[工程科技]过程系统节能—夹点技术

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1、过程系统节能—夹点技术冯霄西安交通大学化工系现行的能量系统是否合理？若不合理，哪些用能环节不合理？系统有多大的节能潜力？应如何进行节能改造？主要内容过程集成技术的发展历史夹点技术的基本原理夹点技术的新进展其它过程集成方法过程集成技术的发展历史化工过程的基本组成及存在的问题基本组成反应分离部分换热部分公用工程部分存在的问题：机械地分别考虑各部分，没有作为一个有机的整体。过程集成技术产生的主要原因内在因素资源匮乏能源紧张环境保护外在因素过程模拟过程综合过程的热力学第二定律分析过程改造什么是夹点技术夹点技术是以热力学为基础，运用拓扑学的概念和方法，对过程系统

2、作出直观、形象的描述与处理，从客观的角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。夹点技术的应用成果新设计降低操作成本30—50%节省投资10—20%老厂改造降低操作成本20—30%投资费用回收期1—2年夹点技术的基本原理夹点的形成及其意义换热网络设计目标换热网络优化设计换热网络改造综合蒸汽动力系统优化综合工艺系统的热集成夹点的形成及其意义当一股物流吸入或放出dQ热量时，其温度发生dT的变化，则dQ=CP·dT式中：CP—热容流率，单位为kW/℃。热容流率是质量流率与定压比热的乘积。如果把一股物流从供给

3、温度TS加热或冷却至目标温度TT，则所传的总热量为：Q=∫CP·dT若热容流率CP可作为常数，则Q=CP(TT-TS)=ΔH这样就可以用温-焓图上的一条直线表示一股冷流被加热或一股热流被冷却的过程。CP值越大，T-H图上的线越平缓。单一物流的温焓线的特征物流温焓线的斜率为物流热容流率的倒数温焓线可以在T—H图上平移，而并不改变其对物流热特性的描述冷物流热物流图2在过程工业的生产系统中，通常总是有若干冷物流需要被加热，而又有另外若干热物流需要被冷却。对于多股热流，我们可将它们合并成一条热复合曲线；对于多股冷流，我们也可将它们合并成一条冷复合曲线。物流的复合

4、温焓线复合温焓线的作法划分温区计算各温区内的热量每一个温区的总热量可表示为：图3热流的复合温焓线当有多股热流和多股冷流进行换热时，可将所有的热流合并成一根热复合曲线，所有的冷流合并成一根冷复合曲线，然后将两者一起表示在温-焓图上。在温-焓图上，冷、热复合曲线的相对位置有三种不同的情况夹点的形成但是，在夹点温差为零下操作需要无限大的传热面积，是不现实的。可以通过技术经济评价而确定一个系统最小的传热温差—夹点温差。因此，夹点可定义为冷热复合温焓线上传热温差最小的地方。确定了夹点温差之后的冷热复合曲线图夹点的特征夹点处的传热温差最小夹点处系统的热通量为零夹点的

5、意义（1）夹点处热、冷物流间传热温差最小，限制了进一步回收过程系统的能量，构成了系统用能的“瓶颈”。（2）夹点把过程系统分为两个独立的子系统：夹点上方为净热阱，夹点下方为净热源。夹点的分析夹点设计的原则夹点之上不应设置任何公用工程冷却器夹点之下不应设置任何公用工程加热器不应有跨越夹点的传热夹点位置的确定方法T—H图法问题表法划分温区计算各温区的热平衡进行外界无热量输入时的热级联计算外界输入最小加热公用工程时的热级联计算热通量为零处即为夹点问题表法（例题）物流编号和类型热容流率kW/℃供应温度℃目标温度℃1热流3.0170602热流1.5150303冷流2

6、.0201354冷流4.080140问题表法（例题）划分温区：(1)分别将所有热流和所有冷流的进、出口温度从小到大排列起来：热流体：30，60，150，170冷流体：20，80，135，140问题表法（例题）划分温区：(2)计算冷热流体的平均温度，即将热流体温度下降ΔTmin/2，将冷流体温度上升ΔTmin/2：（取ΔTmin=10℃）热流体：25，55，145，165冷流体：25，85，140，145问题表法（例题）划分温区：(3)将所有冷热流体的平均温度从小到大排列起来：冷热流体：25，55，85，140，145，165问题表法（例题）划分温区：(4

7、)划分温区：整个系统可以划分为五个温区，为：第一温区：165→145；第二温区：145→140；第三温区：140→85；第四温区：85→55；第五温区：55→25问题表法（例题）温区内热平衡计算：ΔHi=(∑CPC-∑CPH)(Ti-Ti+1)问题表法（例题）温区内热平衡计算：第一温区：ΔH1=-3.0(165-145)=-60第二温区：ΔH2=(4.0-3.0-1.5)(145-140)=-2.5第三温区：ΔH3=(4.0+2.0-3.0-1.5)(140-85)=82.5第四温区：ΔH4=(2.0-3.0-1.5)(85-55)=-75第五温区：ΔH

8、5=(2.0-1.5)(55-25)=15问题表法（例题）计算外界无热量输入时各