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华东化工学院学报
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微机合成工业规模换热网络的新方法
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/提要:分析了采用双最小换热温差合成换热网络的原理基于克许能量穿
越伪点进行冷热流股匹配而不会招致外供能量的增加, 把同络作为一个
整体进行舍成, 从而可减少抉热单元个数和避免不必要的分流。本文提出了一
种设计成本最低换热网络的计算机自动合成法, 能对工业规摸的换热网络进
行自动合成。实例斫究表明, 用新方法舍成的网络, 结构简洁, 且滇年总花费
比用嚣萼机蓊辅助设热鲁圊枇甚热网络专家杀统
中国分类号: .’。专褂统’
目前有两种合成成本最低换热网络的方法, 一种是数学规划法“。, 另一种是热力学方
法。数学规划法有许多人注目的优点, 例如能考虑各种匹配约束, 不等换热系数等
因素, 但由于其计算复杂和费时, 对合成工业规模换热网络还有一定困难, 所以主要还是应
用热力学方法解决实际换热网络前台成问题。
热力学合成方法中, 以设计法“和双最小换热温差法“”最为著名。这两种方法
在合成网络时都要采用最小换热温差这一参数。在设计法中, 无论是组合曲线还是个
别换热单元, 其最小换热温差取的是同一值; 而在双最小换热温差设计法中。组合曲线的最
小换热温差取为, 用以决定外供能量值,而合成网络时, 个别换热单元的最小换热温
差取为, ≤。。
前人对双最小换热温差法曾作过较为深入的研究““”, 表明了此法具有明显的优
点, 在不增加外供能量的前提下. 所合成的网络结构简单, 换热单元数少, 避免了不必要的
分流, 因而合成后的网络其年总花费下降,且其稳定性有所提高。但是, 他们的方法只适用
于小型换热网络合成同题, 距解决工业规模换热网络的合成还有一定的距离。本文的研究表
明, 采用双最小换热温差原理, 以及本文提出的快速合成方法, 能在微机上简便地合成工业
规模的换热网络,且其结构的简洁性及年总花费明显地优设计法。
设计法的困惑及双最小换热温差法原理
换热网络的成本主要由外供能量、换热单元个数和总面积所决定的。按照等人
提出的设计法, 在网络初步合成时, 认定组合曲线及个别换热单元具有相同的最小换
热温差, 所以为了满足最少外供能量这一目标, 在网络初步合成过程中, 禁止能量穿越
点, 因而必须在点把网络截然分成两个部分分别进行合成。这一原则与热力学
第二定律是相一致的, 然而其结果却是使得初步合成的网络的换热单元个数增加。最终为了
耍获得成本最低的网络结构,在进一步改进网络结构时,往往要进行能量松弛和最小换热温
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差松弛, 以减少换热单元数, 但事实上这意味着此时已有能量穿越了点。显然, 选同
原先要求禁止能量穿越点是相矛盾的。
图为在某一值耐组台曲线的温焓圈。圈中和分别丧示外供热和供冷的能
量。若使冷热组台曲线作相对位移, 形成一新的点见图,称此点为伪
点—, 这时的最小换热温差为,小于,其中哥分别表
示最小换热温差为时所需的最小外供热、供冷能量。因于.,所以
和。, 这时在高温端和低温端分别有剩余能量—和一,这些富余
的能量可自由地穿越伪点,而不会招致外供能量的增加, 给网络合成多提供了一个