RCNet: An optimisation software for the synthesis of resource conservation networks

RCNet is a spreadsheet-based software for the synthesis of resource conversation networks (RCNs) for planning the efficient use of material resources (e.g., water, utility gases, solvents) in industrial plants. The software is developed based on the well-established process integration tools, namely pinch analysis and mathematical programming techniques. In the first stage, pinch analysis is used to determine maximum resource conservation targets prior to detailed RCN design. In the second stage, mathematical optimisation is then used to determine the optimal flowrate allocation between process sources and sinks of the RCN, to achieve the performance targets. RCNet is applicable for various industrial applications. To date, no generic software has been developed to handle water minimisation, hydrogen recovery and property integration, which is the main subject of this work. In the developed software, same interface and platform can be used to solve abovementioned problems independently. For illustration, three literature examples on water minimisation, hydrogen recovery and property integration, as well as an industrial case study are solved using RCNet.     

考虑可靠性的矿井瓦斯传感器选址模型

针对依据现行煤矿安全规程及相关规范布置的瓦斯传感器有可能出现失效的情况,提出兼顾经济性和可靠性双目标的瓦斯传感器优化选址模型。借助图论和设施选址理论,以矿井通风网络节点为候选布置点,节点间的风流流经时间为监测等级,以煤矿相关规程规范硬性要求的布置点为必选点,建立瓦斯传感器多目标优化选址模型。然后,基于Pareto蚁群算法(PACA)阐述模型的求解过程。最后,结合某风网算例,给出模型与算法的具体应用。结果表明:模型的非劣解包含了传统的以最小化传感器成本为目标的选址模型最优解,并且可靠性越高所需的传感器就越多。     

泡沫铝填充结构救生舱多目标优化设计

为提高救生舱的安全性,设计了1种泡沫铝填充结构救生舱。利用Workbench对原型救生舱进行静力分析,以泡沫铝填充结构救生舱的内外板厚、泡沫铝厚、纵向和横向加强筋宽为设计变量,以原型救生舱的最大应力、最大位移以及模型质量为约束条件,以泡沫铝填充结构救生舱的静态最大应力、最大位移及质量为目标函数,分析各设计变量对目标函数的灵敏度并进行多目标优化设计;并利用数值仿真方法研究优化后的泡沫铝填充结构救生舱的抗爆炸冲击性能。结果表明:与传统救生舱相比,优化后的泡沫铝填充结构救生舱可以显著提高救生舱的静力及抗爆炸冲击能力,进而提高其安全性能。     

城市产业集中区环境性能评估体系的构建——基于北京市丰台区案例的探讨

城市产业集中区在推动城市产业发展和人口就业中发挥着重要作用,但其在发展过程中,对周边人口和环境带来的负面影响也越来越突出。鉴于现有研究对城市内部空间的环境效率研究不足,论文从环境性能的概念入手,结合产业集中区环境的复杂性、综合性特征,提出了包括社会经济贡献、环境负荷与环境风险3个维度的环境性能评估指标体系,并对污染源识别、空间单元选择等科学问题进行了探索。以北京市丰台区污染源普查数据、注册企业数据及风险源数据为数据基础,采取空间分析方法,定量评价其环境性能空间差异性。主要研究结果包括：提出了选取城市产业集中区环境性能评估空间单元的原则,并将丰台区划分为1 379个500 m×500 m格网单元,论证了环境性能评估的空间尺度效应,表明在更加精细的格网尺度上有利于探查局部空间分异格局;基于北京市丰台区案例,发现环境负荷高的地区主要集中在太平桥、方庄、西罗园、马家堡等东北部街道;环境性能低值区具有明显的中心城区指向、沿快速环路分布和批发市场指向等特征;根据评估结果建议从产业布局、定点管理、生态空间设置以及人口调控等方面为实施精细化的环境空间管控提供依据。     

Multi-objective optimization of a novel crude lipase-catalyzed fatty acid methyl ester (FAME) production using low-order polynomial and Kriging models

In this paper, conventional response surface methodology (RSM) based on low-order polynomials and an alternative Kriging-based method are used for the model-based single and multi-objective optimization of fatty-acid methyl ester (FAME) production catalyzed by a novel crude lipase from the yeast Cryptococcus diffluens (D44). The coefficient of determination for the two modeling approaches was calculated as 0.97 for the Kriging method, and 0.86 for RSM; showing a more reliable representation of experimental data by Kriging. Both models were used to perform single (maximizing FAME titer and temporal productivity separately) and multi-objective (maximizing FAME titer and temporal productivity simultaneously) optimizations of four important operating conditions (reaction time and temperature; amount of crude enzyme; and volume of methanol used). In all cases, the highest temperature considered (60°C) gave the best results. A reduction of reaction time in half was seen to be necessary to achieve optimum productivity compared to titer, when the two objectives were considered separately. The observed trade-off between the two objectives was quantified via multi-objective optimization using Pareto-front analysis.     

生物资源的多目标最佳可持续利用

在最优化控制理论的基础上,提出了生物资源的多目标最佳可持续利用的理论和方法。该理论在确定生物资源的收获量时,不但考虑到相应的经济效益和生物的种群恢复能力,同时也考虑了收获对环境和社会效益以及生物群落的影响。包括反映环境、生物、经济和社会效益在内的诸因素作为最优化的目标。为了保证理论上的最佳收获量能被应用到一个具体的生物系统,还提出了制定满意可持续收获策略的思想和方法。作为实例,本文讨论了关于凤眼莲的多目标最佳可持续利用和满意可持续收获策略。     

基于混合智能算法的多目标优化在厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮除碳中的应用

针对厌氧氨氧化与反硝化协同实现脱氮除碳优化问题,采用UASB反应器处理不同进水条件下的氨氮废水,基于BP神经网络分别建立NH_4~+-N去除模型和COD去除模型,同时为了提高模型的鲁棒性和运算速度,使用PCA算法降低输入变量维数.仿真结果表明,基于PCA-BP的预测模型具有较好的预测能力,检验样本中模型预测值与实际真实值的相关系数分别为0.9164和0.9987,且两模型的平均预测误差都保持在在10%以内.进一步结合NSGA-II算法建立以去除NH+4-N和COD最大化的优化模型,以优化结果为条件建立的出水效果接近实际真实值,表明该模型给出的优化解决方案有效可行,可为实现厌氧氨氧化与反硝化协同脱氮除碳工艺的设计和操作提供参考和指导.     

工业园区水污染控制多目标规划研究

本文分析了我国水污染控制规划的新特点，结合传统的水污染控制规划模型提出了适应新特点的流域工业园区水污染控制多目标规划的建模思路。新模型以污水排放口、污水处理厂、输水管线以及接纳污水的水体组成的水环境系统为基础。并纳入工业园区水污染治理子系统，同时考虑工业园区总量控制要求。     

基于GA的感潮河流水污染控制多目标优化

文章针对感潮河流水质时空变化的特点,建立了污水处理费用函数、动态水质模型与NSGA-Ⅱ算法相耦合的流域水污染控制多目标优化方法。采用该方法对深圳河流域5个污水处理厂的污染物去除效率进行优化,得到流域污水处理费用与河流上、中、下游控制断面水质潮周期超标率的多目标解集排列图。结果表明:(1)所有控制断面水质超标率都小于50%、25%和0%时,最小处理费用分别为1.92、1.94和1.98亿元/a;(2)上、中、下游控制断面各自的水质超标率为0%时,最小处理费用分别为1.98、1.91和1.90亿元/a。决策者可根据水质管理要求和经济条件在多目标解集排列图中进行方案比选。该方法的应用可为感潮河流水污染控制提供科学依据。