[發明專利]一種實現電去離子法制超純水電耗最小化的優化方法

有效

• 申請號: 202111060387.6
• 申請日: 2021-09-10
• 公開（公告）號: CN113666465B
• 公開（公告）日: 2023-04-11
• 發明（設計）人: 錢鳳婷;陸嘉麒;顧敦罡;李光輝;張楠
• 申請（專利權）人: 上海工程技術大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F111/04;G06F119/06;C02F103/04
• 代理公司: 上海海頌知識產權代理事務所(普通合伙) 31258
• 代理人: 何葆芳

本發明公開了一種實現電去離子法制超純水電耗最小化的優化方法，包括：S1、確定EDI組件的基本結構參數、進水電解質種類以及濃度；S2、確定優化模型的決策變量；S3、確定優化模型的約束條件；S4、確定優化模型的目標函數；S5、將構建的優化模型先轉化為程序語言，然后利用軟件進行最小化求解。經應用實例證明：在不改變現行工藝和不增加硬件投入的情況下，且在保證處理量和質量的前提下，只需通過采用本發明的優化方法，即可使采用電去離子法每制備一噸超純水的電耗下降35％，對采用EDI法制備超純水的生產企業降低能耗和成本具有顯著價值。

技術領域

本發明是涉及一種實現電去離子法制超純水電耗最小化的優化方法，屬于水處理技術領域。

背景技術

隨著我國城市化和工業化發展，除了對水資源的需求提升外，對水質也有了高純度的要求，如在醫藥、電子、化工、電鍍、發電等眾多工業領域中。

超純水至今有著廣泛需求，尤其是在提倡熱電聯產的大容量供熱鍋爐中的補充水要用軟化水的需求下，使得超純水的生產發展成了一項龐大產業。

超純水的制備需要去除水中的大部分離子，而相關的去離子技術有蒸餾、反滲透、離子交換、電滲析以及電去離子(Electrodeionization，簡稱EDI)法。而EDI是一種電驅動脫鹽技術，在直流電、離子交換膜和離子交換樹脂的作用下，能夠高效去除水中的雜質離子，由于其能夠通過水解離使離子交換樹脂自動再生，因而被認為是一項綠色可持續的技術，通常作為反滲透拋光處理。因EDI相對于傳統的離子交換混床來說，具有占地面積小、投資費用低、并且不存在大量使用酸、堿而造成的環境污染問題，因此由超濾-反滲透-EDI組成的全膜法工藝已逐步替代超濾-反滲透-離子交換工藝，現已成為當今制備超純水的主流生產技術。

如圖1所示，現有的EDI裝置是由交替排列在陽極和陰極之間的陽離子交換膜和陰離子交換膜及其構成的淡水室和濃水室，及在淡水室或濃水室中填充的陰、陽離子交換樹脂構成。當前對EDI技術的研究大多數都是基于給定的膜堆設計，對特定類型離子的去除、對不同的EDI組件結構、進料溫度、二氧化碳對EDI的影響、對不同的進料溶液組成和所需產品的水質進行的相關研究，雖有少部分是關于EDI的傳質過程與整體性能相關聯的模型研究，但這些模型基本都沒有考慮水解離，而水的分解在提高離子去除率的同時也會降低電流效率，因此水解離的考慮是必要的。除此之外，現有的模型研究基本限于實驗室規模的EDI裝置，對工業化規模的EDI裝置不具有參考價值。

發明內容

針對現有技術存在的上述問題，本發明的目的是提供一種實現電去離子法制超純水電耗最小化的優化方法，以降低采用電去離子法制超純水的電耗成本。

為實現上述發明目的，本發明采用的技術方案如下：

一種實現電去離子法制超純水電耗最小化的優化方法，包括如下步驟：

S1、確定EDI組件的基本結構參數、進水電解質種類以及濃度；

S2、確定優化模型的決策變量；

S3、確定優化模型的約束條件；

S4、確定優化模型的目標函數；

S5、將構建的優化模型先轉化為程序語言，然后利用軟件進行最小化求解。