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基于广义换热网络的质量交换网络质能比拟及全局优化 被引量:1
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作者 肖媛 陈怡 +1 位作者 刘思琪 崔国民 《化工进展》 北大核心 2025年第1期121-134,共14页
质量交换网络是过程系统高效经济回收污染物或杂质的重要途径,其中组分浓度的小尺度特征对于其求解域和全局优化性能存在一定限制。基于质量传递和能量传递比拟理论,本文假设了单位高度塔板提供有效传质的塔板质量,建立了非连续传质的... 质量交换网络是过程系统高效经济回收污染物或杂质的重要途径,其中组分浓度的小尺度特征对于其求解域和全局优化性能存在一定限制。基于质量传递和能量传递比拟理论,本文假设了单位高度塔板提供有效传质的塔板质量,建立了非连续传质的板式塔和广义换热器的比拟关系;在此基础上,将小尺度质量交换网络比拟为广义换热网络,进而采用节点非结构模型和强制进化随机游走算法对广义换热网络进行全局优化;最后,将优化所得的广义换热网络回归为质量交换网络,使其满足传质可行性约束。算例分析表明,该方法可有效拓展质量交换网络搜索空间,提升流股匹配的多样性和全局优化性能。同时,灵活调整比拟尺度和协调系数能够进一步丰富优化路径,提升最优解的质量,获得了R2S3算例和R2S2算例优于文献最优的结构。 展开更多
关键词 过程系统 质量交换网络 质能比拟 广义换热网络 全局优化 强制进化随机游走算法
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一种新的连续非结构模型同步优化质量交换网络
2
作者 熊思恒 黄冬梅 +3 位作者 肖媛 黄晓璜 易智康 崔国民 《化工进展》 北大核心 2025年第2期635-645,共11页
质量交换网络是减少化工过程中污染物排放和降低经济成本的有效手段,其集成优化具有重要意义。本文提出了一种新的基于混合整数非线性规划(MINLP)的同步优化模型,允许分流非等浓度混合与考虑流股再生的连续非结构模型(NSM)。连续非结构... 质量交换网络是减少化工过程中污染物排放和降低经济成本的有效手段,其集成优化具有重要意义。本文提出了一种新的基于混合整数非线性规划(MINLP)的同步优化模型,允许分流非等浓度混合与考虑流股再生的连续非结构模型(NSM)。连续非结构模型预先不设置结构化参数,没有固定的匹配模式,使用连续的实数区间划分不同的流股,随机生成具体的实数代表传质单元在流股上的位置。连续非结构模型在形成质量交换网络结构方面非常随机与灵活,具有极广的搜索域。在此基础上,使用强制进化随机游走算法(RWCE)同时优化连续非结构模型中的整形变量与连续变量,该算法具有个体间独立进化的特点。最后通过三个算例进行验证,结果表明:连续非结构模型结合启发算法可以得到低于目前文献最优的结果,能够灵活地表达复杂的质量交换网络结构,验证了方法的有效性。 展开更多
关键词 质量交换网络 连续非结构模型 过程系统 优化 算法
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质量交换网络的质-能系统比拟与平行进化
3
作者 陈怡 肖媛 崔国民 《化工学报》 北大核心 2025年第6期2755-2769,共15页
基于质量和能量交换过程、设备和网络的比拟关系,采用质-能网络比拟优化可将小尺度特征的质量交换网络比拟为广义换热网络,有效地扩大求解域,提升全局优化质量。然而,该方法尚未充分考虑广义换热网络的不同个体在不同进化时期的最优网... 基于质量和能量交换过程、设备和网络的比拟关系,采用质-能网络比拟优化可将小尺度特征的质量交换网络比拟为广义换热网络,有效地扩大求解域,提升全局优化质量。然而,该方法尚未充分考虑广义换热网络的不同个体在不同进化时期的最优网络结构,其全局和局部优化性能仍有较大的提升空间。为此,建立了广义换热网络和质量交换网络的同步比拟和平行进化策略,实现广义换热网络的局部最优结构实时回归至质量交换网络,并至平行进化层实施进一步的全局和局部优化。空气除氨和废水脱酚算例的应用结果表明,质-能系统比拟与平行进化可充分发挥广义换热网络在更大求解域内的全局搜索能力,并通过平行进化兼顾局部最优精度,为质量交换网络综合提供更有效的方法。 展开更多
关键词 质量交换网络 质-能比拟 广义换热网络 全局优化
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有分流棋盘模型应用于不相容多组分质量交换网络优化
4
作者 易智康 刘思琪 +2 位作者 崔国民 段欢欢 肖媛 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第6期2986-2995,共10页
不相容多组分质量交换网络是质量交换网络综合中的难题之一。传统的分级超结构模型在模拟不相容多组分质量交换网络时,需要进行迭代计算,这使得优化过程变得复杂,并且难以兼顾计算效率。因此,本文提出将有分流棋盘模型用于优化不相容多... 不相容多组分质量交换网络是质量交换网络综合中的难题之一。传统的分级超结构模型在模拟不相容多组分质量交换网络时,需要进行迭代计算,这使得优化过程变得复杂,并且难以兼顾计算效率。因此,本文提出将有分流棋盘模型用于优化不相容多组分质量交换网络问题,并采用基于种群识别策略的强制进化随机游走(RWCE)算法进行求解。有分流棋盘模型简化了模拟时的计算复杂度,且种群识别策略能够解决种群中个体“团聚”现象,从而全面提升了搜索全局最优解的计算效率。焦炉气脱硫算例的验证结果显示:有分流棋盘模型和基于种群识别策略的RWCE算法能够高效地解决不相容多组分质量交换网络问题,并且在优化平均时长和年综合费用方面取得了更为显著的成果。 展开更多
关键词 过程系统 模型 质量交换网络 算法 种群识别策略
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应用单元活性强化策略的质量交换网络优化
5
作者 付寅瑞 段欢欢 +3 位作者 肖媛 刘洪彬 张志坤 崔国民 《化学工程》 CAS CSCD 北大核心 2024年第2期89-94,共6页
质量交换网络优化后期,存在结构易固化、新单元生成受限的现象,不利于结构变异和全局寻优。因此,文中首先探究了结构固化的成因,并提出单元活性强化策略。在优化过程中,实时监测个体状态,以一定的概率随机抽取一个超过阈值的质量交换器... 质量交换网络优化后期,存在结构易固化、新单元生成受限的现象,不利于结构变异和全局寻优。因此,文中首先探究了结构固化的成因,并提出单元活性强化策略。在优化过程中,实时监测个体状态,以一定的概率随机抽取一个超过阈值的质量交换器,并将其分化为多个传质单元,以此增强新生单元的活性和个体结构变异能力,提升算法的全局搜索性能。将改进策略应用于废水脱酚和空气除氨2个算例中,所获结构的年综合费用为129 200、336 148美元/a,均优于目前文献最优解。结果表明:单元活性强化策略可以促进结构优选,有效提升算法优化质量。 展开更多
关键词 质量交换网络 强制进化随机游走算法 优化质量 单元活性强化
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采用浓度差同步优化的质量交换网络设计 被引量:11
6
作者 都健 高志辉 +1 位作者 陈理 姚平经 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第7期1768-1775,共8页
质量交换网络(MEN)综合作为过程集成的一个分支,越来越受到过程系统工程领域的广泛关注。因为质量交换网络综合时,贫、富流股之间对应的浓度差(ε)反映传质推动力,影响操作费用和投资费用的大小,所以对其进行优化意义重大。而现有的质... 质量交换网络(MEN)综合作为过程集成的一个分支,越来越受到过程系统工程领域的广泛关注。因为质量交换网络综合时,贫、富流股之间对应的浓度差(ε)反映传质推动力,影响操作费用和投资费用的大小,所以对其进行优化意义重大。而现有的质量交换网络综合设计一般将贫、富流股之间对应的最小允许浓度差假设为固定值,不能保证得到最优的质量交换网络。针对这一问题,介绍了一种同步优化方法,既能处理单杂质体系,又能处理多杂质体系,建立质量交换网络的超结构模型,以年度总费用(TAC)最小为目标,将每一对贫、富流股对应的浓度差作为变量,权衡操作费用和投资费用,并利用改进的遗传算法求解,同步得到年度总费用的最小值以及对应的一组最优浓度差,从而得到最优的质量交换网络。 展开更多
关键词 质量交换网络 浓度差 同步优化 多级超结构
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质量交换网络综合 被引量:8
7
作者 薛东峰 陈理 +1 位作者 袁一 姚平经 《现代化工》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第6期16-19,21,共5页
质量交换网络 (MEN)综合是过程系统工程的新兴分支方向。本文介绍了质量交换网络综合的研究内容和研究进展 ,对两类研究方法即目标设定法和数学规划法做了简要介绍 ,对伴随反应的质量交换网络、热致分离网络、废物截断分配网络等3种重要... 质量交换网络 (MEN)综合是过程系统工程的新兴分支方向。本文介绍了质量交换网络综合的研究内容和研究进展 ,对两类研究方法即目标设定法和数学规划法做了简要介绍 ,对伴随反应的质量交换网络、热致分离网络、废物截断分配网络等3种重要的MEN进行了详细阐述。指出今后应加强质量集成在预防污染和清洁生产中的应用研究 ,进行能量集成和质量集成相结合的全面的过程集成研究 。 展开更多
关键词 质量交换网络 质量集成 综合 清洁生产 MEN
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超结构法分步综合热集成的质量交换网络 被引量:8
8
作者 都健 李秀峰 +1 位作者 陈理 姚平经 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期2636-2643,共8页
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... 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。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,以总网络TAC最小的方案为最佳方案。与文献中例子比较,表明本方法具有更好的可行性和有效性。 展开更多
关键词 分级超结构 质量交换网络 交换网络 分步策略 年度总费用
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不相容多组分质量交换网络综合 被引量:7
9
作者 王江峰 沈静珠 +1 位作者 李有润 胡山鹰 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2004年第2期297-300,304,共5页
The multi-component incompatible phenomena of a single mass exchanger was analyzed and the method for the optimal flow rate of lean stream was proposed. Genetic algorithm was used to optimize the MEN. To solve the inc... The multi-component incompatible phenomena of a single mass exchanger was analyzed and the method for the optimal flow rate of lean stream was proposed. Genetic algorithm was used to optimize the MEN. To solve the incompatible phenomena the method of encoding the number of trays of each mass exchanger was proposed. The method was illustrated with an example. In contrast to the result previously published, the final network obtained was the cheapest. Furthermore, the method could also deal with incompatible multi-component MEN. 展开更多
关键词 质量交换网络 多组分 遗传算法
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多杂质质量交换网络赤字率方法的改进 被引量:12
10
作者 丁晔 冯霄 刘桂莲 《华东理工大学学报(自然科学版)》 CAS CSCD 北大核心 2009年第4期521-524,共4页
质量交换网络的优化对提高资源利用率具有重要意义。针对多杂质质量交换网络赤字率图解法在使用时需多次迭代因而计算复杂的缺点,提出了改进方法。该方法首先将源和阱中各杂质的浓度相乘,然后对乘积进行排序,将排序值定义为综合评价指标... 质量交换网络的优化对提高资源利用率具有重要意义。针对多杂质质量交换网络赤字率图解法在使用时需多次迭代因而计算复杂的缺点,提出了改进方法。该方法首先将源和阱中各杂质的浓度相乘,然后对乘积进行排序,将排序值定义为综合评价指标R。按照R重新排列源和阱,对所有杂质画出源、阱复合曲线,并转化为杂质赤字率曲线。对氢网络和水网络的实例分析表明:改进后的方法避免了迭代计算,提高了计算效率。 展开更多
关键词 多杂质 质量交换网络 赤字率
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利用改进的遗传算法进行质量交换网络的最优综合 被引量:14
11
作者 李绍军 阳永荣 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期60-65,共6页
针对现有质量交换网络综合方法的不足 ,提出用改进的遗传算法进行质量交换网络综合的数学模型 ,该模型以满足操作条件且总年度化费用最小为综合目标 ,在综合过程中同时考虑操作费用和投资费用 .
关键词 质量交换网络 遗传算法 最优综合 数学模型 化工过程
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多目标模糊评价遗传算法综合质量交换网络 被引量:6
12
作者 王江峰 沈静珠 +2 位作者 李有润 胡山鹰 陈翀 《高校化学工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期549-554,共6页
综合质量交换网络时, 评价指标往往不止一个, 多个指标相互之间往往又是无法比较、相互矛盾的,甚至有的指标只是定性的,无法定量地表示。故尝试应用模糊数学对多目标进行评价,有效地模拟了多目标决策的过程, 过程中规则的变换可反应决... 综合质量交换网络时, 评价指标往往不止一个, 多个指标相互之间往往又是无法比较、相互矛盾的,甚至有的指标只是定性的,无法定量地表示。故尝试应用模糊数学对多目标进行评价,有效地模拟了多目标决策的过程, 过程中规则的变换可反应决策者对不同目标的重要性取向。此外还提出了多目标模糊评价遗传算法(MOGAFR)求解多目标优化问题。数例的求解证明了该法可以得到非劣解集合,并可以对非劣解集中的个体区分出优劣,规则不同, 可以收敛到非劣解集合的不同部分,多目标质量交换网络的综合证明其解决工程问题的有效性。所提出的方法适用于求解其他系统的多目标优化问题。 展开更多
关键词 多目标模糊评价 质量交换网络综合 遗传算法 多目标优化 化工厂
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质量交换网络 被引量:11
13
作者 杨友麒 《化工进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第2期284-289,共6页
质量交换网络自从1989年提出以来,作为发展循环经济和建设资源节约企业和社区的理论方法,获得长足进步。本文从基本概念、理论方法(特别是夹点分析方法)到工业应用做了全面综述。
关键词 过程集成 质量交换网络 水夹点 氢夹点 性质夹点
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精细搜索策略应用于质量交换网络综合 被引量:6
14
作者 杨岭 崔国民 +1 位作者 周志强 肖媛 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第7期3145-3155,共11页
质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种... 质量交换网络是化工过程系统的重要组成部分,其优化设计对降低污染排放具有重要意义。采用启发式算法优化质量交换网络时,存在难以兼顾全局搜索和局部搜索的问题。通过分析不同精度优化参数下的优化结果,揭示了该问题的成因,并提出一种精细搜索策略用于基础算法所得结构的深度优化。该策略包含两种方法,方法1采用具有个体回代与分化的高精度强制进化随机游走算法,可保留个体结构变异能力;方法2采用确定性方法依次对多维目标函数中的每个变量进行一维搜索,具有精度高收敛快的优点。将该策略应用于焦炉气脱硫和空气除氨算例,得到的结果分别为407308 USD·a^(-1)和127807 USD·a^(-1),经济性优于现有文献中的结果,验证了本策略的有效性。 展开更多
关键词 质量交换网络 过程系统 优化 强制进化随机游走算法 确定性方法
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进出口流率变化的多组分质量交换网络综合方法研究 被引量:1
15
作者 裴宏斌 陈理 +2 位作者 都健 孙力 高志辉 《大连理工大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第6期793-799,共7页
现有质量交换网络综合的研究多限于贫、富流股中杂质含量较低,流股流率可近似为固定值的多组分体系,为此研究了传质负荷相对较大的相容多组分质量交换网络,将流股进出口流率作为变量进行优化.此外,还考虑了温度和压力对传质相平衡方程... 现有质量交换网络综合的研究多限于贫、富流股中杂质含量较低,流股流率可近似为固定值的多组分体系,为此研究了传质负荷相对较大的相容多组分质量交换网络,将流股进出口流率作为变量进行优化.此外,还考虑了温度和压力对传质相平衡方程的影响,将传质浓度差也作为变量进行优化以权衡操作费用和设备投资费用,以年度总费用最小为目标函数建立了非线性规划的数学模型,借助自适应模拟退火遗传算法求解,同步计算出贫、富流股进出每一个传质单元设备的最佳流率以及优化的传质浓度差和质量交换网络结构. 展开更多
关键词 流率变化 质量交换网络综合 多组分 年度总费用
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一种适用于质量交换网络优化的节点非结构模型
16
作者 韩新宇 段欢欢 +3 位作者 崔国民 周志强 马秀宝 肖媛 《上海理工大学学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第2期137-144,共8页
质量交换网络(MEN)作为过程集成系统的新兴分支方向,具有提高资源利用效率和降低环境污染的双重效益。目前典型的超结构模型在MEN优化中已经取得了很好的应用,但超结构固定排列方式限制了模型中换热器匹配的灵活性和求解域的扩大。基于... 质量交换网络(MEN)作为过程集成系统的新兴分支方向,具有提高资源利用效率和降低环境污染的双重效益。目前典型的超结构模型在MEN优化中已经取得了很好的应用,但超结构固定排列方式限制了模型中换热器匹配的灵活性和求解域的扩大。基于此,提出了一种新的有分流节点非结构模型,以节点的形式量化传质单元的匹配方式,实现传质单元在流股上的自由匹配,从而增强了单元匹配的灵活性。同时考虑到实际工程中有分流情况的出现,以分组数和分支数表示传质单元的有分流形式,进一步扩大了模型的求解范围。最后,通过2个实际MEN算例分析计算,验证了有分流节点非结构模型的有效性。 展开更多
关键词 质量交换网络 节点非结构模型 同步优化 传质单元
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一种比拟与进化协同的质能网络比拟优化方法
17
作者 陈怡 肖媛 崔国民 《化学工程》 北大核心 2025年第2期26-32,50,共8页
质能比拟优化方法是一种质量交换网络综合新方法,该方法将质量交换网络比拟为变量尺度更大的广义换热网络,有效提升结构匹配多样性和全局优化性能。然而,广义换热网络的变量尺度(求解域)和优化路径分别由质能比拟比例尺和算法进化参数决... 质能比拟优化方法是一种质量交换网络综合新方法,该方法将质量交换网络比拟为变量尺度更大的广义换热网络,有效提升结构匹配多样性和全局优化性能。然而,广义换热网络的变量尺度(求解域)和优化路径分别由质能比拟比例尺和算法进化参数决定,因而该方法的优化性能受制于广义换热网络的进化参数与质能比拟比例尺的适配性。因此,提出一种比拟与进化协同的质能比拟优化方法,首先分析质能比拟比例尺对优化过程连续变量和整型变量的影响;在此基础上建立质能比拟比例尺与强制进化随机游走算法进化参数协同策略,保证其对提升质量交换网络结构多样性和全局优化质量的效能;最后将该方法应用于R5S3(空气除氨算例),得到年度综合费用为126122美元/a的MEN(质量交换网络)结构,相较于最优文献网络结构费用降低1.32%,证明了策略的有效性。 展开更多
关键词 质能比拟 质量交换网络 质能比拟比例尺 优化
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水分配网络综合研究
18
作者 都健 李英 +2 位作者 孟小琼 樊希山 姚平经 《水科学进展》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第3期285-289,共5页
水分配网络(WAN)是特殊的质量交换网络(MEN)。介绍了水分配网络综合的研究内容、方法和研究进展,并着重对其研究方法中的目标设定法和数学规划法详细介绍。指出今后应加强质量集成思想在水分配网络综合中的应用研究,进行能量集成和水分... 水分配网络(WAN)是特殊的质量交换网络(MEN)。介绍了水分配网络综合的研究内容、方法和研究进展,并着重对其研究方法中的目标设定法和数学规划法详细介绍。指出今后应加强质量集成思想在水分配网络综合中的应用研究,进行能量集成和水分配网络集成相结合的全面的过程集成研究,以满足清洁生产、可持续发展战略思想的实施。 展开更多
关键词 水分配网络 质量交换网络 淡水资源 废水处理
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逐步线性规划法求解废水最小化问题 被引量:35
19
作者 胡仰栋 徐冬梅 +1 位作者 华贲 韩方煜 《化工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第1期66-71,共6页
对用水过程的优化设计即废水最小化问题进行了研究 ,提出了操作水源和操作序列的概念 .分别对单组分再利用、多组分再利用及单组分再生再利用问题 ,提出了逐步线性规划的解算方法 .新方法首先依据规则将操作对贫流的要求进行分段排序 ,... 对用水过程的优化设计即废水最小化问题进行了研究 ,提出了操作水源和操作序列的概念 .分别对单组分再利用、多组分再利用及单组分再生再利用问题 ,提出了逐步线性规划的解算方法 .新方法首先依据规则将操作对贫流的要求进行分段排序 ,然后按操作序列逐级进行富流和贫流水源的优化匹配 ,最终完成用水过程的设计 .给出了 4个实例 。 展开更多
关键词 逐步线性规划法 废水 最水化 质量交换网络 再利用 用水网络 水资源 优化设计
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