本發明專利技術公開了一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法。本發明專利技術首先建立機械過濾的流體動力學約束模型，建立濾餅孔隙率與濾餅流量之間的關系，以及隨著時間的變化，過濾器的濾層體積比、沉淀量、濾出液濃度以及過濾系數的變化情況。然后建立機械過濾運行過程的費用目標函數，目標函數包括機械過濾在過濾過程中所損耗的電能耗以及機械過濾裝置清洗過程中所消耗的基本費用，采用SQP算法求解最佳以上優化命題，獲得最佳操作周期值。本發明專利技術可以快速的得到機械過濾器的最佳清洗周期，用以代替原先人工經驗得出的清洗周期。不僅計算方便、可靠，而且降低生產成本。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于信息
，涉及到工業過程優化與控制等自動化技術，尤其涉及。
技術介紹
過濾是確保反滲透海水淡化裝置可靠運行必不可少的一個前期環節，作用是防止膠體物質及懸浮固體、有機物、微生物對反滲透膜的污堵。機械過濾器也稱為壓力過濾器，是指過濾器在一定的壓力下進行過濾。水中含有的懸浮物、凝聚的片狀物、泥沙、鐵質、錳、以及用沉淀方法所不能去除的粘結膠質顆粒等，可通過壓力濾器內所裝的濾層，使水達到透明。通常采用水泵將待處理水輸入過濾器，過濾后，借助剩余的壓力將過濾水送到其后的用水裝置。過濾器廣泛應用在水處理工藝中，主要用于水處理除濁、軟化水、電滲析、反滲透的前級預處理，也可用于地表水、地下水的除泥沙等。隨著過濾的進行，雜質在濾層內逐漸增加，濾層孔隙率降低，使得過濾能力下降，出力減少，不得不增加濾層兩端的壓降以達到一定的流速，從而使得過濾單位體積水的電能耗增加。因此在過濾達到一定時間后，就需要清洗機械過濾器，使得濾層孔隙率達到初始值，或者接近初始值。以往工業上都是單純采用人工經驗選擇過濾器的清洗周期，依靠操作人員的經驗，這往往存在很大的不確定性和性能冗余。即沒有最大限度的利用過濾器的性能參數，也沒有達到降低過濾器運行成本的目的。為此本專利技術根據流體動力學模型，在建立清洗費用目標函數的基礎上，提出了一種確定最佳清洗周期的策略，實現操作運行費用最低的目標。
技術實現思路
本專利技術的目的是針對現有技術的不足，根據流體動力學模型，在建立清洗費用目標函數的基礎上，提出了，實現操作運行費用最低的目標。在恒壓操作下，建立過濾運行的優化命題，包括流體動力學約束模型和設備約束，以及總的運行費用目標函數。然后采用SQP算法進行優化求解，得到最佳清洗周期以及此時的費用。本專利技術首先建立壓力過濾的流體動力學約束模型，建立濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系，以及隨著時間的變化，過濾器的濾層體積比、沉淀量、濾出液濃度以及過濾系數的變化情況。然后建立過濾運行過程的費用目標函數，費用目標函數包括在過濾過程中所損耗的電能耗以及過濾裝置清洗過程中，所消耗的基本費用(包括人工費、沖洗泵電耗、沖洗耗水量、濾料費)。在此基礎上，采用SQP算法求解最佳以上優化命題，獲得最佳操作周期值。本專利技術解決其技術問題所采用的技術方案如下 步驟(I).恒壓情況下建立濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系模型。通過對過濾理論的研究，得到過濾流速、濾層壓降、濾餅孔隙率之間的關系式本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法，其特征在于該方法包括以下步驟：步驟(1).恒壓情況下建立濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系模型；通過對過濾理論的研究，得到過濾流速、濾層壓降、濾餅孔隙率之間的關系式：???(1)式中：V為流過濾層的液體體積，單位為m3；t為過濾時間，單位為s；A為垂直于流向的濾餅表面積，單位為m2；L為濾餅的厚度，單位為m；μ為液體粘度,?單位為Pa﹒s；ε為濾餅的孔隙率，單位為m3/m3；Sp為微粒的比面積，m2/m3；K′′為數值常數，取值為5；為濾層壓降,單位為Pa；?機械過濾器更換濾料或反沖洗后，濾層為清潔濾層，記此刻的濾層孔隙率為，濾層兩側壓降為，代入(1)式中得：????（2）式中：Q0為清潔濾層的過濾流量，單位為m3/h；隨著過濾系統的運行，由于受到污染物的影響，濾餅孔隙率會發生變化，設這個時候的濾餅孔隙率為，故在恒壓操作下，過濾器的壓降保持不變，所以由（1）、（2）式可得在此情況下的過濾流量為：??????(3)由此得到在恒壓條件下，濾餅孔隙率與過濾流量之間的關系；濾餅孔隙率的變化與體積比沉積量有關，而體積比沉積量與濾出液濃度有關，表示為如下形式：???????????????????????（4）???????????????????????????（5）????????????????????????（6）其中表示體積比沉積量，C表示過濾后濾出液濃度，單位為kg/?m3，λ表示過濾系數；為過濾液的入口懸浮物濃度，單位為kg/?m3；為初始過濾系數，單位為1/m；，為懸浮微粒的密度，單位為kg/?m3；為過濾流速，單位為m/s；為過濾時間，單位為s；表示一個常量，一般可取值為0.50；由定義可知，濾餅孔隙率ε與體積比沉積量還存在如下關系：?????（7）故由（4）、（7）式可以得到濾餅孔隙率與時間t的關系：????(8)步驟(2).建立過濾優化運行綜合目標函數機械過濾裝置運行的成本主要包括兩個部分：一部分是壓力過濾器在過濾過程中所損耗的電能耗；另一部分是指在機械過濾器的停機反清洗過程中，所消耗的基本費用；設一年內壓力過濾器清洗的次數為fre,每次清洗的人工成本為費用為cost1，材料等成本為cost2,η為效率因子，T為固定周期，單位為h,平均電價為price，單位為RMB/kwh，過濾產物單位效益為；由此可建立過濾系統目標函數如下：?(9)步驟(3).優化命題求解以式(9)為優化目標，以(2)～(8)組成的模型為約束，得到總的優化命題；對式(9)進行離散化處理來消除積分過程；形式為：?(10)其中表示時刻的過濾流量值，表示離散個數，其值為取整，考慮到計算精度，取值大于1000；由于命題是非線性的，采用非線性規劃SQP算法求解該命題，為此采用MATLAB優化工具箱中FMINCON函數來求解上述問題；具體函數格式如下：[xv,fval,exitflag]=?FMINCON(fun,x0,A,b,Aeq,Beq,Lb,Ub,nonlcon,options)參數中fun為目標函數，x0為變量的初始值，xv為返回的滿足要求的變量的值；A和b表示線性不等式約束，Aeq，Beq表示線性等式約束，Lb和Ub分別為變量的下界和上界約束，nonlcon表示非線性約束條件，options為控制優化過程的優化參數向量；返回值fval為目標函數值；exitflag表示優化求解收斂情況；通過以上方法求取的xv就是最佳的清洗周期。201310018120X100001dest_path_image002.jpg,201310018120X100001dest_path_image004.jpg,201310018120X100001dest_path_image006.jpg,201310018120X100001dest_path_image008.jpg,201310018120X100001dest_path_image010.jpg,201310018120X100001dest_path_image012.jpg,201310018120X100001dest_path_image014.jpg,201310018120X100001dest_path_image016.jpg,201310018120X100001dest_path_image018.jpg,201310018120X100001dest_path_image020.jpg,201310018120X100001dest_path_...
【技術特征摘要】
1.一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法，其特征在于該方法包括以下步驟: 步驟(I).恒壓情況下建...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王劍，姜周曙，江愛朋，黃國輝，
申請(專利權)人：杭州電子科技大學，
類型：發明
國別省市：
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