全国化工大赛-恒逸石化杯-中韩（武汉）石化年产11.5万吨醋酸乙烯酯项目8-换热网络设计.docx

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目录

第一章概述 2

第二章换热流股和公用工程的确定 3

第三章确定能量目标 5

第四章换热网络的设计与优化 7

第五章节能综合效益分析 12

第六章总结 13

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第一章概述

本项目为中韩（武汉）石化年产11.5万吨VAc副产4万吨CO2项目，因原料的预热、产品的降温、精馏塔都是非常耗能的过程，故运行成本是其中一个很重要的考核参数，其中很重要的一部分是公用工程的消耗，通过换热网络的设计和优化，可以尽可能地实现对内部流股热量的集成和最大化利用，减少公用工程的消耗。

本项目采用乙烯气相法的工艺，该工艺由VAc合成工段、气体回收与精制工段、VAc精制工段共三个工段组成。为尽可能地实现流程内部热量的集成和最大化利用，以减少公用工程的消耗，降低能耗。我们运用AspenEnergyAnalyzerV8.4软件来进行换热网络的设计，并且寻找可能节能的措施，以最大限度的降低成本。

从整个工艺流程来看，本项目需要较大量的冷公用工程，包括冷却水、-30℃的制冷系统两个等级，而热公用工程主要用于流股的预热及塔釜的再沸器加热等过程，所使用的热公用工程为0.8MPa、125℃的低压蒸汽、4MPa、250℃的中压蒸汽。

所用公用工程来源均来自中韩（武汉）石化的资料和数据分析。冷公用工程使用本项目厂区内的循环水站及冷冻站产生，热公用工程由本项目厂区公用工程站提供。为了充分集成过程中的热量，本项目设计了全厂换热网络来提高能量集成的效果。

第二章换热流股和公用工程的确定

之后开始过程流股的提取过程，其中注意的是需要将中间流股和塔设备的流股分来来看，其中排除几个流股不输入，如R0101使用冷公用工程进行换热产生低压蒸汽，在本项目公用工程统计时依然会考虑这部分冷公用工程。过程过程流股提取如下：

图2-1过程流股物流信息图

由于设计的VAc合成装置建立在中韩（武汉）石化，因此所需要的公用工程需要确定，根据调查，得到可以使用的公用工程情况如下：

图2-2公用工程物流信息图

图2-3换热设备信息图

第三章确定能量目标

将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzerV8.4，在能量分析器中，对最小传热温差进行经济评估，获得总费用-最小传热温差关系曲线如图3-1：

图3-1总费用与ΔT关系曲线

如图3-2操作费用指标，设备费用指标与最小传热温差的关系：

图3-2操作费用指标，设备费用指标与ΔT关系曲线

在图中选取总费用最小且变化趋势相对平稳部分的温度作为最小传热温差进行后续计算。分析此图可以看出，最高效的传热温差为20℃。

在设定最小传热温差后，获得的组合曲线如下图所示：

图3-3组合曲线

图3-4总组合曲线

经分析可以发现热物流组合曲线存在平台区（主要是反应器出口物流热量），考虑到应充分利用该平台区热量，减少公用工程的消耗，所以我们利用AspenEnergyAnalyzerV8.4来优化换热网络。

第四章换热网络的设计与优化

换热网络的设计，自由度较大，所获得的方案数目众多，但是合理的换热网络需要经过筛选与优化。在设计换热网络时，需要考虑工艺流股换热的可能性，最好还要将设备费用等因素也考虑进去，以便获得最为合理的换热网络。为简化换热网络，将从flowsheet中得到的流股分流设置为1。充分考虑股间换热的可能性，在AspenEnergyAnalyzerV8.4给出的Design中选取其中最为经济且换热面积较小的设计方案进行后续优化过程，如下图所示：

图4-1previewforbidden分析

图4-2推荐设计的自由度分析

之后得到10个初步设计如下图所示，而系统比较的是换热面积和节省能量方面，选取其中最为经济且换热面积较小的设计方案进行后续优化过程，如图所示，A_DESIGN9作为最合理的初步设计方案。

图4-3ASPEN推荐设计的比较情况

设计方案如图4-4所示：

图4-4优化前的设计方案

该换热网络的换热器数目为43台，按照最小换热器台数原则，还可以撤去若干台换热器。该换热网络中有部分换热器换热面积很小，热负荷也很小，可以删去。在松弛和消融的过程中主要要注意一下几个方面：

对于在换热过程中发生相变化或组成变化的物流，其热容流率CP值并非一个常数，但是能量分析器中默认为常数处理。当牵涉到多公用工程换热时，冷却水与制冷剂的负荷分配与能量分析器计算是有出入的，因为CP不应作为常数处理。比如分离反应产物时，需要将产物与未反应的气体分离，需用冷凝器来实现该过程，