水系統集成最佳化：節水減排的系統綜合方法

《水系統集成最佳化：節水減排的系統綜合方法》是2012年由化學工業出版社出版的圖書，作者是馮霄。本書系統介紹了水系統集成的理論、方法及套用。

基本介紹

• 書名：水系統集成最佳化：節水減排的系統綜合方法
• 頁數：395頁
• 出版社：化學工業出版社; 
• 裝幀：平裝

基本信息

水系統集成最佳化:節水減排的系統綜合方法 [平裝]

~ 馮霄 (作者), 等 (作者)

出版社: 化學工業出版社; 第2版 (2012年5月1日)

平裝: 395頁

正文語種: 簡體中文

開本: 16

ISBN: 9787122134141, 7122134148

條形碼: 9787122134141

商品尺寸: 25.8 x 18.4 x 2 cm

商品重量: 581 g

內容簡介

《水系統集成最佳化:節水減排的系統綜合方法》介紹了單雜質水系統基於圖示法的水夾點技術和常規水網路的廢水直接回用系統的數學規劃方法，並給出了考慮網路結構、網路柔性及不確定性等因素時的集成策略。闡述了具有常規水網路的廢水再生循環和再生回用系統的最佳化方法。詳細闡述了具有中間水道的水網路結構的水系統集成最佳化新方法，並給出了廢水直接回用系統、廢水再生循環系統和廢水再生回用系統的數學規劃方法以及調優策略。通過水夾點圖分析了如何合理設定節水工藝以取得進一步節水減排效果的方法。結合作者的理論研究與工業實踐，給出了八個水系統集成最佳化的工業套用實例。作者還將水系統集成技術套用於市政用水網路的集成最佳化中。闡述了考慮作為能量載體的蒸汽和循環冷卻水的節約方法；闡述了水系統與能量系統同步最佳化的多目標規劃數學方法和實例分析方法。最後簡要介紹了一些典型的廢水再生或處理技術。

《水系統集成最佳化:節水減排的系統綜合方法》不僅可作為工程技術人員節水減排的參考書，也可作為化工、環境和土木及其相關專業學生的教材。

編輯推薦

《水系統集成最佳化--節水減排的系統綜合方法(第2版)》由馮霄等所著，力圖從圖示法和數學規劃方法兩個方面系統闡釋水系統集成與最佳化技術的最佳化原理和計算技術，使讀者能夠理解和掌握水系統集成技術的基本原理和套用方法。在介紹了各種最佳化方法之後，都輔以相應的實例或工程案例來詳細闡明其工程套用。因而，本書不僅可以作為水系統集成最佳化的教科書，還適用於入門研究、工業實踐和繼續教育的課程。

目錄

1緒論001

1 1水資源利用的挑戰與對策001

1 1 1水資源的危機001

1 1 2水資源的消耗004

1 1 3水污染的加劇005

1 1 4面臨的挑戰和對策006

1 2節水減排的技術途徑007

1 3水系統集成的方法與技術009

參考文獻011

2基本概念013

2 1用水單元模型013

2 1 1用水單元物理模型013

2 1 2水量和雜質的質量衡算013

2 2水源與水阱014

2 3極限水數據014

2 4極限水曲線與極限水複合曲線015

2 4 1極限水曲線015

2 4 2極限水複合曲線016

2 5供水線與水夾點017

2 6用水單元的分解017

2 7廢水直接回用、再生回用與再生循環018

2 7 1廢水直接回用018

2 7 2廢水再生回用018

2 7 3廢水再生循環019

2 8圖示法與數學規劃法019

參考文獻019

3單雜質廢水直接回用水系統的水夾點技術020

3 1廢水直接回用系統最小新鮮水目標的確定020

3 1 1圖示法020

3 1 2問題表法020

3 2夾點的意義022

3 3廢水直接回用水網路的設計022

3 3 1用水網路的描述022

3 3 2最大傳質推動力法024

3 3 3最小匹配數法026

3 4改進的極限水曲線030

3 4 1具有水損失的用水過程030

3 4 2具有水生成的用水過程031

3 4 3具有多股水源進料的用水過程032

3 5同時確定直接回用水系統目標值和網路設計033

3 5 1單水源固定流率問題033

3 5 2單水源固定雜質負荷問題037

3 5 3多水源固定流率問題039

3 6多源水網路目標值的確定041

參考文獻047

4單雜質廢水再生循環水系統的水夾點法048

4 1廢水再生循環系統最小新鮮水和再生水目標的確定048

4 1 1三種典型的用水系統048

4 1 2再生循環系統的最小新鮮水目標值049

4 1 3再生循環系統的最優再生後濃度050

4 1 4再生循環系統的最小再生水流率目標值053

4 1 5再生循環系統的最優再生濃度054

4 1 6再生後濃度對再生濃度的影響057

4 1 7最小再生水流率和最優再生濃度的計算公式059

4 1 8採用問題表法確定再生循環系統的目標值062

4 2廢水再生循環水網路的設計063

4 3廢水零排放理論及套用066

4 3 1不考慮水損失的零排放水系統066

4 3 2考慮水損失的零排放水系統067

4 3 3某氧化鋁廠水系統零排放分析073

4 4改進問題表法確定多水源再生循環水網路目標值076

4 5總水網路合成079

4 5 1同時確定再生循環水網路目標值和網路設計079

4 5 2確定最小處理流率目標值082

4 5 3總水網路合成步驟084

4 5 4案例分析085

參考文獻090

5單雜質廢水再生回用水系統的水夾點法092

5 1完全再生回用與部分再生回用092

5 2用水系統1的最佳化092

5 3用水系統2的最佳化095

5 4用水系統3的最佳化096

5 5通用計算公式098

5 6問題表法099

5 7廢水再生回用水網路的設計100

參考文獻104

6多雜質廢水直接回用的最優常規水網路105

6 1概述105

6 2廢水直接回用常規水網路的超結構105

6 3單雜質水系統的設計方法106

6 3 1有關定義106

6 3 2最優性必要條件106

6 3 3算法設計107

6 4單雜質系統與多雜質系統的比較108

6 5多雜質水系統的數學規劃法109

6 5 1非線性數學模型109

6 5 2數學模型的求解110

6 6考慮最簡網路結構的水系統集成113

6 6 1最佳化新鮮水用量113

6 6 2最佳化連線數114

6 6 3數學模型的求解116

6 6 4實例116

6 7考慮系統結構柔性的水系統集成117

6 7 1水網路柔性的評價指標118

6 7 2水網路系統的柔性化合成方法118

6 7 3實例研究119

6 8考慮不確定性的水系統集成122

6 8 1水網路的擾動工況及其超結構122

6 8 2考慮不確定性的用水網路的最佳化設計步驟123

6 8 3模型的求解126

6 8 4實例分析126

參考文獻133

7多雜質廢水再生循環的最優常規水網路134

7 1概述134

7 2廢水再生循環常規水網路的超結構134

7 2 1用水單元的假定134

7 2 2再生循環網路的超結構134

7 3廢水再生循環常規水網路的數學模型135

7 3 1最佳化新鮮水用量135

7 3 2最佳化再生水流率137

7 3 3最佳化雜質再生負荷138

7 4實例研究139

參考文獻144

8多雜質廢水再生回用的最優常規水網路145

8 1概述145

8 2用水單元分解對水系統的影響146

8 2 1用水單元按質量負荷分解146

8 2 2用水單元按濃度區間分解147

8 2 3分解對再生回用水系統的影響147

8 3廢水再生回用常規水網路的超結構149

8 4廢水再生回用常規水網路最佳化的數學模型150

8 4 1新鮮水流率的最佳化150

8 4 2再生水流率的最佳化152

8 4 3再生雜質負荷的最佳化152

8 4 4模型的套用153

8 5實例分析153

參考文獻162

9具有中間水道的水網路集成163

9 1具有中間水道水網路結構的提出及特點163

9 1 1常規水網路存在的問題163

9 1 2具有中間水道水網路的結構163

9 1 3具有中間水道水網路的特點164

9 2廢水直接回用水網路的數學規劃法164

9 2 1水網路的超結構164

9 2 2數學最佳化模型的建立165

9 2 3實例167

9 3多雜質單中間水道用水網路的簡化設計方法173

9 3 1中間水道濃度的確定173

9 3 2各用水單元節水因子的計算178

9 3 3各單元進水流率分配179

9 3 4實例180

9 4基於經驗規則的網路調優設計方法181

9 4 1問題的提出181

9 4 2調優設計的步驟與方法182

9 4 3實例188

9 5廢水再生循環水網路195

9 5 1水網路結構195

9 5 2水網路的超結構196

9 5 3數學最佳化模型的建立197

9 5 4實例199

9 6具有中間水道的再生循環水網路的簡化設計方法201

9 6 1再生濃度的確定201

9 6 2簡化設計方法203

9 6 3實例204

9 7廢水再生回用水網路205

9 7 1一般最佳化模型206

9 7 2考慮單元分解的中間水道再生回用水網路最佳化211

9 7 3單元並聯分解的數學模型211

9 7 4單元串聯分解的數學模型215

9 8混合結構水網路218

9 8 1具有混合結構的水回用網路與超結構219

9 8 2數學最佳化模型的建立220

9 8 3實例222

參考文獻228

10通過改變工藝節水減排229

10 1概述229

10 2極限濃度改變的方向分析229

10 2 1增大跨越夾點單元的進出口濃度230

10 2 2減小跨越夾點單元的進出口濃度230

10 2 3改變夾點左側單元的進出口濃度232

10 2 4改變夾點右側單元的進出口濃度232

10 3雜質負荷改變的方向分析233

10 3 1減小夾點左側用水單元的雜質負荷233

10 3 2減小夾點右側用水單元的雜質負荷233

10 4節水工藝的採用235

10 4 1空冷代替水冷235

10 4 2汽化冷卻與水冷卻235

10 4 3乾法熄焦與濕法熄焦236

參考文獻236

11水系統集成最佳化的工業套用實例237

11 1水中雜質種類與極限濃度的確定237

11 2某氯鹼廠水系統集成最佳化238

11 2 1現行水系統概況238

11 2 2現行水系統用水狀況分析238

11 2 3水系統集成最佳化方案240

11 2 4節水成效243

11 3某催化劑廠水系統集成最佳化243

11 3 1現行水系統概況243

11 3 2初始水網路的生成245

11 3 3廢水回用方案的可行性實驗245

11 3 4實驗結果分析246

11 4某煉油廠水系統集成最佳化248

11 4 1現行水系統概況248

11 4 2現行水系統用水狀況分析249

11 4 3水系統集成最佳化方案249

11 5某合成氨廠水系統集成最佳化253

11 5 1現行水系統概況253

11 5 2現行水系統用水狀況分析254

11 5 3水系統集成最佳化方案255

11 6某氧化鋁廠水系統集成最佳化261

11 6 1現行水系統概況261

11 6 2水系統集成最佳化方案262

11 7某造紙廠水系統集成最佳化267

11 7 1現行水系統概況267

11 7 2關鍵雜質濃度的測定268

11 7 3水系統集成最佳化方案268

11 8某啤酒廠水系統集成最佳化273

11 8 1現行水系統概況273

11 8 2現行水系統用水狀況分析273

11 8 3水系統集成最佳化方案274

11 8 4對水系統進行直接水回用的分析277

11 8 5考慮直接水回用的節水成效279

參考文獻279

12間歇用水網路的集成與最佳化280

12 1概述280

12 2間歇用水網路的特點及其集成方法280

12 2 1間歇用水網路的特點280

12 2 2間歇用水系統的緩衝儲罐281

12 2 3間歇用水系統的再生循環與再生回用282

12 2 4間歇用水系統的調度最佳化282

12 3間歇用水系統操作周期的最佳化283

12 3 1概述283

12 3 2問題的描述283

12 3 3用水系統的超結構模型284

12 3 4數學規劃模型284

12 3 5計算實例285

12 4廢水直接回用的間歇用水網路最佳化288

12 4 1具有中央儲罐的間歇用水網路288

12 4 2數學規劃模型288

12 4 3單雜質用水網路的實例290

12 4 4多雜質用水網路的實例293

12 5間歇用水系統與集中再生單元的協調最佳化295

12 5 1問題的提出295

12 5 2超結構模型296

12 5 3間歇用水網路中時間節點的劃分296

12 5 4新鮮水量、再生水流率和儲罐容積的最小化297

12 5 5計算實例302

12 6多雜質間歇用水系統的並聯連續再生循環305

12 6 1問題的提出305

12 6 2超結構模型305

12 6 3數學規劃模型306

12 6 4計算實例309

12 7間歇用水系統的近最佳化運行與操作視窗312

12 7 1操作視窗312

12 7 2間歇用水的操作視窗及其獲取方法313

12 7 3計算實例314

參考文獻316

13市政用水網路的集成與最佳化317

13 1市政用水節水概述317

13 2市政用水網路的特點318

13 3市政用水網路的集成最佳化模型319

13 3 1城市區域水回用網路的特點與用水單元的超結構319

13 3 2半連續的間歇用水單元水回用網路最佳化模型320

13 4市政用水網路最佳化的實例321

13 4 1用水時段的劃分321

13 4 2用水單元極限數據的獲得322

13 4 3模型的求解結果與分析325

參考文獻325

14作為能量載體的用水系統最佳化327

14 1通過能量系統最佳化減少蒸汽和冷卻水用量327

14 2冷卻器網路的最佳化327

14 2 1循環水系統及並聯設計的冷卻器網路327

14 2 2串聯設計的冷卻器網路的最最佳化的夾點法329

14 2 3循環冷卻水最小目標值的確定331

14 2 4採用水夾點法設計最大回用冷卻器網路336

14 2 5無夾點時冷卻水網路的設計339

14 2 6採用數學規劃法設計循環冷卻水網路342

14 2 7具有中間水道的循環水網路結構347

14 3冷凝水的回收349

14 4改直流水為循環水350

14 5循環水的節水措施351

14 5 1減少循環水在循環過程中的損失351

14 5 2合理控制循環水溫升351

14 5 3循環水循環倍率的合理確定352

14 5 4循環水的混合補水方式352

參考文獻353

15考慮能量性能的水系統集成354

15 1問題的提出354

15 2換熱網路的超結構及約束條件354

15 3水系統與能量系統同步最佳化的多目標規劃數學模型356

15 3 1總新鮮水用量為主目標356

15 3 2公用工程用量為主目標357

15 3 3以系統經濟性為總目標358

15 3 4水系統與能量系統同步最佳化計算實例359

15 4具有較好能量特性的水網路的特點359

15 4 1水網路能量性能差異的物理原因分析360

15 4 2具有較好能量性能的水網路的特性362

15 5具有較好能量性能的初始水網路的生成362

15 6水網路能量性能的調優365

15 6 1非等溫混合對網路能量性能的影響365

15 6 2以不增加公用工程量為目標的混合規則366

15 6 3具體調優方法368

15 7具有較好能量特性的水網路設計實例368

15 7 1利用改進後的水網路模型和換熱網路模型相結合方法369

15 7 2利用改進後的具有較優能量特性的水網路模型方法372

參考文獻373

16廢水的再生處理技術374

16 1廢水的特性與再生處理374

16 1 1廢水的特性374

16 1 2廢水的再生處理方法與分級376

16 1 3廢水處理流程的確定376

16 2廢水的再生處理方法378

16 2 1物理法378

16 2 2化學法381

16 2 3 物理化學法384

16 2 4生物法386

參考文獻389

附錄390

A水系統集成最佳化對水平衡測試和水質調查的要求390

A 1水平衡測試和水質調查的重要性390

A 2水平衡測試表390

A 2 1水的分類與定義390

A 2 2水平衡測試表391

A 2 3水平衡測試表的填寫說明391

A 3水質調查與估計394

A 3 1企業中需測試水質的水流股394

A 3 2水質的預估394

A 3 3極限水數據估計的簡化方法394

A 3 4水質調查表394

B《用水網路設計與最佳化》軟體介紹395

序言

《水系統集成最佳化》的第一版於2008年1月正式出版，受到了來自國內大專院校、科研院所和企業的廣泛關注。在化學工業出版社的大力支持下，該書於2010年10月獲得了中國石油和化學工業聯合會所頒發的“中國石油和化學工業科學技術獎科技進步一等獎”。

隨著水系統集成技術的發展和我們研究工作的拓展與深入，希望為讀者系統地介紹水系統集成最佳化的技術前沿和最新進展。因此，在該書第一版的基礎上，我們進行了補遺、修訂和撰寫工作，並調整了部分章節的內容編排，特別是在改進極限水側形的水網路最佳化、多水源直接回用和再生循環水系統目標和網路確定、總水網路合成、間歇用水網路的集成以及循環水系統的最優設計等方面進行了有益擴充，使得水系統集成理論、方法與套用的體系和內容更加完整，主要內容也從第一版的13章擴充到了第二版的16章，匯集成了《水系統集成最佳化》第二版。

本書力圖從圖示法和數學規劃方法兩個方面系統闡釋水系統集成與最佳化技術的最佳化原理和計算技術，使讀者能夠理解和掌握水系統集成技術的基本原理和套用方法。在介紹了各種最佳化方法之後，都輔以相應的實例或工程案例來詳細闡明其工程套用。因而，本書不僅可以作為水系統集成最佳化的教科書，還適用於入門研究、工業實踐和繼續教育的課程。

《水系統集成最佳化》第二版的具體結構如下：

第1章介紹了水資源的利用現狀和水系統集成的主要方法與技術。

第2章闡述了水系統集成方法中涉及的基本概念，為讀者順利理解水系統集成理論和方法提供幫助。

第3章闡述了水夾點方法在單雜質水系統最佳化中的套用，重點補充了極限水側形改進的最佳化方法以及多水源網路目標的確定和網路的設計方法。

第4章闡述了單雜質廢水再生循環水系統的水夾點法，補充了改進的問題表法以確定多水源再生循環水網路的目標值，闡述了總水網路的合成方法。

第5章闡述了單雜質廢水再生回用水系統的水夾點法。

第6章闡述了多雜質廢水直接回用水系統的最優常規水網路設計方法，並著重介紹了水網路結構的簡化、水網路結構的柔性和考慮不確定性的水系統集成方法。

第7章闡述了多雜質廢水再生循環的最優常規水網路設計方法。

第8章闡述了多雜質廢水再生回用的最優常規水網路設計方法。

第9章系統地闡述了具有中間水道的水網路的集成和最佳化方法。

第10章介紹了通過改變工藝進行節水減排的方法，以及通過圖像進行表征的方法。

第11章通過煉油、化工、冶金、造紙和食品行業水系統最佳化的實例，闡述了水系統集成最佳化方法在工業中的套用。

第12章闡述了間歇用水系統集成最佳化的方法，重點介紹了中央儲罐、中央廢水處理和間歇操作周期的最佳化方法。

第13章以市政用水系統最佳化為例，闡述了半連續的間歇用水系統最佳化方法。

第14章介紹了作為能量載體的用水系統最佳化，著重闡述了循環冷卻水系統的最佳化方法。

第15章考慮水系統的能量性能，介紹了在水系統集成時綜合考慮能量性能的最佳化方法，重點闡述了水系統與能量系統同步最佳化的多目標規劃數學方法。

第16章簡要介紹了目前現有的廢水再生處理技術。