热交换网络的合成ppt课件.ppt

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1、热交换网络的合成热交换网络的合成方法，早在20世纪70年代，Ponton和Nishia曾提出试探法，80年代末英国人（UMIST）Linnhoff又发明了夹点法，以后随着计算机应用的迅速发展，人工智能技术也被应用到热交换网络合成领域，如专家系统、神经网络模型等。在诸多的热交换网络合成方法中，由于Linnhoff的夹点技术具有较强的实用性，至今已经被广泛的采用。夹点技术－－－PinchTechnique基本概念及热交换系统表示方法：1、换热网络的名词及假设热流：热交换网络内，那些需要由起始温度冷却到目标温度的流股。冷流：热交换网络内，那些需要由起始温度被加热到目标温度的流股。热交换网络的

2、提出一个化工生产过程的流程中，经常需要加热或冷却许多流股，最简单的方案是按各流股的质量流速、热负荷、进出口温度要求，分别引入外部热源或外部冷源，即用热水、蒸汽加热或用冷却水、冷冻液冷却。这种设计虽简单，设备投资费较少，但热力学效率常常是很低，能耗较大，显然是不经济。同时可以看到，一个化工流程的内部，有一些较高温的流股需要被冷却，而一些较低温的流股需要被加热，所以可以考虑将这些流股搭配起来，在流程内部用需要被冷却的较高温的流股来加热需要热量的低温的流股，可以实现能量的有效利用，从而节约了能量源，降低成本。减少流程对外界热源和冷源的需求，尽量使用流程内部的冷热流股互相搭配，以达到节约能源的

3、目的。在流程内建立热交换网络的根本目的：但会相应增加换热器投资。假设：◆冷热流股逆流换热，采用对数平均温差计算总传热量；◆各冷热流股的热容Cp值在换热温度范围内不随温度而变。2、热交换网络的表示方法（1）线、圈表示法1423C1C2H1H2H3（2）矩阵表示法H1H2H3C113C224（3）温度－焓图表示法（4）网络图表示法13C21H23H1H2C1C213C2HC1C2H1H2等价的线、圈表示图一、热交换网络的表示方法工艺流程图热交换网络图二、T-H图、夹点和热交换网络的最小能耗T-H图流股复合曲线图流股的温度－热焓复合曲线对于一个进口温度（Ti），目标温度（To）均已知。流量为

4、F，热容为Cp（不随温度而变的恒值）的流股，其焓变可表示为：1、单个流股的温度－热焓直线图△H2、多个流股的温度－热焓复合曲线（折线）图例如：A冷流股，热容流率CPA，温度从T5→T2B冷流股，热容流率CPB，温度从T3→T1C冷流股，热容流率CPC，温度从T4→T2THT1T2T3T4T5ABCTHT1T2T3T4T5ABCTHT1T2T3T4T5T5→T4区间，斜率：1/CPA;T4→T3区间，斜率：1/(CPA+CPC);T3→T2区间，斜率：1/(CPA+CPB+CPC);T2→T1区间，斜率：1/CPB;复合区间总焓变为：CPA（T4－T5）区间总焓变为：（CPA＋CPC）（

5、T3－T4）区间总焓变为：（CPA＋CPB＋CPC）（T2－T3）区间总焓变为：CPB（T1－T2）这样就完成了多流股的温度－热焓复合曲线（折线）。Qc,minQH,minΔTmin覆盖区夹点HOT夹点与热交换网络最小能耗图最大回收能量（最节能）的热交换网络设计原则：㈠、换热网络内温度高于夹点的流股，只要其温度变化范围在夹点以上，就不能引入外界冷源来进行冷却，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界热源）；㈡、换热网络内温度低于夹点的流股，只要其温度变化范围在夹点以下，就不能引入外界热源来进行加热，而应该用系统内流股与之搭配（或引入外界冷源）；夹点之处无热量通过，夹点上、下之间无热量交换

6、针对：流股物流t/℃tito1冷流1202352热流2601603冷流1802404热流250130例：有两股冷流体和两股热流体构成的热交换网络，如下表：冷热流体温度区间图热阶流图总复合曲线图三、热交换网络设计1、建立回收最大能量网络的准备工作冷热流体在热交换器中的温差必须大于最小换热温差。2、固体混和物的分离按夹点划分法则，夹点将热交换网络划分为两个子系统。夹点以上不用冷源，夹点以下不用热源，夹点处无热量穿透，此时回收的能量为最大。3、网络设计是在冷、热流股之间进行热交换的匹配。为满足最大回收热量的目标，首先考虑的是用最高目标温度的冷流股与具有最高供应温度的热流股进行交换。四、降低能

7、量回收的要求，减少换热器热交换网络合成（设计）例题：下表列出了冷、热各两股流的起始温度和目标温度，并给出了其热容流率。假设最小传热温差，△Tmin要求为20℃。1、根据夹点（Pinch）原理，请画出复合曲线（CompositeCurves），标出正确的Pinch点；2、计算出最大的回收能量（QREC）、外界最小输入冷量（QCmin）和外界最小加热量（QHmin）。流股类型进口温度Ti(℃)出口温度To(℃)热容流率CP（MW／℃）1冷20180