质量交换网络优化综合

通过各种质量交换操作，对已有的废物流股或污染物流股，用能够接受该污染物的流股 （贫流股） 与之逆流直接接触，综合得到一个质量交换网络，使之能在满足质量平衡、环境限制、安全和费用等最小约束条件下，有选择性地将废物或污染物除去。
质量交换网络 (Mass-Exchange Network，简称为MEN) 在20世纪80年代末逐渐发展起来，是过程集成的一部分。20世纪末，质量交换网络发展迅速，成为众多学者研究的热点，原因主要包括两个方面： 一方面，随着经济的发展越来越快，可持续发展和生态环境保护的理念对企业污染物排放标准的要求越来越严格，使企业必须严格控制污染物的排放量，通过回收循环利用减少排放，坚持清洁生产的理念，通过质量交换网络使废物最小化； 另一方面，生态经济的发展也要求有新的理论方法来指导规模越来越大的工业实践。
质量交换网络是由多个质量交换器构成的网络系统，质量交换网络综合的概念最早是由El -Hal-wagi和Manousiouthakis在1989年提出的。质量交换网络综合方法的优化设计可以有效地预防污染，并降低过程消耗的年度总费用。质量交换网络的总费用主要由设备投资费用和质量分离剂的操作费用两部分组成。在工业生产过程中必须权衡这两种费用的关系，使年度总费用达到最小，组分在贫、富流股间传质浓度差的大小会直接影响到过程的操作费用和设备的投资费用，质量交换网络的优化显得尤其重要。
在质量交换网络的优化设计中，夹点分析法应用比较早，比较广泛，但是该方法也存在明显不足： 一是该方法是以最少单元数为目标来进行优化，而最少单元数并不能保证最小的投资费用，投资费用还与质量交换器的尺寸、材质等因素有关。二是该方法是一种序贯方法，即操作费用与投资费用不能做到同时优化，所以优化结果很难保证达到最优，且计算过程比较复杂。另外质量交换网络的优化方法还有状态空间法、分层决策法以及超结构等方法。质量交换网络侧重于过程中的物质流，直接针对过程中的物质流去考虑废物最小化的问题，能够有效地实现过程的废物最小化，为工业生态系统的可持续发展提供有力的技术支持。