Процедура проектирования схем промышленного водопотребления

Abstract

У роботі розглядаються деякі результати досліджень щодо створення процедур оптимального проектування промислових схем водоспоживання відповідно до парадигми «інтегрування процесів». Мета досліджень – досягнення обґрунтованого мінімуму обсягів споживання свіжої води технологічною схемою шляхом впровадження повторно-бататоразового водоспоживання за умов оптимальної кількості технологічних взаємозв’язків між процесами водоспоживання та водоочищення. Проаналізовано доцільність використання у випадку підсистем водоспоживання існуючих «ієрархічних» та «послідовних» концепцій проектування хіміко-технологічних систем на принципах інтегрування процесів. За результатами аналізу обрано підхід, заснований на вирішенні математичної задачі оптимізації (вказаний “одночасний”, або ж “надструкурний” підхід носить у вітчизняній літературі також назву методу структурних параметрів). У роботі представлено загальний алгоритм вирішення задачі оптимізації, який включає етапи попереднього аналізу та підготування вихідних даних, синтезу структури схеми водоспоживання, підготування до промислової імплементації. Описано розроблену на основі вказаного алгоритму процедуру оптимального проектування схем водоспоживання. У межах задач дослідження, у роботі обґрунтовано вибір математичного апарату. Пропонована у роботі процедура проектування схем промислового водоспоживання базується на вирішенні задачі змішано-цілочисельного умовного нелінійного багатоцільового програмування, складеної на основі узагальненої схеми системи водоспоживання (“надструктури водоспоживання”). Узагальнена схема включає всі можливі варіанти структури схеми водоспоживання і виходить із матеріальних балансів складових частин технологічної схеми водоспоживання: змішувачів та дільників потоків, процесів водоспоживання та процесів часткового очищення води. Наведені характерні приклади оптимізації систем водоспоживання покликані продемонструвати ефективність пропонованої обчислювальної процедури для оптимального синтезу схем водоспоживання.The paper addresses some important results as to optimal design of water usage networks. The aim was to minimize freshwater consumption by water re-use at minimum total flow-rate of water streams among processes and small number of process interconnections. The design approach was based on mixed-integer nonlinear multi-objective programming problem of superstructure optimization. The superstructure includes all possible structures and consists of mass balances of mixers, splitters, water users and partial treatment processes. The general solution algorithm of optimization was outlined. The optimal network design procedure is described. The examples presented show that the approach is robust technique for the synthesis of water usage networks.В работе рассматриваются некоторые результаты исследований относительно оптимального проектирования схем водопотребления. Цель исследований – минимизация потребления свежей воды путем внедрения повторно-многократного водопотребления в условиях оптимального количества технологических взаимосвязей между процессами водопотребления и водоочистки. Подход к проектированию основан на решении математической задачи смешанно-целочисленного нелинейного многоцелевого программирования. Задача оптимизации базируется на обобщенной схеме системы водопотребления. Обобщенная схема включает все возможные варианты структуры и включает и исходит из материальных балансов смесителей и делителей потоков, водопотребителей и процессов частичной очистки воды. Представлен общий алгоритм решения задачи оптимизации. Описана процедура оптимального проектирования схем водопотребления. Приведенные примеры показывают, что подход является эффективной техникой для оптимального синтеза схем водопотребления