非等温混合条件下的换热网络多目标优化

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换热网络作为石油化工、能源动力、低温工程等领域广泛应用的工艺环节,其设计的合理性和高效性直接决定了过程系统的能耗和经济性。由于日益严峻的环境问题,对所设计网络结构的污染物排放也有了一定要求。因此,综合考虑工艺环节的经济性和环保性,设计成本较低的“环境友好型”网络结构以减少污染。  现有换热网络综合方法最终主要以年度总费用这一单目标优化换热网络,且为了简化计算,往往采用等温混合假设。为了满足费用和环境等方面的需求,基于非等温多目标混合整数非线性规划(MO-MINLP)模型,采用快速非支配排序遗传算法(NSGA-II)对换热网络的经济性和环保性进行多目标优化求解。案例结果表明仅考虑年度总费用这个目标,等温与非等温模型没有差别;但从费用、换热面积以及环境多目标进行考虑,非等温混合模型比等温模型更具优势。  采用生命周期评价对换热网络进行环境影响评价,设定了温室气体和酸化气体的限排量,运用NSGA-II算法求解“环境友好型”网络。所采用的多目标优化方法不仅明确了各个子目标之间的关系,还可根据实际情况(换热面积过小不合理、污染物限排指标)限定子目标的范围,使设计的换热网络结构更合理。通过案例分析说明了实际中非纯逆流换热对换热网络综合的影响显著。非等温混合条件下换热网络多目标优化可根据对费用、换热面积、环境等不同要求,得到更优更具针对性的网络结构。
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