考慮流股混合的能量集成水網(wǎng)絡(luò)合成方法研究

1、考慮流股混合的考慮流股混合的能量集成水網(wǎng)絡(luò)能量集成水網(wǎng)絡(luò)合成方法研究合成方法研究Thestudiesonsynthesisofheatintegratedwaterallocationwkconsideringstreammixing學(xué)科專業(yè)：化學(xué)工程研究生：劉祖明指導(dǎo)教師：羅祎青副研究員天津大學(xué)化工學(xué)院二零一四年五月萬(wàn)方數(shù)據(jù)I摘要隨著水資源及能源的日益短缺，以提高水資源及能源利用率為目標(biāo)的能量集成水網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題已成為過(guò)程系統(tǒng)工程領(lǐng)域的

2、研究熱點(diǎn)。但是，用水網(wǎng)絡(luò)與換熱網(wǎng)絡(luò)的相互耦合和非等溫混合的存在使能量集成水網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題變得異常復(fù)雜。為了降低能量集成水網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)難度，本文通過(guò)分析過(guò)程流股在非等溫混合過(guò)程中的能量轉(zhuǎn)移，提出一種有效控制參加熱集成流股數(shù)目的新策略并建立了一種考慮非等溫混合的能量集成水網(wǎng)絡(luò)超結(jié)構(gòu)模型。為此熱集成時(shí)，只需考慮新鮮水流股、混合流股和廢水流股。此時(shí)，參加換熱網(wǎng)絡(luò)合成的流股數(shù)目不會(huì)超過(guò)3N（N為用水單元數(shù)目），能量集成水網(wǎng)絡(luò)的模型規(guī)模能夠得到很好的控

3、制。確定用水網(wǎng)絡(luò)公用工程目標(biāo)時(shí)，本文采用用水單元操作溫度、新鮮水源溫度、廢水排放溫度及最小換熱溫差ΔTmin劃分線性規(guī)劃（LP）轉(zhuǎn)運(yùn)模型的溫度區(qū)間以更好的捕獲新鮮水流股、混合流股和廢水流股與各溫度區(qū)間的相對(duì)位置關(guān)系。通過(guò)定義表征流股相對(duì)位置的邏輯變量，本文基于LP轉(zhuǎn)運(yùn)模型把能量集成水網(wǎng)絡(luò)綜合問(wèn)題表示為廣義析取規(guī)劃（GDP）問(wèn)題，然后利用01變量和借助大M法，把GDP問(wèn)題轉(zhuǎn)換為混合整數(shù)非線性規(guī)劃（MINLP）問(wèn)題。MINLP問(wèn)題可以通過(guò)數(shù)

4、學(xué)規(guī)劃軟件GAMS描述和求解。獲得新鮮水用量及公用工程目標(biāo)同時(shí)最優(yōu)并且非等溫混合傳熱最大化的用水網(wǎng)絡(luò)后，采用夾點(diǎn)法設(shè)計(jì)滿足最優(yōu)公用工程目標(biāo)的換熱網(wǎng)絡(luò)。最后，采用3個(gè)算例驗(yàn)證本文提出的能量集成水網(wǎng)絡(luò)模型的可行性和有效性。3個(gè)算例的研究結(jié)果表明：本文的方法可以同時(shí)優(yōu)化用水網(wǎng)絡(luò)的新鮮水用量及公用工程目標(biāo)，獲得的用水網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)最大限度的利用非等溫混合傳熱以減少需要采用間接換熱方式熱集成的流股數(shù)和換熱網(wǎng)絡(luò)中的換熱器數(shù)目，極大降低了后續(xù)換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)