化工过程分析与合成7.pptxVIP

化工过程分析与合成7;7.1 化工生产流程中换热网络的作用和意义;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。;7.2 换热网络合成问题;7.2.2 换热网络合成的研究;Linnhoff和Flower的工作;;7.3 换热网络合成—夹点技术;;7.3.2 温度区间;;温度区间具有以下特性：;例7-1 最小允许温差△Tmin为10 ℃， 划分温度区间;第15页/共86页;7.3.3 最小公用工程消耗;Di －区间的净热需求量 Ii －输入到第i个温区的热量，这个量或表示从第i-1个温区传递的热量，或表示从外部的加热器获得的热量； Ｑi －从第i个温区输出的热量。这个量或表示传递给第i+1个子温区的热量，或表示传递给外部冷却器的热量。;3. 设第一个温区从外界输入的热量I1为零，则该温区的热量输出Q1为： （7－4） 在根据温度区间之间热量传递特性，并假定各温度区间与外界不发生热量交换，则有： （7－5） （7－6） 利用上述关系计算得到的结果列入问题表。;4. 若Ｑi为正值，则表示热量从第i个温区向第i+1个温区，这种温度区间之间的热量传递是可行的。 若Ｑi为负值，则表示热量从第i+1个温区向第i个温区传递，这种传递是不可行的。 为了保证Ｑi均为正值，可取步骤3中计算得到的所有Ｑi中负数绝对最大值作为第一个温区的输入热量，重新计算。 如果上一步计算得到的Ｑi均为正值，则这步计算是不必要的;例7-2:利用例7-1中的数据，计算该系统所需的最小公用工程消耗。假设热公用工程为蒸汽，冷公用工程为冷却水，它们的品位及负荷足以满足物流的使用;从表7-2可得到以下信息;二、 夹点的概念;;;7.3.4 温焓图与组合曲线; T－H图上的焓值是相对的。基准点可以任何选取 ??于热物流，取所有热物流中最低温度T，设在T时的H=HH0，以此作为焓基准点。从T开始向高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对T作图，得到热物流的组合曲线 对于冷物流，取所有冷物流中最低温度T，设在T时的H=HC0（HC0 ＞HH0），以此作为焓基准点。从T开始向高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对T作图，得到冷物流的组合曲线;例7-3 根据例7-2的数据，用T－H图表示冷、热物流的组合曲线;第28页/共86页;;由于T－H图上的H值为相对值，因此曲线可以沿H轴平移而不会改变换热量。基于这一特点，可以用T－H图来描述夹点 将冷物流的组合曲线沿H轴向左平移，这时两条曲线之间的垂直距离随曲线的移动而逐渐减小，也就是说传热温差△T逐渐减小 当两条曲线的垂直最小距离等于最小允许传热温差△Tmin时，就达到了实际可行的极限位置。这个极限位置的几何意义就是冷、热物流组合曲线间垂直距离最小的位置 这个最窄的位置就是夹点;;;;7.3.5夹点的特性;夹点的位置特性;设有x单位热量从夹点流过，根据焓平衡，必将使夹点之上热公用工程用量增加x单位，同时也使夹点之下的冷公用工程用量增加x单位。;结论;夹点的传热特性;夹点是整个换热网络传热推动力△T最小的点 所以在夹点附近从夹点向两端的△T是增加的。这是由于在夹点的一侧，流入夹点流股的热容流率之和总是小于或等于流出夹点流股的热容流率之和;对没有流入夹点的流股4我们称这为从夹点进入的流股，流股1和2为通过夹点的流股 对任意一条组合曲线而言，流入夹点的流股数应小于或等于流出夹点的流股数 （7-9）;7.4 夹点法设计能量 最优的换热网络;;7.4.1 匹配的可行性原则;夹点匹配与非夹点匹配 (a) 夹点匹配;(b)匹配(2)不是夹点匹配 (c) 匹配(3)不是夹点匹配;1） 总物流数可行性原则;因为夹点之上使用外部冷却器会使总公用工程消耗增大，从而达不到能量最优的目的 利用流股分割可以避免夹点之上使用冷却器 为了保证能量最优，夹点之上的物流数应满足 NH为热流股数或分支数，NC冷流股数或分支数。 流股的分割可以保证上式成立;相反，为了避免在夹点之下使用加热器，以保证能量最优，夹点之下的流股数应满足;;2. FCp可行性原则;第50页/共86页;;夹点处设计过程;第53页/共86页;7.4.2 流股的分割－FCp表;最小允许传热温差△Tmin 为20℃ 利用问题表法计算得到：最小加热量为107