第八讲 化工过程热集成仿真

1、最常用的化工过程最常用的化工过程分层设计模型是左图所分层设计模型是左图所示的洋葱模型，由里到示的洋葱模型，由里到外逐层细化设计。外逐层细化设计。过程热集成设计的过程热集成设计的对象是换热系统的拓扑对象是换热系统的拓扑结构和公用工程的规格结构和公用工程的规格配套设计。配套设计。洋葱模型分层洋葱模型分层结构的能量关系如结构的能量关系如右图所示：热回收右图所示：热回收子系统通过内部物子系统通过内部物流之间的换热来减流之间的换热来减少对外部公用工程少对外部公用工程的依赖，提高系统的依赖，提高系统能效；蒸汽动力子能效；蒸汽动力子系统是适用于大量系统是适用于大量高温放热过程的可高温放热过程的可选项。选项。

2、工艺过程子系统工艺过程子系统热回收热回收子系统子系统蒸汽动力蒸汽动力子系统子系统能量供给（热公用工程）能量供给（热公用工程）废热排出（冷公用工程）废热排出（冷公用工程）原料原料产品产品副产副产蒸汽蒸汽过程热集成设计的方法过程热集成设计的方法 夹点技术夹点技术 Pinch Technology Pinch Technology 温-焓图和组合曲线2. 夹点的形成3. 夹点的意义和设计原则夹点技术是广泛应用的过程热集成夹点技术是广泛应用的过程热集成设计的有效方法，其要点如下设计的有效方法，其要点如下：物流的热特性可以用物流的热特性可以用(T-H )图表示图表示两流股间的换热两流股间的换热: :温度

3、及焓的变化在温度及焓的变化在(T-H )图上能够很好地表达。图上能够很好地表达。H (MW)T ()Hot StreamCold StreamQEQHQCComposite Composite CurveCurve多股流股的组合温焓线多股流股的组合温焓线Pinch Pinch Point Point (1)(1)将全部热物流的组合温焓线与全部冷物流将全部热物流的组合温焓线与全部冷物流的组合温焓线绘制在同一（的组合温焓线绘制在同一（T-H）图上：）图上：HTHot StreamCold StreamPinch Point Pinch Point (2)(2)焓是热力学状态函数，具有实际意义的是其

4、增焓是热力学状态函数，具有实际意义的是其增量而非绝对值。因此可以将组合曲线水平移动。量而非绝对值。因此可以将组合曲线水平移动。HT冷、热组合曲冷、热组合曲线在横坐标上线在横坐标上的重叠部分代的重叠部分代表两类流体间表两类流体间可交换的热量，可交换的热量，在纵坐标上的在纵坐标上的差值代表传热差值代表传热温差。温差最温差。温差最小处称为夹点。小处称为夹点。极限情况是夹极限情况是夹点温差为零。点温差为零。QEPinch Point Pinch Point (3)(3)对于有限大的传热面积，最小传热温差不能为对于有限大的传热面积，最小传热温差不能为零。设定最小传热温差值，就可根据零。设定最小传热温差值

5、，就可根据(T-H)图中的图中的HTQCQHQEjjjjETAhQ）（冷、热组冷、热组合曲合曲线得到系统内线得到系统内部换热量部换热量QE、冷公用工程量冷公用工程量QC 和热公用工和热公用工程量程量QH。如果将每个温区中的冷、热流股的焓变加和起来，如果将每个温区中的冷、热流股的焓变加和起来，计算总焓变，并在温焓图上表示，则可得到总组计算总焓变，并在温焓图上表示，则可得到总组合曲线。合曲线。TH由总组合曲线可知不同温位下的传热通量分由总组合曲线可知不同温位下的传热通量分布，能更合理地配置公用工程。布，能更合理地配置公用工程。能量目标2. 换热单元数目标3. 换热网络面积目标4. 经济目标SLNU

6、min1S0L1 N222,2min1111minSLNUSLNU夹点之下：夹点之上：，2min1minmin，UUUTH,min1()jiiijijqATh CCHHEQCQCC)/(minmincNUAbaUCRCBCCNET/设备折旧年限年运行时间；RBCCHHEQCQCC)/(minmincNUAbaUCAspen Energy Analyzer Aspen Energy Analyzer 入门入门Aspen Energy Analyzer Aspen Energy Analyzer 入门入门 基本使用步骤基本使用步骤 独立应用（独立应用（1 1） 基本使用步骤基本使用步骤 独立应用（独立应用（2 2） User Interface Unit Pre