马后炮化工论坛-第五章
5-1 换热网络综合问题的定义的定义及目标是什么?
换热器网络综合问题就是确定具有最小设备投资,最小操作费用,能达到过程要求的换热器网络结构。并能满足每一个过程物流的工艺要求(从初始温度达到目标温度),具有较好的柔性、可控性和可操作性。
5-2 换热网络的设计工作一般包括哪些步骤?
换热器网络设计步骤:
(1)选择工艺流股和公用工程流股;
(2) 确定经济合理的夹点温差和公用工程用量;
(3) 综合出初步的候选换热网络;
(4) 将候选网络优化成最好的换热网络;
(5)对换热器进行详细设计;
(6)模拟计算,进行技术经济评价和系统操作性分析,若对结果不满意,返回第(2)步,直至满意。
不同的综合方法,体现在(2)、(3)步。
5-3 换热网络综合的方法各有什么特点?
(1) 启发式经验规则法:不能保证一次得到最优解,可以以此为基
础,逐步调优。
(2) 夹点技术法:以热力学原理和分析方法为基础,以最小能耗为
主要目标。对于给定的网络回收温差,为满足最小能耗目标,不允许能量跨越夹点,因而初始网络可能具有较多的单元;为得到最少投资费用的网络,需减少单元数,又造成能量跨越夹
点。
(3) 数学规划法:建立换热网络综合的最优化数学模型,计算量大,
适宜于在计算机上求解。
(4) 人工智能算法(遗传算法):计算简单,对问题性质无太多限制,
适用性广等优点。适用于不可微,不连续,非线性,非凸,多峰等复杂优化问题。
5-4 根据T-H图综合换热网络是以什么为目标的?其综合步骤如何?
以最小传热面积为目标。
具体步骤:
① 搜集物流数据,流量、温度、比热容、汽化热等; ② 构造冷、热物流的组合曲线 ;
③ 调整冷热物流的组合曲线,使得最小传热温差不小于指定 值;
④ 划分温度间隔区间,进行物流匹配。
具体作法说明:
(1)构造组合曲线
(2)划分温度间隔,进行物流匹配
(3)对应的换热网络
5-5
物流
H1
H2
C
1
热容流率 30 15 20 初始温度 443 423 293 目标温度 333 303 408 热负荷 3300 1800 2300
C2 40 353 413 2400
冷,热组合曲线:
最小传热温差为20℃时的总组合曲线:(最小传热温差的最优值:16.5℃)
Pinch Temperatures: HOT: 100℃
CLOD: 80℃
5-6 夹点设计法的三条基本原则和可行性规则如何理解? 夹点设计法的基本原则:
(1) 应该避免有热流量通过夹点;(夹点处热通量为0.)
(2) 夹点上方避免引入公用工程冷却物流;(夹点上方为热阱,需要加入热公用工程,若引入公用工程冷却物流,会使得热公用工程用量增大。)
(3) 夹点下方避免引入公用工程加热物流 。(夹点下方为热源,需要加入冷公用工程,若引入公用工程加热物流,会使得冷公用工程用量增大。)
违背以上三条,就会增大公用工程负荷及相应的设备投资。 可行性规则:
规则1 对于夹点上方,热工艺物流(包括其分支物流)的数目NH
NHNC不大于冷工艺物流(包括其分支物流)数目NC,即:
对于夹点下方,热工艺物流(包括其分支物流)数目NH不小于冷工艺物流(包括其分支物流)的数目NC , 即: NHNC(规则1保证了在夹点附近夹点匹配。)
规则2 夹点上方,每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于或等于冷物流的热容量流率CPC,即:CPH ≤ CPC 夹点下方,每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于或等于冷物流的热容量流率CPC,即:CPH ≥ CPC
(规则2保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最小传热温差Tmin。离开夹点后,由于物流间的传热温差都增大了,所以不一定遵
循该规则。)
5-7
5-8 如何建立换热网络综合问题的数学模型?
首先确定最小传热温差Tmin,再利用问题表格法确定夹点位置,再对
换热网络进行匹配,再分别对夹点上方和下方进行调优,最终得到相应的换热网络。
5-9 采用运转模型综合换热器网络的工作步骤如何?
转运模型综合换热网络步骤如下:
(1)确定出温度间隔
(2)计算最小公用工程费用分为物流匹配有限制和无限制情况
(3)改善网络的热集成性能,修改或消去换热网络中的夹点,减小公用工程费用,与整个化工生产过程系统的综合同时求解
(4)选择具有最少换热设备数的网络。得到每一匹配所包含的热、冷物流,热交换量,及各温度间隔的热流量
5-10 对一换热网络进行调优的目标是什么?
换热网络进行调优的目标:最大能量回收;最小传热面积;最少换热设备数;最小总费用。