口头报告-同时考虑质量交换网络与换热网络的综合

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1、同时考虑热交换网络与质量交换网络的综合换热网络（HEN）综合：确定一个换热网络，使其具有最小的设备投资费用和操作费用，并能满足每一个过程物流的工艺要求（从初始温度到目标温度）；具有较好的柔性、操作性和可控性等。两个基本概念质量交换（MEN）网络综合：对于已有的废物流股或污染流股（富流股），通过各种质量交换操作，用能够接受该物质的流股（贫流股）与之逆流直接接触，综合得到一个质量交换网络，使之能满足质量平衡、环境限制、安全和费用最小等约束条件下，有选择性地将废物或污染物从污染物流股中除去。质量交换网络网络的综合方法主要有：独立于结构的方法、基

2、于结构的方法。换热网络的综合方法主要有：启发式经验规则法、热力学目标法、数学规划法和人工智能法。相平衡理论是质量交换操作的理论基础之一。在MEN综合过程中，相平衡关系决定了传质进行的方向、极限以及传质推动力的大小，对设备费用影响很大。当系统总压不太高时，温度对平衡关系起决定性作用，因而可以通过热交换系统来改变流股的温度，进而改善传质过程，达到降低费用的目的，因此在工业上很有必要将MEN和HEN两个网络联系起来综合考虑。目前的方法有两种：分步优化，同步优化如何在实际的工业生产中将热交换网络与质量交换网络综合起来考虑是我们应该考虑的问题?五说

3、教学过程分步综合法有代表性的文章《超结构法分步综合热集成的质量交换网络》同步综合法有代表性的文章《用水与换热网络同步优化综合》超结构法分步综合热集成的质量交换网络质量交换网络(MEN)和热交换网络(HEN)之间有较强的交互作用，传统的夹点技术很难考虑两个网络之间的相互作用。针对这一问题，采用基于分级超结构的数学规划法分步综合热集成的MEN。该方法首先分析了连接两个网络的关键参数，将其离散化处理后组合成多个备选方案，然后对每个备选方案采用分步策略。具体方法如下：第一步，用超结构法以总年度费用(TAC)最小为目标综合MEN；第二步,从第一步的

4、结果中抽提出HEN综合所需数据，通过求解基于HEN超结构的非线性规划(NLP)模型，得到优化的HEN总年度费用。加和两步中的TAC结果得到该方案下两个网络的总费用，通过比较所有备选方案下的总网络TAC，以使总网TAC最小络TAC最小基于分级超结构的MEN模型其中前项表示质量分离剂引起的操作费用，后项为设备投资费用。五说教学过程目标函数为总年度费用最小约束条件包括各级、各传质单元和各分支或混合处的质量衡算式、各流股的出口浓度约束以及各传质单元的传质可行性约束等。基于分级超结构的HEN模型在Yee等的HEN超结构基础上进行了改进，去掉了等温混

5、合假设，通过实际传热量来判断换热器是否存在，数学模型中不包含O一1变量，属于非线性规划(NLP)，增加了模型的连续性。在Yee等的HEN超结构基础上进行了改进，去掉了等温混合假设以得到更加多样化的结构，通过实际传热量来判断换热器是否存在，数学模型中不包含O一1变量，属于非线性规划(NLP)，增加了模型的连续性，降低求解难度。目标函数为总年度费用最小其中，操作费用包括冷、热公用工程费用，投资费用包括换热器固定费用和换热面积费用。约束条件为各级、各换热单元和各分支或混合处的能量衡算式，流股出口温度约束以及传热可行性约束等。将上面综合得到的两个

6、网络的最小年总费用加和，比较所有备选方案，加和最小者即为所求的最小年总费用。首先序贯求解用水网络综合子问题的非线性规划（NLP）和换热网络综合子问题的混合整数非线性规划（MINLP），以获取可行初值；然后进行流程完备结构拓扑，并构造连接方程实现相关变量的传递；最后联立用水与换热网络优化综合问题。用水与换热网络同步优化综合求解方法：基于GAMS平台采用DICOPT求解器，通过MATLAB接口控制求解程序流程，采用随机初值策略强化获得全局最优解的机会，以获取高置信度的全局最优解。上面两种将热交换网络与质量交换网络综合考虑的方法各有特点，二者都

7、需要找到连接变量，分步法对于整个过程的理解比较清楚但有可能不是最优解；同步优化能够实现新鲜水与公用工程同时权衡但是过程拓扑求解计算太复杂。我认为，不管是分步优化法还是同步优化法发展的都还不够完善，我们可以从模型上或是从计算方法上做进一步的研究与改进。谢谢