全国化工大赛-恒逸石化杯-云南省云维某年产十万吨醋酸乙烯酯设计生产改造项目8-换热网络优化设计.docxVIP

河南大学只争朝烯队

云南云维年产10万吨醋酸乙烯项目换热网络优化设计

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2019年“

2019年“东华科技-恒逸石化杯”

第十三届全国大学生化工设计竞赛

云南云维化工有限公司

醋酸乙烯酯生产项目

换热网络优化设计

湖北大学-我不知道团队

团队成员：曹欢攀、尹驰、张海鹏、李论、刘梅芳

指导老师：杨世芳、龙华丽

目录

TOC\o1-3\h\z\u一、换热网络理论基础 1

1.1概述 1

1.2夹点技术 1

1.2.1温焓图 1

1.2.2复合曲线 2

1.2.3夹点的意义 3

二、工艺流股提取 3

三、换热网络合成 5

3.1AspenEnergyAnalyzer介绍 5

3.2使用上主要步骤 6

3.3换热网络合成过程 6

四、换热网络优化 8

4.1遵循的可行性规则 8

4.2主要方法 9

4.3采取优化步骤 9

4.4换热网络一览表 13

参考文献： 16

一、换热网络理论基础

1.1概述

在化工生产过程中，一些工艺物流需要加热，而另一些工艺物流需要冷却，合理地将这些物流匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流、提高过程的热回收率，以便尽可能减少公用工程加热和冷却负荷是一个多方案、多目标的集成问题。

通过换热网络合成确定出工艺流程，使它具有最小的冷换设备（换热器、加热器和冷却器）投资费用和操作费用，并将每一个过程物流由初始温度达到指定的目标温度（也即达到最小公用工程负荷目标、最小换热单元数目标、最小传热面积目标、年总费用最小目标）。除此之外，换热网络还要求具备较好的灵活性、操作性和可控性。

1.2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。

1.2.1温焓图

要形象的判断工艺流股的夹点位置，首先就要做出T-H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：

?H

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1-1温焓图

（线段AB的斜率为物流热容流率的倒数；

线段AB在T-H图中水平移动并不改变其对物流热特性的描述，因为水平移动时物流的初始和目标温度以及热量△H不变。）

1.2.2复合曲线

对于多股冷、热物流的情况，需要将多股冷物流（或热物流）揉合成一条虚拟冷物流（或热物流），即复合曲线。

构造复合曲线的方法：

（1）首先把热过程物流分别标绘在T-H图上；

（2）然后分割成若干个温度区间；

（3）在每个温度区间内把物流的热负荷累加起来，用一个虚拟物流代表；

（4）将各温度区间的虚拟物流首尾相接。在对冷热流股都进行了合并后我们可以得到如下图：

图1-2冷热流体的组合曲线图

夹点的选取对于整个工程的费用有着决定性的作用。从图中我们可以发现，当夹点选取越小时，内部换热量增加，公用工程费用减少，但是随着夹点温度的减小，换热器的面积增加，当夹点温度设置为零时，换热器面积达到无限大。因此，夹点温差与公用工程、设备投资、总费用的关系存在下图关系：

图1-3最小温差与费用关系图

1.2.3夹点的意义

? 夹点之上只有换热和热公用工程，如果夹点之上设置了冷却器，用冷公用工程取走热量Q，那么根据热平衡，这部分热量必须由热公用工程来弥补。

? 同理，夹点之下只有换热和冷公用工程，如果夹点之下使用热公用工程来加热，也必然需要增加冷公用工程用量。

? 如果发生跨越夹点的传热，即夹点之上的热物流与夹点之下的冷物流进行换热，那么夹点之上的热公用工程和夹点之下的冷公用工程用量都必然增加。

二、工艺流股提取

在换热网络设计前，我们已经对反应器、塔设备进行了优化，以减少了许多不必要的能量能耗。我们再将可以需要热交换的数据（考虑到反应器的热稳定性等问题，不将其列入换热网络中）进行了提取，列于下表（流股编号为AspenPlus初始编号）：

ColdStream

ColdTin(℃）

ColdTout(℃）

Refrigerant2

-40

-39

Refrigerant1

-25

-24

ToReboiler@T0406_TO_S417

68.9467094

69.5639344

Refrigerant1