间歇用水网络的优化与设计

水资源短缺和能源匮乏是人类面临的重大问题,已引起世界的广泛关注。过程工业中能量和水占有非常重要的地位,同时过程工业又面临着严峻的节水和节能任务。如何在不影响过程工业生产水平的前提下,减少过程工业的能量和新鲜水的消耗,进行有效的废水治理是过程工业目前需要解决的问题。虽然对节水和节能的研究已经比较成熟,但是在水网络优化中同时考虑能量集成的研究还不成熟。
　　本文采用双夹点设计法对带有能量集成的用水网络进行优化,以期对过程工业的研究提供一定的指导,主要研究内容包括以下几个方面:
　　(1)利用改进的累积夹点法和最相邻设计原则结合的方法对单杂质间歇用水网络的进行优化。首先对问歇过程按时间分段,跨越时间的约束,利用累积夹点法确定每一个时间段内用水目标和局部夹点;然后不考虑时间约束,确定全过程的用水目标和全局夹点,通过全局夹点和局部夹点的比较找出用水瓶颈,添加储罐以消除瓶颈,使各时间段内的用水目标和达到最小值;最后利用最相邻设计原则设计出满足最小新鲜水用量的用水网络。
　　(2)采用双夹点法,对带有能量集成的用水网络进行优化。即水夹点和能量夹点结合的方法,引进了非等温混合的概念,使流向相同的流股合并,它具有一般混合的特点,可以减少系统流股的数目,简化网络的结构,更主要的是它作为一种直接的换热方式,不用提供换热的装备,对流股的温度也没有要求,使间接不能换热的流股之间的换热变得可行,可以大大增加系统的热回收的潜力。
　　(3)采用分步优化的方法,即在用水网络优化的基础上利用能量夹点法对能量进行集成,对啤酒糖化工段的刷洗用水进行优化。由于啤酒糖化工段的刷洗过程为完全间歇过程,导致用水网络优化时不能分段进行,所以直接把该用水过程作为连续过程处理,确定最小新鲜水用量和最小的废水排放量。然后利用最相邻设计原则设计,对于不能直接实现的流股回用,通过添加储罐跨越时间约束。最后再利用能量夹点法对啤酒糖化工段用水网络进行优化设计,得到节水节能的最优水网络。