换热过程背景与hextran功能概要

HEXTRAN与过程热集成主要内容换热过程背景与HEXTRAN功能概要HEXTRAN计算步骤换热器的设计计算夹点技术的基础理论换热器网络的合成换热网络优化换热过程背景

与

HEXTRAN功能概要换热过程背景化工企业三个子系统化学装置（ChemicalPlant）换热器网络（HeatExchangerNetwork）公用工程（UtilitySystem）节能的关键在于提高各个子系统用能的合理性和各子系统间能量匹配的合理性。换热器网络是设备种类单一的子系统，除了设备性能继续得到改进外，该子系统的综合一直受到很多关注。化学

装置换热

网络公用

工程过程开发的三个层次过程合成（ProcessSynthesis）

过程集成（ProcessIntegration）

全局过程集成（TotalSiteIntegration）

过程集成全局过程集成化学

装置换热

网络公用

工程过程合成热力学定理热力学—研究自然界中与热现象有关的各种状态变化和能量转化的规律的科学。第一定律：能量转化在数值上守恒第二定律：过程按能量品位降低的方向进行应用：运用第一定律，可以建立热和功之间的定量关系；运用第一、二定律，研究过程的方向和限度。换热过程的经济性对于变温热源，热量Q的最大做功能力为：(卡诺循环)恒压下，对于单纯的换热过程，δQ=dH=CpdT代入上式：其中，T1，T2分别为流体的初温和终温由上式可知，相同的环境温度下T0，相同的热量Q，热力学平均温度Tm越大，做功能力越大。换热过程的经济性对于换热过程，假设没有换热器的散热损失。根据热力学第一定律,高温流体给出的热量QH即为低温流体得到的热量QL：|QH|=|QL|=Q传热前，热量QH的最大做功能力为：传热后，热量QL的最大做功能力为：传热过程的损耗功应是：换热设备即使没有散热损失，热量在数量上完全回收仍然有功损耗换热过程的经济性当环境温度T0、传热量Q和传热平均温度之积(THm*TLm)恒定时，损耗功与传热温差成正比关系，即能耗费用随传热温差减小而降低。对于一定的传热量，为减少温差必须增加传热面积，导致设备投资增加，存在能耗费用与投资费用的矛盾。换热过程的经济性在传热量Q和传热温差相同时，损耗功与流体的传热平均温度之积成反比，显然低温传热的损耗功要比高温的大。高温传热允许有较大的传热温差，低温传热允许的温差较小。

换热过程节能的主要方向是减少传热温差，尽量做到温位匹配最优温度差在设计过程中，我们常常规定一个最小温度差ΔTmin，来决定两个物流是否能进行换热。ΔTmin→∞换热面积趋于零，公用工程最大ΔTmin→0换热面积最大，公用工程需求最小，当温差下降一定温度时，冷热物流完全换热，需要公用工程提供换热的冷量或热量，此温度称为阈值温度。ΔTmin取值是针对投资和公用工程统一优化的结果。推荐的换热温差

(KingC.J.,SeparationProcesses.2nded.)介质类别终端温差℃冷剂：-101℃2.5～3-70℃～-75℃3～4-55℃～-62℃3～5-40℃～-41℃4～5-23℃～-24℃5～60℃～20℃5～10冷却水5～20锅炉水20～40空气20～50能源与设备投资的比价在实际开发过程中，各种方案最直接体现的是能源利用量和设备投资的不同。在不同时代，能源与设备投资的比价等技术经济条件也发生了重大变化。能源与设备的比价上升了21倍之多能源价格骤升，能量消耗在经济性指标中的比重越来越大，促使人们将更多的目光投向了节省能量的过程开发方法上。时间原油钢材20世纪70年代3美元（6人民币）/桶3000元/吨2014年100美元（650人民币）/桶15000元/吨换热网络热集成换热网络热集成热力学方法 夹点分析PDM (PinchDesignMethod)数学规划法人工智能专家系统窄点挟点夹点分析PDM最小传热温差夹点技术的核心是以热力学为基础，结合优化计算，充分利用换热网络和公用工程之间的联系，引入夹点允许最小传热温差这一重要的决策变量。根据能量目标构造一个具有最大能量回收特性的换热初始网络，其基本点是找出夹点位置，禁止通过夹点传递热量再以设备投资费用和操作费用最小为目标，对初始网络进行调优，从而获得一个最优或接近最优的换热网络。夹点的出现限制了冷热物流间的进一步热量交换，同时，夹点也将换热网络分成两部分，夹点之上和夹点之下。夹点之上只能引入热公用工程夹点之下只能引入冷公用工程热和功的集成－热泵热泵是一种把热量从低温端送向高温端的系统，是一种节能设备。它消耗一部分高质量的能量，通过热力循环，把自然环境或生产排放出的余热加以挖掘进行利用。热泵的效率热泵的操作费用取决于驱动压缩的机械能或者电能的费用，热泵的经济性能是已消耗单位功量Ws所取得的供热量来衡量的，称为制热系数ω。对于可逆热泵（逆卡诺循环）的制热系数为：由于实际过程中，压缩机运转总是有一定的机械能效率、工质流动过程中摩擦起热及漏热造成实际热泵制热系数要小于可逆热泵的制热系数，能效系数COP值。热泵的效率例：某空调器低温制热量为5230W，低温制热输入功率为2235W，则其COP值为5230/2235=2.34，其从环境中吸收的热量为2995W假定改用电加热，则它得到的热量与消耗的电量是相等的，因此热泵是一种比较合理的供热装置。热泵热水器采用空调产品中逐渐成熟的空气源热泵技术，吸收环境中的热量，通过逆卡诺循环工作原理加热用水。热泵热水器的耗电量只需电热水器的1/4左右。化学工业中的热泵燃料价格提高，为了提高热力学效率，允许利用同一精馏塔的塔底液体冷凝塔顶蒸汽。当节省的冷凝和蒸发的公用工程费用及热交换器的购置费用超过与压缩机相关的操作费用和购置费用时，这种设计就更具优越性。热和功的集成－热机许多化学反应都是放热反应，放出的热量不仅数量大而且温度较高，这是一种宝贵的余热资源。应该先用功后用热。热机是从高温热源吸收热量，将其一部分转化为功对外输出，一部分剩余热量在低温下输出。热和功的集成－热机热机的概念和例子煤气化为核心的多联产系统合理用能的基本原则总原则是“按需用能，按质用能”要能尽其用，防止能量的无偿降级采用最佳推动力原则按能量级别综合利用能量Q=K*A*MTDK

由传热过程总热阻的大小来决定，受换热器内外部液体的流动 状态、换热面的形状及尺寸等的影响。A

采用单位体积传热面积比较大的翅片管、波纹管、板翅传热面等 材料，使单台设备的单位体积的传热面积明显提高，充分达到换 热设备高效、紧凑的目的。MTD

传热温差的增大将使整个热力系统的不可逆性增加，降低了热力 系统的可用性。换热过程及总体效率模拟软件的功能通过以下方面增加收益：减少能量消耗更好地利用可用能量减少投资增加生产能力HEXTRAN如何实现?...通过下面的方法改进换热设备操作性能换热器校核与设计过程中改进换热系数 通过优化流股分割减少公用工程消耗详细的经济评价选项通过多变量数据回归调和工厂数据通过下面的方法提高换热网络效率使用目标法计算理论的热量回收合成得到最佳的换热网络使用换热面积投资回报优化分析添加额外的换热面积使用换热器评价法判定换热设备的性能HEXTRAN的功能单一换热器—校核/设计HTRI/HTFS的接口夹点技术能量回收目标法/换热网络合成优化流股分割优化换热面积投资回报优化清洁循环优化数据调适/回归背景知识－HTRI/HTFSHTRI（HeatTransferResearchInc.）美国传热研究公司，是1962年发起组建的一个国际性、非赢利性的合作研究机构，会员遍布全球，取得了大量的研究成果，积累了换热器设计的丰富经验，在传热机理、两相流、振动、污垢、模拟及测试技术方面做出了巨大贡献。近年来，该公司在计算机应用软件开发上发展很快，所开发的网络优化软件、各种换热器工艺设计软件计算精度准确，不仅节省了人力，提高了效率，而且提高了技术经济性能。

HTFS（HeatTransferandFluidFlowService）英国传热及流体服务中心，于1967年成立，隶属于英国原子能管理局。该中心有会员数百家，长期从事传热与流体课题的研究，所积累的经验和研究成果不仅广泛用于原子能工业，而且用于一般工业。它最大的特点是与大学和企业合作，进行专门的课题研究，研究成果显著。在传热和流体计算上更精确，开发的HTFS、TASC各类换热器微机计算软件备受欢迎。严格计算的换热器单元STE－管壳式换热器（Shell-and-tubeexchangers）所有类型包括锅形再沸器和冷凝器评价和设计模式DPE—套管式换热器（Double-pipeheatexchangers）纵向翅片MTE—复管式换热器（Multi-tubeheatexchangers）纵向翅片ACE—空冷式换热器（AirCooledExchangers）包括翅片计算FTE—翅片管换热器（FinnedTubeExchangers）RBE—折流杆板式换热器（Rod-and-BaffleExchangers）PHE—板框式换热器（Plate-and-FrameHeatExchangers）管壳式换热器相关标准介绍TEMA（TubularExchangerManufacturersAssociation）美国管壳式热交换器标准

TEMA标准是国内外比较公认、流行性很广的换热器工程设计标准ASTM（AmericanSocietyforTestingandMaterials）美国试验与材料协会成立于1898年，是世界上最早、最大的非盈利性标准制定组织之一，目前ASTM已出版发布了10000多个标准。ASTM标准质量高，适应性好，不仅被美国各工业界纷纷采用，而且被美国国防部和联邦政府各部门机构采用。HEXTRAN软件IONAOrbix 分布式应用程序设计CORBA平台ObjectStorePSEPro

Java扩展网络计算的Jini系统SunJavaRuntimeMicrosoftSQL用于保存用户数据MSDAC

Microsoft数据访问组件

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