多雜質體系質量和熱交換網路同步集成

《多雜質體系質量和熱交換網路同步集成》是依託大連理工大學,由都健擔任醒目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：多雜質體系質量和熱交換網路同步集成
• 依託單位：大連理工大學
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：都健

項目摘要

針對化工過程能耗高、污染嚴重的現狀，提出化工多雜質複雜體系質量和熱交換網路同步集成的最佳化技術以實現過程工業的可持續發展，重點解決質量和熱交換網路同步集成中的約束條件多、規模大、互動作用強和求解難度大等關鍵問題。以系統科學理論為基礎，採用質量集成的方法在滿足環境、經濟、安全、操作及控制要求的前提下，以源頭和過程中心部位污染治理為基本出發點，探索質量交換網路集成的理論和方法，提出實現化工過程廢物最小化的最佳化策略。同時基於過程系統用能一致性原則，採用虛擬溫度法研究質量交換網路中傳熱的規律和特性，考慮傳質和傳熱的互動作用規律，建立質量和能量耦和的過程超結構模型和求解方法，從全局集成的角度實現化工過程的節能降耗和污染控制，形成過程系統質量和熱交換網路同步集成的科學理論和技術方法，為過程工業節能減排的套用奠定基礎。

結題摘要

化工過程的節能減排是化學工業可持續發展的關鍵問題，過程集成最佳化的理論和方法是化工過程節能降耗和控制源頭污染、減少廢物排放的有效方法。在實際的化工質量傳遞過程中，多種雜質的脫除或回收往往是同時存在的。與單一雜質體系相比，多雜質體系的傳質過程涉及的組分多，傳質過程複雜，質量交換綜合網路方法還在發展階段。本研究採用基於超結構模型和遺傳模擬退火算法的數學規劃法，將傳質單元設備參數作為最佳化變數，用流股流量標示傳質單元的存在性，算例結果證明所建立的非線性規劃（Non-linear Programming，NLP）數學模型能夠很好地解決多雜質質量交換網路（Mass Exchange Network，MEN）綜合問題。在此基礎上，為同時實現化工過程中資源和能源的有效利用，本研究針對單雜質體系和多雜質體系的特點，分別提出了將質量交換網路和熱交換網路（Heat Exchange Network，HEN）同步綜合的方法。採用質量夾點法和虛擬溫焓圖法綜合單雜質問題中的子MEN和子HEN，提出含有貧流股旁路的子網路耦合模式及單雜質體系同步綜合策略。在第一部分多組分MEN綜合研究的基礎上，構造多雜質問題中流股冷熱性質及流股存在性不確定時的換熱網路超結構，將流股流量分配率和溫度分配率作為最佳化變數同步綜合多雜質體系質量和熱交換網路，建立NLP網路綜合模型。本研究所涉及到的網路綜合問題均是NP難問題，用傳統的確定性算法需要對模型進行簡化，為獲得更準確和更優的解，這裡均採用遺傳模擬退火算法對所建數學模型進行求解。算例結果表明所提方法實現了對系統質量傳遞過程和熱傳遞過程的同步考慮，並且這些方法不僅能用於集成系統內的熱量，還能推廣用於系統外的能量集成。本研究按期完成了項目的研究計畫、研究內容，達到了預期的研究目標，完成了預期的研究成果。發表的文章數目比原計畫多，質量高，共發表相關論文16篇，其中國際期刊4篇、國核心心期刊7篇、國際會議論文5篇；SCI收錄2篇、EI收錄3篇、ISTP收錄3篇。已接收未發表的論文2篇（SCI和EI刊源）；另外2篇國際期刊的論文在審稿中。人才培養方面，從事相關研究工作的博士畢業1名、碩士畢業4名，在讀博士2名、碩士3名。總之，該項目達到了原計畫書中的各項指標。