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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 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 调整冷热物流的组合曲线,使得最小传热温差不小于指定

(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 C1 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 冷,热组合曲线:

40

353

413

2400

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

不大于冷工艺物流(包括其分支物流)数目 NC,即: NH ? NC 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: NH ? NC (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。


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