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考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法

化工学报 2010年第2期61卷 369-377页

作者：毛庭璧罗祎青袁希钢化学工程联合国家重点实验室(天津大学) 天津大学化学工程研究所天津300072

讨论了能量集成水网络中非等温混合对系统能量目标的影响,提出了分割温度的概念。对于同性混合,系统的公用工程需求量不会减少。对于异性混合,通过确定分割温度并比较分割温度以上区间混合流股的热量之和与低温区间所需的热量,可以准确... 详细信息

讨论了能量集成水网络中非等温混合对系统能量目标的影响,提出了分割温度的概念。对于同性混合,系统的公用工程需求量不会减少。对于异性混合,通过确定分割温度并比较分割温度以上区间混合流股的热量之和与低温区间所需的热量,可以准确确定系统公用工程会增加、减少或者保持不变。基于以上思想,得到了非等温混合规则。它能判断是否存在能量惩罚,以及如何通过设计混合温度来避免能量惩罚。结合改进的"分离系统"法,提出了一种系统化的能量集成水网络设计方法。

关键词：非等温混合混合规则能量惩罚能量集成水网络

非等温混合对用水网络能量性能影响机理的研究

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非等温混合对用水网络能量性能影响机理的研究

作者：罗素偲天津大学

学位级别：硕士

为了深入探索非等温混合对用水系统能量特性的影响机理，本文根据系统夹点位置，将流股间的混合分为了21类，并用混合所涉及到的温度关系排除了其中三种混合类型的存在性。通过分析非等温混合前后系统热、冷复合曲线的变化，本文系统地... 详细信息

为了深入探索非等温混合对用水系统能量特性的影响机理，本文根据系统夹点位置，将流股间的混合分为了21类，并用混合所涉及到的温度关系排除了其中三种混合类型的存在性。通过分析非等温混合前后系统热、冷复合曲线的变化，本文系统地研究了18种流股间的非等温混合对用水网络能量特性的影响，并建立了有效的非等温混合规则。基于夹点分析技术，本文研究了非等温混合对系统能量特性的影响机理。对于用水网络，水流股间的混合（等温或者非等温）会减少系统中的流股数目。流股间的非等温混合还能够实现直接传热，从而减少系统所需的换热面积，甚至减少系统的换热器数目。然而，混合过程伴随的直接传热可能会跨越系统的夹点：若混和打破最小换热温差的限制，实现跨越夹点由下而上的能量传递，则混合可能提高系统的热回收量，从而给系统带来节能效果;若混和过程伴随着跨越夹点由上而下的能量传递，则混合必然降低系统的热回收量，从而给系统带来能量惩罚。当混合过程伴随的能量传递不跨越夹点时，混合必然不会给系统带来节能效果。本文通过分析18种非等温混合给系统能耗带来的影响，得到了两流股非等温混合的混合规则。热-热混合及冷-冷混合的混和过程不会伴随跨越夹点的能量传递，但混合可能造成剩余流股间能量匹配的变化，进而引起跨越夹点由上而下的能量传递，因此热-热混合及冷-冷混合不会给系统带来节能效果。热、冷流股间的混合可能不会引起跨越夹点的能量传递，也有可能引起跨越夹点由上而下或由下而上的能量传递，因此热、冷流股间的混合可能不改变系统能耗，也可能使系统公用工程消耗增加或减小。显然，当以系统水耗最小及能耗最小为优化目标时，我们应该避免给系统带来能量惩罚的混合，充分利用不改变系统能耗的混合及给系统带来节能效果的混合。最后，本文针对一个具有多处混合可能性的用水实例，用上述非等温混合规则分析各处混合对系统能量性能的影响，并用夹点技术对分析结果进行了验证。结果证明：利用该非等温混合规则，可以有效的避免引起系统能耗增加的混合，充分利用流股间的非等温混合来实现工业能量集成用水系统中节能降耗的目的。

关键词：非等温混合节能能量惩罚跨夹点的能量传递

考虑非等温混合的能量集成多杂质水网络优化设计

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化工进展 2013年第1期32卷 238-242页

作者：李栋斌尹洪超大连理工大学化工学院辽宁大连116024 大连理工大学能源与动力学院辽宁大连116024

提出了一种分步综合多杂质体系水网络和换热网络的新方法。对于水网络,考虑进入操作单元的新鲜水与回用水之间的非等温混合,确保流股间的直接热回收;对于换热网络,可以只考虑水网络中的新鲜水和回用水流股之间的换热匹配。采用无进化次... 详细信息

提出了一种分步综合多杂质体系水网络和换热网络的新方法。对于水网络,考虑进入操作单元的新鲜水与回用水之间的非等温混合,确保流股间的直接热回收;对于换热网络,可以只考虑水网络中的新鲜水和回用水流股之间的换热匹配。采用无进化次数的改进粒子群算法对本文建立的多杂质体系水网络非线性模型和换热网络混合整数非线性模型进行求解。实例表明,与不考虑非等温混合时比较,考虑非等温混合时的最优网络结构更简单,且年度总费用要节省2.4%。因此,本文提出的方法在实际生产中有较好的可行性和有效性。

关键词：多杂质体系水网络换热网络非等温混合粒子群算法

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考虑非等温混合的热集成水网络优化设计

考虑非等温混合的热集成水网络优化设计

作者：李栋斌大连理工大学

学位级别：硕士

水资源和能源是人类赖以生存的重要资源。近年来水资源和能源危机已经引起了世界的普遍关注,如何积极有效地解决这两个危机,开展节水节能工作迫在眉睫。目前,过程工业中用水网络和换热网络的优化设计都取得了重大发展,但是对于用水网络... 详细信息

水资源和能源是人类赖以生存的重要资源。近年来水资源和能源危机已经引起了世界的普遍关注,如何积极有效地解决这两个危机,开展节水节能工作迫在眉睫。目前,过程工业中用水网络和换热网络的优化设计都取得了重大发展,但是对于用水网络中考虑能量集成的优化设计问题的研究还较少,且在实际应用方面的能力仍有不足,相关研究还需进一步完善。基于这种研究背景,本文对多杂质体系用水网络和换热网络的集成方法进行了研究。首先在对多杂质体系水网络超结构分析建模的基础上,提出了基于改进粒子群算法(PSO)对问题进行求解的策略,以最小新鲜水用量为目标函数,采用最大进出口浓度约束和惩罚函数法。对文献中的两个算例进行了计算,求解结果表明本文所采用方法在多杂质水网络的优化设计问题中可以达到比较理想的效果。在对Yee和Grossmann提出的换热网络分级超结构进行分析的基础上,考虑了物流的分流和非等温混合,建立了包含更多可行结构的换热网络同步综合数学模型,使问题描述更符合实际,并采用无进化次数的改进PSO算法对问题进行求解。对两个典型算例进行了研究,计算结果表明本文所采用的方法在换热网络的优化设计问题中可以获得比较理想的结果,并且本文所采用的有分流换热网络超结构同时包含无分流情况,从而更能囊括所有匹配的可能性而获得最优解。在多杂质体系水网络超结构优化设计和换热网络分级超结构综合优化的基础上,提出了一种集成优化多杂质体系用水网络和换热网络的新方法。该方法考虑了进入用水单元的新鲜水和回用水之间的非等温混合,提出了改进的多杂质体系水网络和换热网络的数学模型,并采用无进化次数的改进PSO算法对实例进行求解。通过对结果进行比较表明,考虑新鲜水和回用水的非等温混合时所得的最优网络结构的年度总费用比等温混合时节省了2.4%,而且结构更简单。说明该方法能有效应用于多杂质体系水网络和换热网络的集成。

关键词：水网络换热网络集成优化粒子群优化算法非等温混合

考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法研究

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考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法研究

作者：毛庭璧天津大学

学位级别：硕士

本文针对用水网络中流股的非等温混合对用水网络系统用能特性的影响规律展开研究,建立了有效的能量集成水网络流股混合规则和调控方法,提出了具有简单网络结构、优异能量特性的能量集成水网络概念设计方法。非等温混合具有一般混合... 详细信息

本文针对用水网络中流股的非等温混合对用水网络系统用能特性的影响规律展开研究,建立了有效的能量集成水网络流股混合规则和调控方法,提出了具有简单网络结构、优异能量特性的能量集成水网络概念设计方法。非等温混合具有一般混合的特点,能减少系统流股数目,简化网络结构。更为重要的是,它作为一种直接换热方式,不需要提供换热面积。而且它对流股间的传热温差没有要求,能使对间接换热不可行的传热过程变得可行,从而增大了系统热回收的潜力。但是,不适当的非等温混合也会造成能量惩罚,使系统能耗增加。本研究在深入分析不同性质非等温混合与系统用能关系的基础上,得到了非等温混合规则。同性混合不会使系统公用工程用量减少;异性混合既可以使系统公用工程用量增加,也可以使其减少或保持不变;当非等温混合造成能量惩罚时,可以先对混合流股进行间接换热,降低其温差,然后再混合。非等温混合规则可以准确判断混合对系统能量特性的影响,当能量惩罚出现时还可以利用它对混合过程进行设计避免惩罚。本研究还从两个方面改进了“分离系统”法设计网络结构。分离系统的构建,既可以固定冷组合曲线,也可以固定热组合曲线,而且在分离系统中换热的冷、热流股不必保持最小传热温差,可以尽量利用大的传热推动力以减少传热面积,同时不造成系统能量惩罚。在非等温混合规则与改进的分离系统法的基础上,提出了一种系统化的能量集成水网络设计方法,即首先根据“二维格子图”设计初始用水网络结构,再利用非等温混合规则分析网络中的非等温混合流股,判断它是否造成能量惩罚并避免惩罚。最后通过改进的分离系统法完成能量集成水网络的设计。该方法不仅利用了非等温混合简化网络结构,还避免了能量惩罚的出现,保持了最小的用水与用能目标。

关键词：能量集成水网络非等温混合分离系统能量惩罚余热

考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法研究

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考虑非等温混合的能量集成水网络设计方法研究

2009中国过程系统工程年会暨中国mes年会

作者：毛庭璧罗祎青袁希钢天津大学化工学院

本文讨论了能量集成水网络中非等温混合对系统能量目标的影响,提出了分割温度的概念。对于同性混合,系统的公用工程需求量不会减少。对于异性混合,通过确定分割温度并比较分割温度以上区间混合流股的热量之和与低温区间所需的热量,可以... 详细信息

本文讨论了能量集成水网络中非等温混合对系统能量目标的影响,提出了分割温度的概念。对于同性混合,系统的公用工程需求量不会减少。对于异性混合,通过确定分割温度并比较分割温度以上区间混合流股的热量之和与低温区间所需的热量,可以准确确定系统公用工程会增加,减少,或者保持不变。基于以上思想,得到了非等温混合规则。它能判断是否存在能量惩罚,以及如何通过设计混合温度来避免能量惩罚。结合改进的"分离系统"法,提出了一种系统化的能量集成水网络设计方法。

关键词：非等温混合混合规则能量惩罚能量集成水网络

来源： cnki会议评论

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一种新型换热网络多级超结构及其应用

华东理工大学学报（自然科学版） 2022年第6期48卷 758-767页

作者：党雨萌周利党亚固吉旭戴一阳李好四川大学化学工程学院成都610065

换热网络优化是一种有效的能量回收方式。拥有较大换热网络结构寻优空间的模型往往是具有非线性、非凸性的复杂混合整数非线性规划(MINLP)模型,常常难以得到可行解。基于换热网络分级超结构,构建了一个包含流股分流、等温混合、流股回... 详细信息

换热网络优化是一种有效的能量回收方式。拥有较大换热网络结构寻优空间的模型往往是具有非线性、非凸性的复杂混合整数非线性规划(MINLP)模型,常常难以得到可行解。基于换热网络分级超结构,构建了一个包含流股分流、等温混合、流股回流非等温混合的新型换热网络多级超结构并设置全线性约束条件,这可以在增加换热网络寻优空间的同时大幅提升MINLP模型的可求解性。通过两个文献案例验证流股分流、流股回流及非等温混合对换热网络寻优的贡献,证明了该模型的有效性和适用性。

关键词：换热网络多级超结构流股分流流股回流非等温混合

维普期刊数据库博看期刊

用改进的遗传算法进行多流股换热器网络综合(英文)

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大连理工大学学报 2004年第2期44卷 218-223页

作者：魏关锋孙亚琴贺高红姚平经罗行罗采尔.威尔佛莱德大连理工大学化工系统工程研究所辽宁大连116012 汉堡国防军大学热力学研究所德国汉堡d22039

建立了有分流情况下换热器网络综合的数学模型,该模型改进了文献中等温混合的不合理假设.有分流情况下的换热器网络综合问题本质上是一个混合整数非线性规划(MINLP)问题.这类问题的非凸非线性特性使得目标函数存在多个局部最优解.传统... 详细信息

建立了有分流情况下换热器网络综合的数学模型,该模型改进了文献中等温混合的不合理假设.有分流情况下的换热器网络综合问题本质上是一个混合整数非线性规划(MINLP)问题.这类问题的非凸非线性特性使得目标函数存在多个局部最优解.传统的基于梯度的搜索方法在处理这类问题时由于计算规模庞大且极易陷于局部最优解而不再适用.因此对遗传算法进行多流股换热器网络综合的方法进行了研究,最后通过例题证明了方法的有效性.

关键词：遗传算法多流股换热器网络综合教学模型非等温混合混合整数非线性规划模型

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基于粒子群算法的3种分级水网络超结构比较

东北大学学报（自然科学版） 2021年第6期42卷 829-834页

作者：刘士琦宋锦春杨滨东北大学机械工程与自动化学院辽宁沈阳110819 上海宝钢节能环保技术有限公司上海201206

根据换热网络分级超结构模型,提出了针对冷却水换热网络的3种改进换热模型.与传统的分级结构不同之处在于水网络不需要公用工程的设计,冷流只包括冷却水.并且3种设计方法均考虑了水的分流和汇流,实现了水的非等温混合.结构二和结构三可... 详细信息

根据换热网络分级超结构模型,提出了针对冷却水换热网络的3种改进换热模型.与传统的分级结构不同之处在于水网络不需要公用工程的设计,冷流只包括冷却水.并且3种设计方法均考虑了水的分流和汇流,实现了水的非等温混合.结构二和结构三可以实现换热器中水的分阶段混合.通过权衡公用工程费用和投资费用的关系来确定最小年度总成本.使用粒子群算法优化了换热水网络中的热负荷和水的质量流量.通过两个案例可知,提出的3种改进结构费用低于前人的研究结果,案例1中结构3的费用最低,案例2中结构1的经济性最优.

关键词：冷却水网络分级超结构非等温混合粒子群算法年度总成本