CN117236083A - 一种反渗透海水淡化水平衡计算方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明属于膜法海水淡化技术领域，公开了一种反渗透海水淡化水平衡计算方法及装置，方法包括：基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图；获取拓扑图中的循环闭环，循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；基于分析起始点确定规则、拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定拓扑图物料平衡分析起始点；将分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算。本方法解决了实际设计过程中依赖过程模拟设计软件的问题。
Description
技术领域
本发明涉及膜法海水淡化技术领域，具体涉及一种反渗透海水淡化水平衡计算方法及装置。
背景技术
海水淡化即利用海水脱盐生产淡水，是实现水资源利用的开源增量技术。反渗透海水淡化水平衡的各个工艺环节流量计算涉及到众多工艺模块的计算过程的循环嵌套，包含质量衡算和组分的质量衡算。计算过程变量众多，方程众多，一般采用化工过程模拟软件解决。
现有技术追根究底主要有三种方法：序贯模块法、面向方程法、联立模块法。主流Aspen plus等化工过程模拟软件采用的是序贯模块法。在海水淡化设计领域流行的简要计算方法实质也可以归纳到序贯模块法，但无法解决再循环物流造成的计算困难问题。本发明旨在快速进行反渗透海水淡化水平衡的计算。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种反渗透海水淡化水平衡计算方法及装置，能够解决如何高效、准确进行反渗透海水淡化水平衡的计算的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明是这样实现的。
一种反渗透海水淡化水平衡计算方法，所述方法包括：
步骤S1：基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
步骤S2：获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
步骤S3：基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
步骤S5：在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
优选地，所述方法包括步骤S6：基于所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量，倒推所述分析起始点所在的独立循环闭环中各其他节点的实际输入流量及实际输出流量；所述独立循环闭环是指该独立循环闭环内的各节点均不处于其它循环闭环中。
优选地，所述方法包括步骤S7：若所述拓扑图中全部节点均确定了预期输入流量与预期输出流量，方法结束；否则，将所述拓扑图中确定了实际输入流量与实际输出流量的节点作为已知节点，在未确定实际输入流量与实际输出流量的节点中基于分析起始点确定规则、所述拓扑图中尚有未确定实际输入流量与实际输出流量的节点形成的循环闭环及各未确定实际输入流量与实际输出流量的节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点，进入步骤S4。
优选地，所述分析起始点确定规则具体为：确定所述拓扑图的全部循环回路，将循环回路之间，存在嵌套关系或重叠关系的循环回路均作为再循环回路；确定再循环回路中造成循环引用计算矛盾最多的节点作为分析起始点；若存在多个分析起始点，则将各分析起始点均作为候选分析起始点，将各候选分析起始点对应的预期输入流量与预期输出流量差值最小的候选分析起始点作为分析起始点。
优选地，所述步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算，其中：
所述迭代计算采用二分法，即将初次迭代得到的数值和初值取其代数平均数作为第二次迭代的初值；第num-1次迭代得到的数值和第num-2次迭代得到的数值取其代数平均数作为第num次迭代的初值；,num1为预设迭代次数。
本发明所提供的一种反渗透海水淡化水平衡计算装置，所述装置包括：
初始化模块：配置为基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
闭环获取模块：配置为获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
分析起始点模块：配置为基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
迭代模块：配置为将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
结果获取模块：配置为在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
本发明所提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述方法。
本发明所提供的一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述方法。
本发明所带来的有益技术效果：
（1）本发明解决了实际设计过程中依赖过程模拟设计软件的问题，采用了简单的方法法快速求解。
（2）本发明迭代次数少，收敛速度快、数值稳定性好。
（3）本发明计算准确性高。
附图说明
图1为本发明反渗透海水淡化水平衡计算方法流程示意图；
图2为本发明反渗透海水淡化水平衡计算装置结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明进行详细描述。
如图1所示，本发明提出了一种反渗透海水淡化水平衡计算方法，所述方法包括：
步骤S1：基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
步骤S2：获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
步骤S3：基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
步骤S5：在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
进一步地，所述方法包括步骤S6：基于所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量，倒推所述分析起始点所在的独立循环闭环中各其他节点的实际输入流量及实际输出流量；所述独立循环闭环是指该独立循环闭环内的各节点均不处于其它循环闭环中。
进一步地，所述方法包括步骤S7：若所述拓扑图中全部节点均确定了预期输入流量与预期输出流量，方法结束；否则，将所述拓扑图中确定了实际输入流量与实际输出流量的节点作为已知节点，在未确定实际输入流量与实际输出流量的节点中基于分析起始点确定规则、所述拓扑图中尚有未确定实际输入流量与实际输出流量的节点形成的循环闭环及各未确定实际输入流量与实际输出流量的节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点，进入步骤S4。
本发明中，海水淡化厂根据建厂制水量要求设计，对产水有定量、定性的计划。根据水厂水源的实际情况，构建拓扑图。各个节点受到回收率制约，多个节点之间有循环的关系，彼此之间相互影响。
与节点对应的，是产水过程中各个工序之间水平衡、物料平衡的制约。
进一步地，所述分析起始点确定规则具体为：确定所述拓扑图的全部循环回路，将循环回路之间，存在嵌套关系或重叠关系的循环回路均作为再循环回路；确定再循环回路中造成循环引用计算矛盾最多的节点作为分析起始点；若存在多个分析起始点，则将各分析起始点均作为候选分析起始点，将各候选分析起始点对应的预期输入流量与预期输出流量差值最小的候选分析起始点作为分析起始点。
所述步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算，其中：
所述迭代计算采用二分法，即将初次迭代得到的数值和初值取其代数平均数作为第二次迭代的初值；第num-1次迭代得到的数值和第num-2次迭代得到的数值取其代数平均数作为第num次迭代的初值；,num1为预设迭代次数。
本实施例中，该方法简单易行，较直接迭代法迭代次数大大减少。
和其他计算方式区别：（1）一般采用直接迭代法，即将计算值作为下一轮迭代的猜值而实施迭代计算。直接迭代法的特点是方法简单，且只需要一组初值，不需计算导数和逆矩阵。然而该法的弱点是迭代次数多、收敛速度慢，且对初值要求较高。（2）为了改善直接迭代法的收敛行为，又有了阻尼直接迭代法，或称加权直接迭代法，然而阻尼因子q值的选取具有较大的任意性和经验性。（3）为弥补这种阻尼因子取值困难的弱点，一般采用一维Wegstein法。该方法实际是代数求解中的割线法，较为复杂。
进一步地，所述约束条件包括物料平衡制约。
如图2所示，本发明提供一种反渗透海水淡化水平衡计算装置，所述装置包括：
初始化模块：配置为基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
闭环获取模块：配置为获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
分析起始点模块：配置为基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
迭代模块：配置为将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
结果获取模块：配置为在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
本发明所提供的一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如前所述方法。
本发明所提供的一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如前所述方法。
以上的具体实施例仅描述了本发明的设计原理，该描述中的部件形状，名称可以不同，不受限制。所以，本发明领域的技术人员可以对前述实施例记载的技术方案进行修改或等同替换；而这些修改和替换未脱离本发明创造宗旨和技术方案，均应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种反渗透海水淡化水平衡计算方法，其特征在于，所述方法包括：
步骤S1：基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
步骤S2：获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
步骤S3：基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
步骤S5：在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤S6：基于所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量，倒推所述分析起始点所在的独立循环闭环中各其他节点的实际输入流量及实际输出流量；所述独立循环闭环是指该独立循环闭环内的各节点均不处于其它循环闭环中。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法包括步骤S7：若所述拓扑图中全部节点均确定了预期输入流量与预期输出流量，方法结束；否则，将所述拓扑图中确定了实际输入流量与实际输出流量的节点作为已知节点，在未确定实际输入流量与实际输出流量的节点中基于分析起始点确定规则、所述拓扑图中尚有未确定实际输入流量与实际输出流量的节点形成的循环闭环及各未确定实际输入流量与实际输出流量的节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点，进入步骤S4。
4.如权利要求1-3中任一项所述的方法，其特征在于，所述分析起始点确定规则具体为：确定所述拓扑图的全部循环回路，将循环回路之间，存在嵌套关系或重叠关系的循环回路均作为再循环回路；确定再循环回路中造成循环引用计算矛盾最多的节点作为分析起始点；若存在多个分析起始点，则将各分析起始点均作为候选分析起始点，将各候选分析起始点对应的预期输入流量与预期输出流量差值最小的候选分析起始点作为分析起始点。
5.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤S4：将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算，其中：
所述迭代计算采用二分法，即将初次迭代得到的数值和初值取其代数平均数作为第二次迭代的初值；第num-1次迭代得到的数值和第num-2次迭代得到的数值取其代数平均数作为第num次迭代的初值；,num1为预设迭代次数。
6.一种反渗透海水淡化水平衡计算装置，其特征在于，所述装置包括：
初始化模块：配置为基于目标水厂水源情况及产水能力，设计产水流程，获取与所述产水流程对应的拓扑图，所述拓扑图中，每个产水工序均作为一个节点；
闭环获取模块：配置为获取拓扑图中的循环闭环，所述循环闭环是指拓扑图中所形成的闭环；确定每个节点的预期输入流量与预期输出流量；
分析起始点模块：配置为基于分析起始点确定规则、所述拓扑图的循环闭环及各节点的预期输入流量与预期输出流量，确定所述拓扑图物料平衡分析起始点；
迭代模块：配置为将所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量赋值为任意正值，以产水能力及各节点的水处理回收率为约束条件，对所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量进行迭代计算；
结果获取模块：配置为在多次迭代后，确定所述实际输入流量的数值及所述实际输出流量数值均收敛时，将其分别作为所述分析起始点的实际输入流量及实际输出流量。
7.一种计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有多条指令；所述多条指令，用于由处理器加载并执行如权利要求1-5中任一项所述方法。
8.一种电子设备，其特征在于，所述电子设备，包括：
处理器，用于执行多条指令；
存储器，用于存储多条指令；
其中，所述多条指令，用于由所述存储器存储，并由所述处理器加载并执行如权利要求1-5中任一项所述方法。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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