[發明專利]一種海水淡化系統中過濾預處理最佳清洗周期確定方法

無效

• 申請號: 201310018120.X
• 申請日: 2013-01-18
• 公開（公告）號: CN103077319A
• 公開（公告）日: 2013-05-01
• 發明（設計）人: 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
• 主分類號: G06F19/00
• 分類號: G06F19/00
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

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(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；S_p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。