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简捷法确定具有再生过程的水及氢气网络目标值

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简捷法确定具有再生过程的水及氢气网络目标值

作者：刘金豪河北工业大学

学位级别：硕士

在水资源日益短缺的今天,如何合理有效地利用水资源,已成为亟待解决的重要课题。水系统集成是节水减排的重要技术之一,已成为当前节水科学和技术研究的热点。而具有再生单元的水网络因能显著地降低新鲜水消耗和废水排放而引起人们广泛... 详细信息

在水资源日益短缺的今天,如何合理有效地利用水资源,已成为亟待解决的重要课题。水系统集成是节水减排的重要技术之一,已成为当前节水科学和技术研究的热点。而具有再生单元的水网络因能显著地降低新鲜水消耗和废水排放而引起人们广泛关注。面对原油的重质化和日益严格的环境要求,加氢工艺的氢气需求量急剧增加。目前,一半以上的炼油厂出现氢气资源短缺的现象。因此有效利用现有氢气资源、降低新鲜氢气的消耗量具有十分重要的意义。将产氢单元、耗氢单元和再生单元作为一个有机整体,通过合理配置氢气资源,减少新鲜氢气消耗量,采用科学方法设计氢网络成为目前研究的热点之一。本文针对用水/氢气网络进行了以下的研究:第一:对于考虑再生回用/循环的单杂质水网络,本文提出了一种简捷法确定网络目标值。与只考虑回用的水网络相比,具有再生单元的网络设计更为复杂,特别是再生单元采用固定移除率模型的水网络。本文通过分析指出:对采用固定再生移除率模型再生单元的水网络,当再生水夹点不变时,即使再生水流浓度变化,再生单元移除的杂质质量总负荷不变,等于各过程移除杂质质量总负荷减去废水所含杂质质量负荷。在上述思想基础上,结合再生夹点之下需求水流和源水流的流量衡算与杂质质量负荷衡算,提出一种简捷法确定具有再生过程水网络的目标值。对文献中几个实例的研究表明,与文献方法相比,本文方法计算量显著减少。第二:提出一种简捷法确定提纯回用氢网络目标值。对于单杂质、提纯单元采用固定浓度模型的提纯回用氢网络,提出了一种简捷法确定网络目标值。首先假设提纯后氢物流量足够大,由此得出初始提纯夹点。当初始夹点估算正确时,由夹点之下的需求物流和源物流的流量与杂质质量衡算即可得出提纯回用氢网络的目标值;当初始夹点估算不正确时,可由第一次计算结果为基础判断得出正确夹点,再增加一步简单计算,也可得到提纯回用目标值。计算实例表明本文方法计算简单且有效。第三:提出一种简捷法确定具有再生单元的多杂质水网络目标值。根据多杂质水网络中使用再生水过程的出口水流达到极限浓度的是否为同一杂质,可将其分为简单多杂质水网络和复杂多杂质水网络。对于简单多杂质水网络,本文提出一种简捷法确定网络目标值。首先基于各源水流极限再生浓度估算初始再生浓度,将初始再生物流作为系统的新增源物流加入只考虑回用的水网络中,得到水流的“再生夹点”、执行顺序以及用水匹配情况,然后根据物料衡算求得关键杂质网络目标值,进而求得多杂质水网络目标值。文献实例表明本文方法计算简单且有效。

关键词：水网络氢气网络再生回用/循环目标值再生夹点

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分布式废水处理网络优化设计

分布式废水处理网络优化设计

作者：关今韬大连交通大学

学位级别：硕士

水资源状况的短缺和水污染形式的严峻已经受到当今世界各界人士的广泛关注。现如今,人们对于工业废水的排放要求日益提高,相应的处理费用也称为各界关注的重点。因此,对水处理网络的优化设计具有重大意义。水处理网络的目标是使新鲜水... 详细信息

水资源状况的短缺和水污染形式的严峻已经受到当今世界各界人士的广泛关注。现如今,人们对于工业废水的排放要求日益提高,相应的处理费用也称为各界关注的重点。因此,对水处理网络的优化设计具有重大意义。水处理网络的目标是使新鲜水消耗量及废水产生量为最小,并使得排放量满足环境排放限制。水处理网络的优化设计很好的迎合了当今社会的需求。本文全面的研究了水处理网络的现状以及其研究所使用的研究方法,如水夹点分析法和数学规划法。针对废水处理设计部分,本文所研究的废水处理网络为分布式处理网络,优越于集中式处理,降低了基建费用和处理费用。本次课题主要的研究内容有：第一：废水处理网络中,应用数学规划法对其进行优化,首先建立了可以满足各种连接可能的超结构,并通过以废水流股总流量最小为目标进行非线性规划,最终通过GAMS软件得到优化后的废水流股分配情况,并引用文献中的算例进行对比。第二：废水处理网络中,将以下三种参数作为变量,再对其进行超结构建模优化。首先,循环是使废水达到最小化常用的方法,以循环为变量,通过限制循环来观察废水处理网络发生的变化,并与前文设计出的优化结构相比较;其次,杂质移出率是评价废水处理能力的重要指标,本文将杂质移出率作为变量,观察废水处理网络结构的改变,并与前文设计出的优化结构进行对比;最后,环境浓度排放限制是网络设计中的尤为重要的极限数据限制,以环境排放浓度为变量,通过改变其值,来观察废水处理网络结构发生的变化,并与前文设计出的优化结构相比较。第三：水网络设计中,应用水夹点与数学规划结合法,对其进行优化设计。应用水夹点分析法与数学规划法相结合的方法,首先通过水夹点画图找到再生夹点浓度,对水网络进行建模,以新鲜水消耗量最小为目标运用数学规划法,得到最优水网络结构。

关键词：水网络废水处理网络水夹点数学规划法

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化工工业园区跨厂际水分配网络综合研究

化工工业园区跨厂际水分配网络综合研究

作者：王俭大连理工大学

学位级别：硕士

水是重要的战略资源,但目前水资源短缺与水污染严重已经成为阻碍人类社会发展的壁垒。如何将用水方式从浪费水资源、污染水环境的粗放型转变为节约水资源、提高水资源利用率的集约型,是化工工业生产实现节能减排、可持续发展的一项重要... 详细信息

水是重要的战略资源,但目前水资源短缺与水污染严重已经成为阻碍人类社会发展的壁垒。如何将用水方式从浪费水资源、污染水环境的粗放型转变为节约水资源、提高水资源利用率的集约型,是化工工业生产实现节能减排、可持续发展的一项重要内容。化工工业园区的建立为资源的共享与节约提供了更多的机会。本文以化工工业园区水分配网络为研究对象,构造考虑厂内预处理的间接集成超结构,研究网络的多阶段规划方法,并通过建立混合整数非线性规划模型进行最优化综合。本论文的主要研究内容有：(1)针对现有间接集成方法存在没有中央再生器入口浓度限制、污水可能过度处理、以及忽略再生器净化率优化等问题,提出了考虑厂内预处理的化工工业园区间接集成超结构模型。通过引入反映再生器净化率选择的逻辑约束,以及网络结构中的物料平衡、用水单元质量负荷限制、预处理器出口浓度限制等约束,分别以最小新鲜水用量和最小年度总费用为目标函数开展了网络最优化设计,并考察了中央再生器入口浓度约束对目标函数以及网络结构的影响。最终通过一个5工况算例验证了该集成方法的可行性。(2)单阶段规划所得到的水网络结构无法满足后续新厂建立、工厂生产规模变化等动态用水需求。针对这类问题,将考虑厂内预处理的间接集成方法与多阶段设计需求相结合,提出针对多阶段问题的逻辑约束,并将多阶段水网络综合划分为可预测问题与不可预测问题进行讨论。其中,可预测问题是针对多个已知园区沿时间动态变化的工况对园区全局水网络进行设计型最优化计算,最终综合出网络结构;不可预测问题则是在已有结构基础上针对园区的非计划调整进行操作型最优化计算,并最终给出调控方案。求解上述两个问题时,每个阶段内均沿用本研究所提出的间接集成数学模型设计网络结构,通过设定不同的已知条件与优化变量,优化获得满足最小新鲜水量与最小年度总费用的水网络结构或调节策略。本文将该方法用于一个3阶段和一个5阶段算例,结果证明了方法的有效性。

关键词：水网络化工工业园区预处理间接回用多阶段

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节水减排的过程系统工程方法

现代化工 2008年第1期28卷 8-11,13页

作者：杨友麒庄芹仙中国化工信息中心北京100029 北京圣金桥信息技术公司北京100083

论述了节水减排的重要意义及我国当前存在的问题,指出进行炼油化工企业节水减排的途径是:水平衡测试—水网络系统集成优化—污水深度处理回用。其中水网络系统集成优化的过程系统工程方法有两大类:水夹点分析法和数学规划方法。介绍了2... 详细信息

论述了节水减排的重要意义及我国当前存在的问题,指出进行炼油化工企业节水减排的途径是:水平衡测试—水网络系统集成优化—污水深度处理回用。其中水网络系统集成优化的过程系统工程方法有两大类:水夹点分析法和数学规划方法。介绍了2种方法的基本概念及应用效果。

关键词：节水污水减排水网络过程系统工程水夹点技术

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用能与用水同时最小化过程综合方法研究

大连理工大学学报 2003年第2期43卷 141-146页

作者：都健孟小琼樊希山姚平经大连理工大学化工系统工程研究所辽宁大连116012

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... 详细信息

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.

关键词：同时最小化过程综合方法多杂质系统水网络工业操作系统能量消耗量用水量

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基于截断器半连续操作的间歇过程性质集成

化工学报 2019年第2期70卷 516-524页

作者：郭孝正刘琳琳张磊都健大连理工大学化工学院化工系统工程研究所辽宁大连116024

生产过程对水质的要求不仅体现于杂质浓度,还包括毒性、pH、化学需氧量等流股性质,因此仅以杂质浓度作为水源使用及废水排放依据进行用水过程设计无法满足生产要求,有必要在用水网络综合过程中考虑多种性质的同时集成。针对间歇过程性... 详细信息

生产过程对水质的要求不仅体现于杂质浓度,还包括毒性、pH、化学需氧量等流股性质,因此仅以杂质浓度作为水源使用及废水排放依据进行用水过程设计无法满足生产要求,有必要在用水网络综合过程中考虑多种性质的同时集成。针对间歇过程性质集成问题,在考虑环境约束的基础上,以最小年度总费用为目标,建立了包含半连续操作性质截断器的用水网络超结构。其中,截断器在不同时间间隔内可以按不同操作速率运行;在截断器前后分别设置缓冲储罐以满足水源水阱的间歇操作要求,允许前置缓冲储罐中的水源不经过截断器直接回用至水阱。算例计算结果表明,本文方法可以有效降低年度总费用,同时减少截断器数量,验证了本文方法的有效性和优越性。

关键词：水网络间歇过程集成系统工程优化