Емельянов И.И. Оптимальная одностадийная теплоинтеграция при синтезе и реконструкции систем ректификационных колонн

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук: 05.13.01 - Системный анализ, управление и обработка информации (в химической технологии). — Казанский национальный исследовательский технологический университет. — Казань, 2017. — 19 с.Научный руководитель: д.т.н., проф. Зиятдинов Н.Н.Цель работы - разработка метода оптимальной одностадийной теплоинтеграции при синтезе и реконструкции систем ректификационных колонн.Задачи исследования
Анализ подходов к решению задачи теплоинтеграции при синтезе и реконструкции химико-технологических систем. Выявление особенностей решения задачи теплоинтеграции для систем ректификационных колонн;
Формализация постановки задачи оптимальной теплоинтеграции в системе ректификационных колонн, как задачи о назначениях;
Разработка классификации элементарных блоков системы теплообмена (ЭБСТ) при теплоинтеграции двух потоков;
Формализация постановок задач оптимального проектирования ЭБСТ по критерию суммарных приведенных капитальных и эксплуатационных затрат для получения экономических оценок элементов матрицы задачи о назначениях;
Разработка подхода и алгоритмов решения задач оптимального проектирования ЭБСТ;
Разработка подхода к построению матрицы назначений для случая неравного числа холодных и горячих потоков СРК;
Формализация задачи оптимального проектирования ЭБСТ при возможности использования нескольких внешних горячих и холодных утилит с различным термодинамическим потенциалом;
Исследование эффективности предложенных подходов, способов и алгоритмов на примере решения задачи оптимальной теплоинтеграции СРК производства этанола.Научная новизна работы
Сформулирована задача оптимальной теплоинтеграции в СРК как задача о назначениях, отличающаяся от ранее известных тем, что задача об обеспечении заданных конечных температур, обменивающихся теплом потоков, переформулирована в задачу съема/передачи необходимого количества тепла, что позволило учесть фазовые переходы при испарении и конденсации интегрируемых тепловых потоков;
Предложен способ задания логических двоичных переменных в матрице назначений, который, в отличие от ранее разработанных, охватывает все возможные способы организации теплообмена;
Введены в научный оборот новые определения «элементарный блок системы теплообмена (ЭБСТ)» и «суперструктура элементарного блока системы теплообмена»;
Предложена суперструктура ЭБСТ, включающая все варианты схем теплообмена для двух потоков, на основе которой разработана классификация ЭБСТ, которая позволяет учесть в матрице оценок все варианты теплообмена, как с рекуперацией, так и без рекуперации тепла;
Разработаны формализованные постановки, подходы и алгоритмы решения задач оптимального проектирования ЭБСТ в зависимости от значений параметров потоков, анализируемых на возможность теплоинтеграции;
Предложен способ учета экономических оценок задачи о назначениях для случаев неравного числа холодных и горячих потоков, который заключается в дополнении строк/столбцов матрицы оценками на автономный нагрев либо охлаждение входных и выходных потоков колонн;
Предложен подход к синтезу простых СРК с учетом рекуперации тепла, который заключается в решении задачи теплоинтеграции для каждой промежуточной СРК дерева решений;
Предложен подход использования нескольких энергоносителей при решении задачи оптимизации ЭБСТ.