(完整版)热集成大作业

1、化工过程分析与合成大作业（甲醇制丙烯过程换热网络设计）贾锦波 31201023671、 提取流股根据所给的流程图和aspen plu朗文件，将原有换热网络打破，提取生产过程 中需要换热的冷热物流。在提取前，需先在流程图中为必要的流股进行编号，编号结果如下图绿色数字所示:UTILin WWE EfAT DUTV gg所 ITFILITY NME UAT DUTIf 幽I TIM htf nm WJUTY wtw )*at Durr g) top g utilhy mm.CuhL vrv<w)H-1£2E-3E-41-6 SH总YJE-7 E-SK-9 E-10SL AIRE-H篱

2、E-12的坪B 13E 141CE-lb凯仁t用fi-n化审E-1B1-1945UN08163571酊田®03774390K 71154 16712 -1323030087-Ei©-s?w1417313圈忡azs7-43BB3910-3120B-3DE 21F胃!E-5BKMESSE-36E 71E-第E30E-31E*E-33E制E Si E %af.CirraaW.CSMWHt K就-MVFRAIRAD?W.C中4CFK10002-EBOb -H3.242G1-36t417C02-11S7D2&迪-74B一限1-105S -6GJ-2G2. TI2BS6-130

3、7.2T1T213T1TSTGT718用146175.71044763一-a 日 is?, im 25L:SMSL=篁ERSU325234-91£3341901471141&17S7321729109祗40 2-3b&3.3-6CL9-33, S07.3112胃工WC4匕PRT七序C7M;Ht +i 七阔 <C.W.C29762-I4U67就锚.370te(> -272 6-1506.2-22106L睽S之后将过程流股与塔设备物流分别提取。制表如下:（注：过程流股由“ MTPM程t¥图-换热网络.jpg”得到，塔设备流股由“ DZY.bkp得到）

4、流股编号（始-末）初始温度/目标温度/流股类型Heat Duty/kW2-351.3275冷流股820194-5480190热流股-552566-772.850热流股-59478-983.550热流股-1417210-1187.550热流股-1352612-1396.230热流股-1255214-15387.8155热流股-3491316-174420热流股-613018-1914630热流股-19740.220-21103.930热流股-4961.222-2388203冷流股20429.824-2530.4-35热流股-1157026-27-4030冷流股354628-2937-40热流股-

5、385130-31106.2285冷流股2366732-3336.2106.6冷流股4260.734-3526.196.1冷流股1838436-37167.160热流股-105538-39166.260.3热流股-600.840-4160.140热流股-262.742-4353.640热流股-74644-4573.6163.4冷流股1709246-478850热流股-77712.348-495030热流股-8263过程名称初始温度/目标温度/流股类型Heat Duty/kWT1-TOP109101热流股-29762T1-BOTTOM145.9146冷流股32542T2-TOP7867.1热流股

6、-14723T2-BOTTOM158.2169冷流股28249T3-TOP33.920.8热流股-14967T3-BOTTOM103.6105.3冷流股13841T4-TOP-36.5-40.3热流股-6440.3T4-BOTTOM46.947冷流股9014T5-TOP53.352.8热流股-70859T5-BOTTOM62.462.7冷流股71145T6-TOP-70.5-92.4热流股-272.6T6-BOTTOM-9-8.6冷流股278T7-TOP-33.6-33.7热流股-1595.2T7-BOTTOM-10.8-9.6冷流股1517T8-TOP90.274热流股-22106T8-BO

7、TTOM154.2166.8冷流股8732T9-TOP110.4108.9热流股-1086.5T9-BOTTOM165.2169.8冷流股17292、 确定能量目标将换热流股输入ASPEN ENERGY ANALYZER V8好K选用的公用工程如下图所IN imeHetl COuMctT _£LCojt Ih£cm ICod/kJlSegm.liftWhni3 匚 LTarget L»d 同雨CtfectwCp 制他口TagelFawRato 一hiDT Coni CLP125.3mo1.W(ie-W/随瓦S.JlZfrHBO213B磔/GiabalMP5tean

8、I75,D174.0；FfKeEOE216OCOO4. DS le+OM1S812C6467f7mi -ihiCmIhj WartarF2DIWa oo2l2be-MrHMJU 优4 1的VIM272 IJ必b&/try bow lemperarurfr2703%口演.*用幅橘乳.QL，所D071 3414四£1即±5Sb*图2.1公用工程选用确定最小夹点温差：最小温差对于换热网络是至关重要的， 温差选择较大，则会 使得高品质的能量损耗，温差选择较小，则会使得传热面积无限大，使得设备的 投资费直线上升。不断改变火点温差，计算换热网络的总投资，得到趋势图。Range

9、Targets二o soon 8EQ 三0.600：0.7EO-IS20DeltaTmin iC)D T< tQ. C©u* Ind«u Tsr gat图2.2总投资随最小传热温差变化曲线图如图所示，在最小传热温差为6摄氏度时总投资达到最低，故选用6度作为后 续设计的最小传热温差，并作出组合曲线和总组合曲线图分别如下。Composi te Curves心 JmBOJrGrand Composite Curve-IttLlOi.mrwjrfi z.moc+ooB 氐寓口阴胃吼 go 帖灯 obow&hjob 物 函的见 i, rmn+（r）R finmncriF

10、Enthalpy tkj/h）度 nnnn图2.3冷热物流的组合曲线图和总组合曲线图由此可见，全工艺过程中有较大能量可以回用，另外，可选用多级公用工程，以更好的实现能量目标Utility Composite Curve图2.4自动匹配多级公用工程的总组合曲线图GHJnvMdulmJ同时，可从中得到火点温度为： 热流股125C,冷流股119C。 此外，能量回用目标也可由软件自动计算得出:Enengy TargetsHeating kJ/hl. Cooling kJ/h|3.2Gfe-3DS7.495e+OD8-NLfnber of Units Targets图2.5能量回用换热网络设计的Targ

11、etsPinch TemperdturesHot j CoE 1251)c piaoc 1D9.0C W3,0C2G,0C20.0 C3、 换热网络设计3.1 初选换热网络利用Aspen Energy Analyzer V8.6软件可推荐数十个换热网络， 将计算得到的 一系列换热网络与能量回用目标进行比较，计算结果如下表所示：表3.1推荐换热方案比较Tadl Ccsr lr 凶AtmU nhS h臼除Cay. CustlnikMH已MriuCuulr uOp. Cubt Indi-xX1闰 司 RI 国R 国四Final1MQ 39(1 57757.2 蛔i通5£：二56.2Ml a

12、s. 5123.S125.6I25.S-1E121.5A fcscn24 A_Eescn25 Ab&egT2/A_D»cn30官叩四 七匚xOnZ? A_Dea.gn2G A_Desjch28 ADeagriB1226J11.J1£'.3117.7547111.1110 4M2S3.21I2,Shn53.3电1125.6111.1110.9K7SI .711MOT.7_8071255111.1110.9第7融。117757612f 5111111CI»同6死2 95557117.752,652250.58ad05.6111.1110.990.5W7

13、 106 57S.G7&2125.S111.111£'J&5.112S.&111.1nftJTBIXSTOll« 150.7J6,TJ111 1i忖芋kbw中小%?编了nu50.1?6.t侬51I1.T110.9atE | IzrgetKTsngeJs| iJptcrs | r.nt« |JTrrin"Enter Reino fit Mode . REtMMBrtd -一财古.最终依据总花费最小原则，选定换热网络，并进行自动优化，如图4.2所示:图3.1初选换热网络3.2 换热网络能量分析初选的换热网络虽可行，但显示火点后

14、可发现，存在不少能量利用不合理的地方，如：3 MaHeading (UkVsJQ.2&®&9.3SUmino 沙利QJ螃IDQ.D口冲曲g ICtctAl04371110.9口才一75装TdCad CciIJe|0.7D56&I.7SNflCwcrfk Cast hdacas P芭芭Wk PedlDiranoeHE% Fleiatrg DJdi)4 g山度125.5Bdw kJN雷双般inifk.mbr 球 Uni'sG9-3C-1113Nkjmtn uf ShcU.263.DS： 10T ztalLAred m2-U0山的的IE图3.2显示夹点和回路

15、的初选换热网络1、有冷流股在火点以下使用了热公用工程（如换热器 E-147、E-166）.2、还存在有冷热流股跨火点换热的情况，如换热器 E-179等。以上两种情况都会增加公用工程的用量，应尽量避免。3、在该网络中，有大量的回路存在，如换热器 E-121与换热器E-179所构成 的回路（图中黄线所示），这将徒然增添换热器数量，在经济上并不合理。3.3 换热网络优化以最小公用工程用量为目标，并尽可能减少换热器数量3.4 可能将跨火点的换热情形去除2、将火点以上的冷公用工程移至夹点以下，同样，将火点以下的热公用工程移 至夹点以上。3、尽量避免高品位热量给低品位流股换热，即以温度相近为原则合理进行冷

16、热 匹配。4、网络中存在一股物流多次使用同一公用工程的几个匹配，可将其合并 以减少换热器数量。5、找出换热网络中的回路，将其打断，并进行热负荷集成分担，以减少换 热器数量。另外，在设计时可通过连接冷热公用工程的通路，进行网络松弛，以改变换热器匹配使换热满足要求。也应当时刻注意尽量避免跨夹点换热、 用高品位的公 用工程为低品位流股换热。经过以上各换热网络的优化手段，最终得到的换热网络如图3.3所示公用工程能耗有所减少，冷、热公用工程用量分别减少到了目标用量的110.4%123.8%。换热器数量由原来的69台减少至I 58台JL rJ 12 221Jrr，"憎(jrk PtrfREkiM

17、口 K HdVr"TeiHENXtf Tjfwt口说%的H-4ni k-4i|JW3<-OOemscoingi JCn4/aD23271?47匚嘲口 |即flJZJerDQE!11Q J0 口 Q前口口如电口.*泮1215ol Uri 健53 551Aptai ：二口叫3253UI7乜用HuHibe- nl Shdb11-5l060flQ>IM匚闻网皿目0.&11B1%.口T 口Fkw |m21 i2fr<KKTO0.Z图3.3优化后的换热网络以下列出58台换热器换热情况:Heat ExchangerLoad/(kJ/h)CostIndexAera/m2Sh

18、ellsHotStreamCold StreamE-134E-134182365734662.4472.64113112-1326-27E-189E-18993118628135.5449.46531116-17T6-BOTTOME-126E-12651019200445155.11857.49548-9Cooling WaterE-132E-1322.3E+08272719411714.8224T5-TOPCooling WaterE-185E-1851212752635086.4974.20571128-29Very Low TemperatureE-187E-18757201402681

19、6.6745.010361T7-TOPVery Low TemperatureE-198E-1982164470710903424603.511018-1934-35E-176E-1762.48E+0818364187890.561646-47Cooling WaterE-194E-194330818524156451701.395418-19Cooling WaterE-190E-190412560.766799.9173.3064238-39T1-BOTTOME-150E-15030167227270203.51049.539314-152-3E-152E-152173607587010.

20、93301.5282128-2926-27E-156E-1562907899110243.5352.5332236-37T5-BOTTOME-147E-14712879323194374.5755.103220-21Cooling WaterE-149E-14921409200210349.6837.752526-7Cooling WaterE-137E-1372895724498382.71358.1761114-15T3-BOTTOME-143E-1432956585116678.7453.14251T8-TOP34-35E-203E-203712789.998088.46299.9361

21、236-37T1-BOTTOME-186E-1863295354566189.53203.3325124-25Very Low TemperatureE-131E-13129746800776129.63275.222748-49Cooling WaterE-171E-17117493530611309.32514.619612-132-3E-217E-2172113681446392.7118.1423116-17Very Low TemperatureE-213E-213177310.913585.076.520189136-37Cooling WaterE-215E-2151448055

22、4113346.8435.52081T2-TOPCooling WaterE-151E-1512101286711097674707.20810T2-TOP34-35MPE-138E-13858581098538278.82138.8426Steam44-45E-179E-17928401984623432.82578.1516T8-TOPT4-BOTTOME-128E-128268560060984.84180.0689142-43Cooling WaterE-130E-13094572030222.2856.67938140-41Cooling WaterE-200E-2001071953

23、4451128.21889.42446-4732-33E-117E-1174980997119011.1465.5604120-21T5-BOTTOME-170E-170339071020020.8723.565091T4-TOPVery Low TemperatureE-115E-1154712962019587068092.13204-530-31E-214E-21448344997401259.71626.312410-11Cooling WaterE-162E-1628698455201631792.4324224-2526-27E-158E-15830815918369350515824.7133T8-TOP2-3E-218E-2182977248622572299670.28320T3-TOPCooling WaterE-178E-178507413.820063.2123.689621T3-TOP26-27E-180E-1801.07E+0816533937027.34615T1-TOPT5-BOTTOMMPE-182E-18223663038145979516.08312Steam22-23E-184E-18425870013393713.71587.2412-13Cooling WaterE-177E-177205