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)綜合是過程工業(yè)實現(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)過程的特點，提出了能夠處理不相容多組分體系質(zhì)量交換網(wǎng)絡(luò)綜合問題的方法。隨后以此為基礎(chǔ)，以年度總費用(TAC)最小的質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)為目標，著重探索了MEN和HEN的同步綜合策略。論文主要研究內(nèi)容及結(jié)果如下:
　　(1)為解決由組分溶解性能不同而導致的不相容問題，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。將這種思想融入截斷法與超結(jié)構(gòu)法中，其中前者通過離散截斷器、線性化傳質(zhì)方程和給定操作選項等簡化手段，可大幅度線性化所建立的混合整數(shù)非線性(MINLP)數(shù)學模型，簡化后的模型采用通用求解軟件即可獲得最優(yōu)解;而后者通過與遺傳模擬退火算法(GASA)相結(jié)合，則可實現(xiàn)目標網(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確值，不存在文獻中因選取“關(guān)鍵組分”而導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綜合問題時更具合理性，能夠用于解決不相容多組分體系的MEN綜合問題。
　　(2)針對單組分體系質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合問題，提出基于質(zhì)量夾點法(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，以期更全面地實現(xiàn)MEN費用和HEN費用在聯(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“溫差貢獻值矩陣”的兩子

4、網(wǎng)絡(luò)同步綜合策略，過程中流股的實際存在性、冷熱性質(zhì)和對應優(yōu)化變量的值由這兩個矩陣的乘積來確定。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現(xiàn)MEN和HEN的同步綜合與優(yōu)化設(shè)計。采用一個文獻中的實例對所提方法進行了驗證，結(jié)果表明無貧流股旁路時，本文所得最優(yōu)結(jié)果與文獻結(jié)果基本一致，證明了所提方法的有效性;而當有貧流股旁路時，所得最優(yōu)TAC分別比文獻結(jié)果和本文無貧流股旁路的結(jié)果低19.9％和21.2％，說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)針對多組分體系質(zhì)量-熱量聯(lián)合交換網(wǎng)絡(luò)綜合問題，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，提出無區(qū)別換熱網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)的概念用于HEN綜合。無區(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，可通過構(gòu)造潛在換熱流股間的匹配，為計算過程中實際存在流股所形成的HEN提供所有可能的結(jié)構(gòu)選項，而在此基礎(chǔ)上提出的同步綜合策略則可實現(xiàn)MEN和HEN的同