【摘要】： 淡水資源短缺已成為世界關(guān)注的焦點(diǎn)。21世紀(jì)人類將為水而戰(zhàn)的觀點(diǎn)也為愈來 愈多的人所認(rèn)同。面對如此嚴(yán)峻的形勢，如何在不影響人們生活水平提高的前提下， 最大限度的降低淡水的使用量是人們迫切需要解決的問題。對于過程工業(yè)來講，需 要做兩方面的工作來降低新鮮水的使用量，一方面通過不斷的改進(jìn)工藝，降低過程 本身對水的需求，如水冷卻器改為空氣冷卻器、水洗改為干洗等；另一方面就是要 通過水的再用、或循環(huán)再用、或再生再用以及再生循環(huán)等手段來最大限度地提高水 的重復(fù)利用率。顯然，這兩個(gè)方面的工作對于節(jié)約用水都很重要，但在實(shí)際工作中， 往往優(yōu)先做好第一方面的工作。在這種背景下，本論文從技術(shù)的角度，對過程工 業(yè)中水分配網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)與改造方法進(jìn)行了研究。在論文的第一部分，研究的 是設(shè)計(jì)型問題。首先將水分配網(wǎng)絡(luò)分解為用水網(wǎng)絡(luò)與廢水處理網(wǎng)絡(luò)，分別進(jìn) 行研究。對于用水網(wǎng)絡(luò)，在補(bǔ)充與系統(tǒng)化網(wǎng)絡(luò)最優(yōu)性必要條件的基礎(chǔ)上，對 基于多雜質(zhì)最優(yōu)性必要條件的設(shè)計(jì)算法進(jìn)行了大膽嘗試。對于廢水處理網(wǎng) 絡(luò)，根據(jù)對問題本質(zhì)的理解，提出了一種新的設(shè)計(jì)方法，算例驗(yàn)證表明，新 方法能夠克服現(xiàn)有方法的不足，，容易地找到更好的解。然后，對水分配網(wǎng)絡(luò) 的同時(shí)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行了研究，提出了新的問題分解策略。在論文的第二部分， 研究的是改造型問題。將質(zhì)量集成的思想應(yīng)用到水分配網(wǎng)絡(luò)改造問題的求解 上，提出了一種復(fù)合式改造方法。上述內(nèi)容的重要思想有以下幾點(diǎn)： 1．針對廢水處理網(wǎng)絡(luò)，提出了一種新的設(shè)計(jì)方法。這種方法的主要思想 是，首先通過保證每一次移去雜質(zhì)時(shí)的單位費(fèi)用是最低的，得到?jīng)]有流股混 合的初始分布式網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)；然后依據(jù)四個(gè)規(guī)則對其作進(jìn)一步的調(diào)優(yōu)。當(dāng)網(wǎng)絡(luò) 設(shè)計(jì)的目標(biāo)是最小化總處理量時(shí)，調(diào)優(yōu)的目的是減少處理過程的數(shù)目；當(dāng)網(wǎng) 絡(luò)設(shè)計(jì)的目標(biāo)是最小化總費(fèi)用時(shí)，也就是說，可用處理過程的費(fèi)用函數(shù)（形 式為AQ~a+BQ，解釋見第2點(diǎn)中的規(guī)則2）給定，調(diào)優(yōu)的目標(biāo)不僅是減少處理 過程的數(shù)目，而且還要使總費(fèi)用進(jìn)一步降低。對于多雜質(zhì)系統(tǒng)，提出先僅考慮 一種雜質(zhì)設(shè)計(jì)出其沒有流股混合的初始分布式網(wǎng)絡(luò)，接著以流股為單位通過 合并得到考慮了多個(gè)雜質(zhì)的沒有流股混合的初始分布式網(wǎng)絡(luò)，最后再依據(jù)規(guī) 則進(jìn)行結(jié)構(gòu)調(diào)優(yōu)的思想。 2．提出并證明了用于指導(dǎo)分布式廢水處理網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)與調(diào)優(yōu)的四個(gè)規(guī) 則。第一個(gè)規(guī)則指出，若兩個(gè)廢水流股分別接受相同處理過程的處理之后， 大連理工大學(xué)博土學(xué)位論文 必須進(jìn)行混合，則將這兩個(gè)流股混合后再接受同一處理過程的處理，其效果 是相同的；第二個(gè)規(guī)則指出，如果處理過程的費(fèi)用可以表述成叫‘＋So的形 式（式中 A。B為常數(shù)，Q是被處理的流量，AQ‘表示設(shè)各費(fèi)，BQ表示操作 費(fèi)），則應(yīng)根據(jù)指數(shù)a取值范圍的不同來決定是采用分布式處理還是集中式 處理：第三個(gè)規(guī)則給出了有助于人們從宏觀上把握問題的重要概念一處理級 數(shù)；第四個(gè)規(guī)則指出，如果某一廢水流股依次接受兩個(gè)不同的處理過程的處 理且各處理過程的性能指標(biāo)均為雜質(zhì)移出率，則這兩種處理過程的先后次序 不影響處理效果。 3．由于人們認(rèn)識到用水網(wǎng)絡(luò)與廢水處理網(wǎng)絡(luò)之間存在相互作用，便試圖 對它們進(jìn)行同時(shí)設(shè)計(jì)。目前做法是，先建立包含各種因素的超結(jié)構(gòu)，然后采 用數(shù)學(xué)優(yōu)化的方法進(jìn)行求解。但由于問題的復(fù)雜性以及MINLP性質(zhì)，這種方 法不能保證所得解的最優(yōu)性。針對這種情況，我們提出了一種基于概念的設(shè) 計(jì)方法，這種方法先確定目標(biāo)新鮮水用量，而后將水分配網(wǎng)絡(luò)分解為用水網(wǎng) 絡(luò)、廢水處理網(wǎng)絡(luò)和再生循環(huán)系統(tǒng)三個(gè)部分，再對這三個(gè)部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì) （其中廢水處理網(wǎng)絡(luò)采用本論文提出的新方法），最后對網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)作進(jìn)一步 的調(diào)優(yōu)或松弛。文獻(xiàn)算例驗(yàn)證表明，新的求解策略易于實(shí)現(xiàn)，并且十分有效。 4．借鑒質(zhì)量集成的思想，針對單雜質(zhì)水分配網(wǎng)絡(luò)改造問題．提出了 一種復(fù)合式改造方法。開發(fā)這種方法的主要目的是，避開對工藝過程直接采用 復(fù)雜的MINLP方法，而是依據(jù)定性知識使需要優(yōu)化求解的問題規(guī)模降至最小，并 且將MINLP問題簡化為NLP問題，使人們通過簡單的分析、計(jì)算迅速地找到近似 最優(yōu)解。該方法在著眼于全局依據(jù)定性知識確定廢水最小化的目標(biāo)以及合適的 循環(huán)結(jié)構(gòu)之后，利用路徑圖（path diagr。）確定過程廢水排放的適宜位置，再 基于定性分析確定污染物組成調(diào)整的方案，最后對己定的流程結(jié)構(gòu)方案用GAMS 軟件包進(jìn)行數(shù)學(xué)優(yōu)化，確定出各參數(shù)的最優(yōu)值。運(yùn)用所提方法對一文獻(xiàn)算例進(jìn)行 了求解，得到了更優(yōu)的結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2001
【分類號】：X703

【引證文獻(xiàn)】

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本文編號：2611612