考虑流股混合的能量集成水网络合成方法研究

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1、考虑流股混合的能量集成水网络合成方法研究Thestudiesonsynthesisofheat-integratedwaterallocationnetworkconsideringstreammixing学科专业：化学工程研究生：刘祖明指导教师：罗祎青副研究员天津大学化工学院二零一四年五月万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特别加以标注和致谢之处外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得天津大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究

2、所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文作者签名：签字日期：年月日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解天津大学有关保留、使用学位论文的规定。特授权天津大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘。（保密的学位论文在解密后适用本授权说明）学位论文作者签名：导师签名：签字日期：年月日签字日期：年月日万方数据摘要随着水资源及能源的日益短缺，以提高水资源及能源利用率为目标的能量集成水网络综合问题已成为过程系

3、统工程领域的研究热点。但是，用水网络与换热网络的相互耦合和非等温混合的存在使能量集成水网络综合问题变得异常复杂。为了降低能量集成水网络的设计难度，本文通过分析过程流股在非等温混合过程中的能量转移，提出一种有效控制参加热集成流股数目的新策略并建立了一种考虑非等温混合的能量集成水网络超结构模型。为此热集成时，只需考虑新鲜水流股、混合流股和废水流股。此时，参加换热网络合成的流股数目不会超过3N（N为用水单元数目），能量集成水网络的模型规模能够得到很好的控制。确定用水网络公用工程目标时，本文采用用水单元操作温度、新鲜水源温度、废水排放温度及最小换热温差ΔT

4、min划分线性规划（LP）转运模型的温度区间以更好的捕获新鲜水流股、混合流股和废水流股与各温度区间的相对位置关系。通过定义表征流股相对位置的逻辑变量，本文基于LP转运模型把能量集成水网络综合问题表示为广义析取规划（GDP）问题，然后利用0-1变量和借助大M法，把GDP问题转换为混合整数非线性规划（MINLP）问题。MINLP问题可以通过数学规划软件GAMS描述和求解。获得新鲜水用量及公用工程目标同时最优并且非等温混合传热最大化的用水网络后，采用夹点法设计满足最优公用工程目标的换热网络。最后，采用3个算例验证本文提出的能量集成水网络模型的可行性和有效

5、性。3个算例的研究结果表明：本文的方法可以同时优化用水网络的新鲜水用量及公用工程目标，获得的用水网络可实现最大限度的利用非等温混合传热以减少需要采用间接换热方式热集成的流股数和换热网络中的换热器数目，极大降低了后续换热网络设计问题的规模和难度。关键词：用水网络，同时优化，热集成，非等温混合，广义析取规划I万方数据ABSTRACTWiththeincreasingscarcityofwaterandenergyresource,heat-integratedwaterallocationnetwork(WAHEN)synthesis,whichaim

6、stoimprovetheutilizationefficiencyofwaterandenergy,hascomeintovogueinProcessSystemEngineering.However,WAHENsynthesisbecomesrathercomplexduetothecouplingofwaterallocationnetwork(WAN)andheatexchangernetwork(HEN)andtheexistenceofnon-isothermalmixing.Inordertoreducethecomplexityof

7、WAHENsynthesis,aneffectivestrategytoconstrainthenumberofstreamsforheatintegrationisproposedbyanalyzingtheenergytransferofprocessstreamsduringnon-isothermalmixing.Thenasuperstructurethatinvolvesnon-isothermalmixingisdevelopedforWAHEN.Hence,onlyfreshwaterstreams,mixedstreamsandw

8、astewaterstreamsareconsideredforheatintegration.Inthiscase,th