喷雾干燥是乳粉生产中能耗最大的过程。在倡导“碳中和、碳达峰”的背景下,研究乳粉喷雾干燥设备全生命周期对环境的影响,并以保证乳粉品质和成本可控为前提改进乳粉喷雾干燥设备的环境性能,具有重要的现实意义。然而当前研究均未从设备整体观的角度探究乳粉生产设备的环境可持续性,也未综合考虑其在多种环境影响类别的表现,更未见设备环境性能的优化对其经济性能和产品品质影响的研究。因此,本文以特定产能的乳粉喷雾干燥系统为研究对象,探究系统全生命周期对环境的影响机制,识别影响系统环境性能的关键设计参数和工艺参数,最终提出平衡系统生命周期环境负荷、系统生命周期成本和所生产的乳粉品质三个目标间冲突关系的多目标优化方法。论文的主要研究内容如下:（1）以乳粉喷雾干燥系统为功能单位,以系统原材料获取及生产制造、系统运输、系统使用、系统维护和系统报废回收为系统边界,基于e Balance软件的中国生命周期数据完成了系统生命周期清单分析。（2）开发了基于矩阵的系统生命周期评价模型,进行了案例研究,并将结果与当前研究进行了对比,验证了所建立的生命周期评价模型的可靠性和准确性。研究表明,系统在使用阶段的环境贡献占其全生命周期环境影响的比重最大,特别是对初级能源消耗、全球变暖潜值、酸化潜值、光化学臭氧合成潜值的贡献率分别达99.86%、99.86%、99.74%和99.65%。系统在原材料获取及生产制造阶段的环境贡献对陆地生态毒性的影响最大,占比47.43%;系统在维护阶段的贡献对富营养化的波动起主导作用,占比达64.84%;系统的回收处理对环境产生了明显积极作用,使其在该阶段的综合环境影响几乎忽略不计。（3）利用拉丁超立方抽样方法生成了系统参数的不确定性组合,并将该组合作为输入,结合标准回归系数和树型高斯过程方法对乳粉喷雾干燥系统环境影响进行了敏感性分析,探究了系统主要参数对系统生命周期环境负荷的影响机制,识别了影响系统环境性能的关键参数。研究结果表明干燥塔进气温度、雾化压力和进料泵转速对系统环境负荷起主要作用,贡献占比分别为48%、20%和19%。（4）为了全面提升乳粉喷雾干燥系统的性能,以最小化系统生命周期环境负荷和生命周期成本、最大化乳粉品质为目标,建立了乳粉喷雾干燥系统多目标优化模型。在求解该问题时,提出了非支配排序蚁群遗传算法,提升了处理多目标优化问题的寻优能力。采用人工神经网络建立了系统生命周期环境影响代理模型,提升了多目标优化问题的求解效率。（5）以特定产能的乳粉喷雾干燥系统为对象,进行了多目标优化案例研究。采用所提出的算法求解了该问题,利用优劣解距离法和偏差指数决策出最优方案,并与单纯聚焦系统环境性能、经济性能的双目标方案以及聚焦系统乳粉品质优化的单目标方案对比分析。结果表明,相较于最优方案,采用双目标优化方案虽然使系统的环境性能和经济性能分别提升了1.82%和2.48%,但是其乳粉品质大幅下降了18.73%;而采用单目标方案虽然使系统所生产乳粉的品质提高了23.22%,但系统的环境和经济性能分别下降了10.64%和13.04%,从而验证了采用所提出的多目标优化方法的有效性。通过均方误差、R平方和求解时长测试了所建立的代理模型的性能,证实了该模型的科学性。本文从生命周期视角厘清了乳粉喷雾干燥系统对环境的影响机制,为该系统及其他高能耗装备提供了融合参数化设计、生命周期评价、全局敏感性分析,并兼顾环境、经济与产品品质不同维度属性的多目标优化方法,有效解决了乳粉品质、成本与生命周期环境影响冲突关系下的乳粉喷雾干燥系统优化设计问题,为乳制品行业内装备的可持续性设计提供了方法指导。