?nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)為解決由組分溶解性能不同而導(dǎo)致的不相容問(wèn)題，提出將傳質(zhì)單元理論塔板數(shù)作為優(yōu)化變量的多組分體系ME

2、N綜合思想。將這種思想融入截?cái)喾ㄅc超結(jié)構(gòu)法中，其中前者通過(guò)離散截?cái)嗥鳌⒕€性化傳質(zhì)方程和給定操作選項(xiàng)等簡(jiǎn)化手段，可大幅度線性化所建立的混合整數(shù)非線性(MINLP)數(shù)學(xué)模型，簡(jiǎn)化后的模型采用通用求解軟件即可獲得最優(yōu)解;而后者通過(guò)與遺傳模擬退火算法(GASA)相結(jié)合，則可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)網(wǎng)絡(luò)在全局解空間內(nèi)的最優(yōu)化。研究表明，本文所提兩種方法均能確保所得MEN中的組分濃度值為準(zhǔn)確值，不存在文獻(xiàn)中因選取“關(guān)鍵組分”而導(dǎo)致部分濃度值與傳質(zhì)單元不相符的情況發(fā)

3、生，證明了本文方法在處理多組分體系MEN綜合問(wèn)題時(shí)更具合理性，能夠用于解決不相容多組分體系的MEN綜合問(wèn)題。
　　(2)針對(duì)單組分體系質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題，提出基于質(zhì)量夾點(diǎn)法(MPT)和虛擬溫-焓圖法(PTHDA)的MEN和HEN同步綜合方法。該方法首先在文獻(xiàn)的兩子網(wǎng)絡(luò)耦合模式基礎(chǔ)上引入貧流股旁路，以期更全面地實(shí)現(xiàn)MEN費(fèi)用和HEN費(fèi)用在聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)TAC中的權(quán)衡。然后提出基于“流股存在性矩陣”和“溫差貢獻(xiàn)值矩陣”的兩子

4、網(wǎng)絡(luò)同步綜合策略，過(guò)程中流股的實(shí)際存在性、冷熱性質(zhì)和對(duì)應(yīng)優(yōu)化變量的值由這兩個(gè)矩陣的乘積來(lái)確定。此策略的提出確保了在未知流股換熱需求的情況下，本文所提方法仍能實(shí)現(xiàn)MEN和HEN的同步綜合與優(yōu)化設(shè)計(jì)。采用一個(gè)文獻(xiàn)中的實(shí)例對(duì)所提方法進(jìn)行了驗(yàn)證，結(jié)果表明無(wú)貧流股旁路時(shí)，本文所得最優(yōu)結(jié)果與文獻(xiàn)結(jié)果基本一致，證明了所提方法的有效性;而當(dāng)有貧流股旁路時(shí)，所得最優(yōu)TAC分別比文獻(xiàn)結(jié)果和本文無(wú)貧流股旁路的結(jié)果低19.9％和21.2％，說(shuō)明引入旁路流股能為

5、解空間提供更多可行解，有可能獲得更優(yōu)的解。
　　(3)針對(duì)多組分體系質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題，提出基于超結(jié)構(gòu)法的多組分體系MEN和HEN同步綜合方法。其中采用超結(jié)構(gòu)法綜合MEN，提出無(wú)區(qū)別換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)的概念用于HEN綜合。無(wú)區(qū)別換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)在換熱流股冷熱性質(zhì)不確定的情況下，可通過(guò)構(gòu)造潛在換熱流股間的匹配，為計(jì)算過(guò)程中實(shí)際存在流股所形成的HEN提供所有可能的結(jié)構(gòu)選項(xiàng)，而在此基礎(chǔ)上提出的同步綜合策略則可實(shí)現(xiàn)MEN和HEN的同