设计集8换热网络

1、目录第一章概述2换热流股和公用工程的确定3确定能量目标5.7节能综合效益分析12总结13第二章第三章第四章第五章第六章醚酯自信第一章 概述本项目为中韩（）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

2、。运用 Aspen EnergyyzerV8.4 软件来进行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（）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。醚酯自信1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

3、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程需要确定，根据装置建立在中韩（），因此所需要的公用工，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醚酯自信2图 2-3换热设备信息图醚酯自信3第三章 确定能量目标将上述工艺流股信息输入到 Aspen Energyyzer V8.4，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

4、-1 总费用与T 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T 关系曲线醚酯自信4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区（主要是反应器出口物流热量），利用 Aspen考虑到应充分利用该区热量，减少公用工程的消耗，所以Energyyzer V8.4 来优化换热网络。醚酯自信5第四章度较大，所获得的方案数目众多，但是合理的换热

5、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 flow sheet 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 Aspen Energyyzer V8.4 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 4-1 preview forbidden 分析图 4-2设计的度分析之后得到 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_DES

6、IGN9 作为最合理的初步设计方案。醚酯自信6图 4-3 ASPEN设计方案如图 4-4 所示：设计的比较情况图 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：第一，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

7、，需用冷凝器来实现该过程，由于物料组成的变化，CP 也不断变化，实际上两种公用工程的负荷分配与能量分析器给的结果不同。如果冷却水冷却的负荷较小，则可直接使用制冷剂，不使用两种公用工程，以节省一台换热器的设备费。醚酯自信7第二，在换热网络中出现的换热器回路也是使得操作费用增加的原因，在实际操作中，一般不能有回路的存在，故应该合并内的两台或多台换热器，使得回路被打破，系统度降低。所谓回路，主要在换热比较频繁的位置。图 4-5 优化前的设计方案中的回路第三，在换热网络的工程中存在着一些多次换热的情况，正常来说，能量较高的流股多次换热符合节省能量的原则，但是多次换热中不仅存在这换热设备的负担，同时不同

8、工段之间的整合更是大大加剧了管道布置和配管设置的，因此需要将某些换热频繁的流股进行简化，此时可以通过夹点换热，以达到消融和松弛的目的。以上三个原因增加了换热器台数，此外还可以通过冷热公用工程之间的“通路”Path 来调节各 Path 上的换热量，从而达到松弛换热器热负荷，甚至减少换热器数的目的。经过以上调节之后，得到优化之后的换热网络如下：醚酯自信8图 4-5 优化后的设计方案图 4-6 手动改造后的组合曲线图 4-7 手动改造后的总组合曲线醚酯自信9优化后的换热网络所需换热器数目为 38 台，数目减少且结构更为精简，符合换热网络的节能要求。其中包含 2 个流股热量回收利用的换热器，而且符合最

9、小传热温差的要求。优化后共需要冷公用工程 7.1108kJ/h，热公用工程 3.044108kJ/h。不含股间换热的情况共需要冷公用工程 4.515108kJ/h，热公用工程 5.649108kJ/h。优化后与不含流股间换热相比总花费减少了 9.17%，换热面积减少了 66.7%。醚酯自信10第五章 节能综合效益分析在该换热网络中，公用工程使用情况如表 5-1 所示：表 5-1 换热网络公用工程信息表优化后共需要冷公用工程 7.1108kJ/h，热公用工程 3.044108kJ/h。不含股间换热的情况共需要冷公用工程 4.515108kJ/h，热公用工程 5.649108kJ/h。优化后与不含流股间换热相比总花费减少了 9.17%，换热面积减少了 66.7%。醚酯自信11项目直接公用工程冷公用工程/kJ/h热公用工程/kJ/h总计/kJ/h4.5151085.64910810.1641087.11083.04410810.144108第六章 总结本项目使用了热集成节能技术，运用了 Aspen E