文档介绍：换热网络合成
1 化工生产流程中换热网络的作用和意义
换热是化工生产不可缺少的单元操作过程。
对于一个含有换热物流的工艺流程,将其中的换热物流提取出来,组成了换热网络系统
其中被加热的物流称为冷物流,被冷却的物流称为热物流。
换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求,而且也是为了回收过程余热,减少公用工程消耗。
基于这种思想进行的换热网络设计称为换热网络合成。
换热网络合成的任务,是确定换热物流的合理匹配方式,从而以最小的消耗代价,获得最大的能量利用效益。
换热网络的消耗代价来自三个方面:换热单元(设备)数,传热面积,公用工程消耗,换热网络合成追求的目标,是使这三方面的消耗都为最小值。
实际进行换热网络设计时,需要在某方面做出牺牲,以获得一个折衷的方案。
2 换热网络合成问题
换热网络合成问题的描述
一组需要冷却热物流H和一组需要加热的冷物流C,每条物流的热容流率FCp,热物流从初始温度TH初冷却到目标TH终,冷物流从初始温度TC初加热到目标温度TC终。
通过确定物流间的匹配关系,使所有的物流均达到它们的目标温度,同时使装置成本、公用工程(外部加热和冷却介质)消耗成本最少。
换热网络合成的研究
Hohmann的开创性工作。
在温焓图上进行过程物流的热复合,找到了换热网络的能量最优解,即最小公用消耗;
提出了换热网络最少换热单元数的计算公式。
意义在于从理论上导出了换热网络的两个理想状态,从而为换热网络设计指明了方向
Linnhoff和Flower的工作
合成能量最优的换热网络。
从热力学的角度出发,划分温度区间和进行热平衡计算,这样可通过简单的代数运算就能找到能量最优解(即最小公用工程消耗),这就是著名的温度区间法(简称TI法)
对能量最优解进行调优。
夹点(Pinch Point )概念以及夹点设计法的建立
人工智能方法的建立
3 换热网络合成—夹点技术
第一定律分析
如果没有温度推动力的限制,就必须由公用工程系统提供165kW的热量
第一定律计算算法没有考虑一个事实,即:只有热物流温度超过冷物流时,才能把热量由热物流传到冷物流。
因此所开发的任何换热网络既要满足第一定律,还要满足第二定律