考虑环境因素的过程集成方法研究

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1、大连理工大学博士学位论文考虑环境因素的过程集成方法研究姓名：石磊申请学位级别：博士专业：化学工程指导教师：姚平经1999.5.1摘要清洁生产是人类反思和重新选择的结果，是实捕可持续发展战略的最佳模式和技术手段，已经成为当今科技发展面向二十一世纪的重大课题。清洁生产就是要解决环境问题，实质为环境与经济、发展的协调关系问题。这一问题的复合性需要跨学科的综合研究。借鉴过去二十多年里对工业节能降耗作出巨大贡献的过程集成技术．从过程系统工程角度对这一具有深远意义重大课题的探讨构成了本论文的主要研究内容：在全面综述清洁生产的技术演变及研究现状的基础之上

2、建构起以生命周期发计和并行工程为指导原则的清洁生产整体运行框架，并进一步深入建立起清洁生产静态和动态优化模型；围绕静态优化模型，在环境影响定量化方面引入了基于相对隶属度的模糊模式识别方法，在模型求解方面首次将多目标遗传算法应用到化【过程清洁生产领域，从而为清洁生产在环境影响定量化和求解算法方面提供了工具。上述工作的具体开展为：1．建立了清洁生产的三维总体概念框架：在总结清洁生产的技术演变历程以及探讨清洁生产与管端技术、过程集成、面向原料策略和面向产品策略关系基础之上：建立了以生命周期设计和并行工程思想为核心的以原料、过程和产品的循环体为基本

3、骨架的清洁生产整体运行框架。在此整体框架内充分考虑物质流、能量流和信息流的相互作用，为有效克服清洁生产过分依赖特定工艺过程这一缺点提供了方法论方面的指导，并为清洁生产优化模型的建立提供了理论基础。2清洁生产问题的多目标性和不确定性使传统过程集成技术难以适用。而工业界成功经验表明清洁生产赖以实现的丽个重要原则是：从产品和过程两个生命周期发掘清洁生产机会以及在产品全生命周期尺度上寻求替代方案的评价基准。这必然需要建立一定的清洁生产优化模型来指导多种技术的集成。借鉴过程集成中基于过程模拟的复合式优化模型的思想，本文提出了．清洁生产静态优化模型，其

4、主要特点在于：基于过程模拟采用多目标遗传算法进行全模型的经济和环境协调优化。本部分的探讨构成本论文的核心。同时，从清洁生产需要处理整个产品生命周期内的时间不确定性问题出发，基于清洁生产整体运行框架的核心原则之一一并行工程，对动态优化模型的建立进行了初步探讨。3尽管传统模糊综合评判方法在环境影响评价领域的应用已经接受，但其所依赖的满意度函数的确定带有较强的主观任意性。而相对隶属度概念则大连理工大学博士学位论文较好的解决了这一问题，但其计算公式的选择存在难度。为克服这一缺陷，本文借鉴影响度因子对目标特征值相对变化范围的考虑提出了集合相对隶属度的

5、概念，发展了基于相对隶属度的模糊理论体系在工程实际中的应用。环境影响定量化是清洁生产静态优化模型的前提条件，它依赖于化合物层次的环境影响评价指数开发。本文从工程实际中环境影响评价具有相对优劣性出发，采用基于相对隶属度的模糊模式识别理论，开发了一种基于单元系统模糊优选的环境影响评价指数方法，建立了三种化合物环境影响指数化模型。丁酮和甲醛生产流程两个工程实例的应用验证了该方法的科学性。4，遗传算法群体优化和内在并行性的特点非常适用于多目标规划问题的求解。多目标遗传算法为求取多目标规划问题的整个Pareto最优解集提供了全新的工具。本文在总结多目

6、标遗传算法理论研究及应用现状的基础之上，提出了将单目标遗传算法中出现的技术与多目标适应度分配策略相结合来构造新的多目标遗传算法的思路，并在此指导下将遗传算法中的稳态思想和非劣排序适应度分配策略相结合实现了稳态非劣排序遗传算法(SNSGA)。其中，改进了非劣排序算法的适应度分配方案，并首次提出共享算子半径盯。。的自适应确定方案。经遗传算法难解问题、欺骗问题等测试函数的测试，表明该算法在收敛性和种群分布性方面具有优良的性能。5本文首次将多目标遗传算法应用到清洁生产领域。对多目标混合整数线性规划(MILP)和混合整数非线性规划(MINLP)问题的

7、应用验证了该算法求解混合整数规划问题的可行性。随后对Grossmann产品决策模型的成功求解进一步证明了该算法求解中等规模MINLP的能力。最后成功求解了甲苯加氢脱烷基制苯过程(HDA)在循环决策层次上的过程设计替代方案超级结构，同时验证了本文开发的环境影响评价指数和多目标遗传算法求解实际问题的有效性，并初步检验了本文提出的清洁生产静态优化模型的可行性。尽管本论文提出了清洁生产的整体运行框架和优化模型，并在环境影响指数化和多目标遗传算法应用方面作出了一些开拓性的工作。但上述思想却不甚成熟，尤其对于清洁生产静态模型思想的验证远非充分，只有达到

8、产品生命周期的全模型优化这一层次，才真正实现清洁生产所预勰舶目的。对这一崭新领域的初步涉足难免有不当之处，望专家学者不吝赐教。一关键词：可持续发展清洁生产过程集成生命周期设计并行