1.44亿立方米炼厂气深度脱硫联产7000吨甲硫醇项目6-4 附录四：换热网络设计.docVIP

2017年“东华科技-陕鼓杯”

2017年“东华科技-陕鼓杯”

第十一届全国大学生化工设计竞赛

镇海炼化1.44亿立方米/年炼厂气深度脱硫联产7000吨/年甲硫醇项目换热网络设计书

三峡大学热血无赖队

设计团队：三峡大学热血无赖队团队成员：孙佳静蹇湘鄂

设计团队：三峡大学热血无赖队

团队成员：孙佳静蹇湘鄂王慧敏付晨朱权

指导老师：罗华军范於菟周海峰罗来明

中石化镇海炼化分公司

1.44亿立方米/年炼厂气深度脱硫联产7000吨/年甲硫醇项目

换热网络设计

1.44亿立方米/年炼厂气深度脱硫

联产7000吨/年甲硫醇项目

换热网络设计书

设计团队：三峡大学热血无赖队

团队成员：孙佳静蹇湘鄂王慧敏付晨朱权

指导老师：罗华军范於菟周海峰罗来明

2017年7月

目录

TOC\o1-3\h\u256341.换热网络设计概述 1

225631.1夹点技术 1

184771.2夹点技术设计换热网络 3

167301.2.1流股数目准则 4

127081.2.2热容流率准则 4

261802.换热网络的设计 5

115532.1AspenEnergyAnalyzer介绍 5

27532.2物流信息的提取 6

312102.3全流程模拟换热 6

307892.3.1最小传热温差的确定 6

117432.3.2优化换热网络 9

323853.热泵精馏概述 13

281503.1热泵精馏的节能原理 13

67763.2热泵精馏的分类 15

19244.热泵精馏流程模拟 15

325365.热泵精馏的换热网络设计 16

227565.1确定最小传热温差 16

214605.2优化热泵换热网络 18

113236.总结 21

三峡大学热血无赖队PAGE1

1.换热网络设计概述

在大型过程系统中，存在大量需要换热的流股，一些物流需要被加热，一些物流需要被被冷却。大型过程系统可以提供的外部公用工程种类繁多，如不同压力等级的蒸汽，不同温度的冷冻剂、冷却水等。为提高能量利用率，节约资源与能源，就要优先考虑系统中各流股之间的换热、各流股与不同公用工程种类的搭配，以实现最大限度的热量回收，尽可能提高工艺过程的热力学效率。

热集成网络的分析与合成，本质上是设计一个由热交换器组成的换热网络，使系统中所有需要加热和冷却的物流都达到工艺流程所规定的出口温度，使得基于热集成网络运行费用与换热设备投资费用的系统总费用最小。

Aspen能量分析器软件采用过程系统最优化的方法进行过程热集成的设计，其核心是夹点技术。它主要是对过程系统的整体进行优化设计，包括冷热物流之间的恰当匹配、冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中的一些设备如分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的三维权衡；最终的优化目标是总年度运行费用与设备投资费用之和（总年度费用目标）最小，同时兼顾过程系统的安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境的影响等非定量的过程目标。

目前，换热网络合成主要有三种方法：试探法、夹点技术、数学规划法。其中，夹点技术以其使用简单、直观和灵活的优点被广泛的使用。因此，夹点技术不仅可以用于热回收换热网络的优化集成，而且可用于合理设置热机和热泵、确定公用工程的等级和用量，去除“瓶颈”、提高生产能力，分离设备的集成，减少生产用水消耗，减少废气污染排放等。

1.1夹点技术

夹点技术（Pinchtechnology）是以热力学为基础，以最小能耗为主要目标的换热网络综合方法。1978年，Linnhoff等提出了换热网络的夹点问题，指出夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收。1983年，Linnhoff比较系统的提出了用于换热网络综合的夹点技术，并推广应用于整个过程的能量分析与调优。

夹点技术从宏观角度分析过程系统中能量沿温度曲线的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”（Bottleneck）所在，并给以“解瓶颈”（Debottleneck）的一种方法。主要通过构造冷、热物流组合曲线，总组合曲线和平衡组合曲线来对工艺过程进行能量分析，制定节能设计和改造方案。

要形象的判断工艺流股的夹点位置，首先就要做出T-H复合图。T-H图是用来表示工艺流股的热特性，即流股的温度－焓的关系图，流股在换热过程中的焓变为：

其中M为质量流率，Cp为热容。

以焓变为横坐标，温度为纵坐标作出的T-H图如下：

图4-1T-H示意图

T-H图上，焓在热力学意义上并不严格，其中线段可以水平的随意移动，并不影响焓变的绝对值，其