探析低温过程多流股换热器网络柔性综合的研究

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1、大连理工大学博士学位论文低温过程多流股换热器网络柔性综合的研究姓名：马相坤申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：姚平经20070501大连理工大学博士研究生学位论文摘要低温过程换热器网络大部分采用多流股换热器，由于传热温差小，在工程实践过程中，更容易受到操作条件变化带来的影响，因此低温过程换热器网络的柔性问题更为突出。目前大多数文献主要集中在双流股换热器网络柔性综合方面的研究，由于多流股换热器网络柔性综合问题的复杂性以及非线性数学模型全局最优解的求解难度，使得这方面的研究极富挑战性。本文为德国国家科学研究会DFG合作项目(多流股换热器网络最优设计、柔性分析和动态模拟)的子课

2、题，主要的研究内窖有以下几个方面：(1)通过对传热过程本质的热力学分析，提出了一种基于流股虚拟温度的r一日图以及多个操作点换热器网络的拓扑并集策略，建立了一个新的有效的多流股换热器网络柔性综合NLP模型。该模型的决策变量为流股的传热温差贡献值，有效地解决了由于低温过程传热温差小而难以选择的问题，并且该模型不需要超结构，没有0-i变量，采用流股虚拟温度的r—H图垂直匹配法解决了复杂的传热过程可行性约束问题，进化过程中的解均可行，从而显著地降低了多流股换热器网络柔性综合问题的复杂性，为大规模柔性多流股换热器网络综合问题提供了有效方法。(2)提出了柔性多流股换热器网络换热器面积同步优

3、化的方法。本文指出目前多流股换热器网络柔性综合存在着“过度综合”的问题，综合出的换热器网络设备投资费用较高，在换热网络运行时换热器面积相对过剩。因此本文以多个操作点换热器网络的拓扑并集策略构成的柔性多流股换热器网络的换热器面积为优化变量，重新分配换热器网络中换热器的面积，实现了换热器面积与柔性多流股换热器网络年度总费用的同步优化，有效地降低了柔性多流股换热器网络的年度总费用，克服了以往换热器网络柔性综合“过度综合”的问题。(3)以更大的概率求取多流股换热器网络柔性综合问题的全局最优解。多流股换热器网络柔性综合问题本质上是求解混合整数非线性规划问题(MINLP)，其非线性、非凸以

4、及不可微的特性使得目标函数存在多个局部最优解。本文将遗传／模拟退火算法应用到多流股换热器网络柔性综合及调优问题的求解过程中，提出了多流股换热器网络柔性综合以及换热器面积优化问题初始可行解的产生方法，设计了用于多流股换热器网络柔性综合及换热器面积优化问题的交叉算子、变异算子、保留父代良好信息的0CX算子、保持多样性的EC算子，引入了小生境技术、多种群进化机制，有效地提高了遗传算法的计算效率，能以更大的概率获得全局最优解。通过算例表明本文提出的方法对于解决柔性多流股换热器网络综合问题是有效的。低温过程多流股换热器艇络黍蛙综台豹研究(4>本文戳国内菜乙烯装鼍脱甲烷塔蘸预冷系统按熟器网

5、络用能分析为钢，针对低温过程换热嘲络的特点，提出了低温过程多流股换热网络综合的方法：同时利用本文提出的方法进行Z；精装置髓早烷塔前颈冷系统多流般换热器阏络鬃性综合。结果裹聪该方法对于大规模多流股换热器网络柔性综合问题是可行的，对工程实际问题具有～定的理论指导作用。关键诩：多流艘挟热器网络柔性综合；流股传热温差贡献值；虚拟温度；r一日图；捷热器赢积优磁；遗待／模拟连火算法大连理工大学博士研究生学位论文StudyonFlexibleSynthesisofMulti—StreamHeatExchangerNetworkintheLowTemperatureProcessesAbstr

6、aotMulti．streamHeatExchangeriSwidelyusedinheatexchangernetwork(HEN)ofthe10Wtemperatureprocesses，whichiSmoreeasilytobeaffectedbytheuncertaintyparametersintheapFlicationofengineeringbecauseofitssmallheattransfertemperaturedifference．SotheflexibleHENproblemin也e10wtemperatureprocessesismoreevide

7、nt，MostPaDersfocusontheflexiblesynthesisoftwo．streamHEN．Theresearchontheflexiblesynthesisofmulti，streamHENislimitedbecauseofthecomplexityoftheproblemandthedifficultyoffindingtheglobaloptimumsolution．Inthispaperthe咖dyOiltheflexiblesynthesisofmulti．s