第5章 夹点技术设计换热网络

物流标号热容流率CP/(kW/℃)初始温度Ts/℃终了温度Tt/℃热负荷Q/kWH12.015060180.0H28.09060240.0C12.520125262.5C23.025100225.0如何匹配冷热物流，能够最大限度地减少公用工程消耗？如何设计换热网络，使其总成本最低？换热网络的费用来自三个方面公用工程换热单元数传热面积第5章夹点技术设计换热网络夹点技术：以热力学为基础，分析过程系统中能量流沿温度的分布，从而发现系统用能的“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”。1978年，Linnhoff首次提出换热网络的温度夹点问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 。5.1夹点技术的基础理论5.1.1T-H图(温-焓图)W·cp-热容流率不同物流在T-H图上的标绘：冷物流热物流纯组分气化纯组分冷凝多组分气化多组分冷凝5.1.2组合曲线将系统的物流组合起来，以便于进行过程的冷、热物流的合理匹配。组合 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ：组合曲线的构造过程例题：三个冷物流，构造组合曲线。5.1.3在T-H图上描述夹点凡是等于P点温度的热流体部位和等于Q点温度的冷流体部位都是夹点。热流体的夹点温度与冷流体的夹点温度相差ΔTmin。夹点两曲线的垂直距离＝ΔTmin夹点描述所得信息：（1）过程系统的最小传热温差，夹点部位的传热温差最小；（2）最小的公用工程加热负荷QH,min；（3）最小的公用工程冷却负荷QC,min；（4）系统最大的热回收量QR,max；（5）夹点将系统分为热端和冷端，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱）;（6）冷端在夹点温度以下，只需要冷公用工程冷却(热源)。夹点温度差的影响：ΔTmin大，QH,min、QC,min增大，QR,max减小适宜的ΔTmin是总费用最低的优化值。5.1.4用问题表格法确定夹点热级联：每个单元都是相似的传热过程组成的串级结构。每一级相当于一个子网络第k级的热平衡(k=1、2、3、4、…..K)输出=输入-赤字Ok=Ik-DkDk=（∑CPC-∑CPH）(Tk-Tk+1)Dk+1T1TkTk+1I1IkIk+1IKD1DkDKOkO1OkOk+1热级联－虚拟的结构，同一温位的物流集中于同一级。例一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流，给定的数据列于表中，并选热、冷物流间最小允许传热温差△Tmin=20℃,试确定该过程系统的夹点位置。物流标号热容流率CP/(kW/℃)初始温度Ts/℃终了温度Tt/℃热负荷Q/kWH12.015060180.0H28.09060240.0C12.520125262.5C23.025100225.0子网络的分割，问题表格(1)：做法：表5-3问题表格(1)△Tmin=20℃子网络序号冷物流及其温度热物流及其温度kC1C2/℃H1H2/℃SN1SN2SN3SN4SN5SN6150145120906012510070402520对子网络进行热衡算：Ok=Ik-DkDk=（∑CPC-∑CPH）(Tk-Tk+1)k=1，（温度间隔为150～145℃)D1=（0－2)×(150－145)=-10（负赤字表示有剩余热量10kW）I1=0（无外界输入热量）O1=I1－D1=0－(-10)=10O1为正值，说明子网络1(SN1)有剩余热量供给子网络2(SN2)k=2，（温度间隔为145～120℃)D2=（2.5－2)×(145－120)=12.5（正号表示有热量赤字12.5kW）I2=O1=10子网络1(SN1)的剩余热量供给了子网络2(SN2)。O2=I2－D2=10－12.5=－2.5O2为负值，说明子网络2(SN2)只能向子网络3(SN3)提供负的剩余热量（即需要子网络3向子网络2供给热量，但这是不可能的）。k=3，（温度间隔为120～90℃)D3=（2.5+3－2)×(120－90)=105O3=I3－D3=－2.5－105=－107.5k=4，（温度间隔为90～60℃)D4=（2.5+3－2－8)×(90－60)=－135O4=I4－D4=－107.5－(－135)=27.5k=5，（温度间隔为40～25℃)D5=（2.5+3)×(40－25)=82.5O5=I5－D5=27.5－82.5=－55k=6，（温度间隔为25～20℃)D6=2.5×(25－20)=12.5（正号表示有热量赤字12.5kW）I6=O5=－55子网络5(SN5)无剩余热量供给了子网络6(SN6)。O6=I6－D6=－55－12.5=－67.5O6为负值，说明子网络6(SN6)热量不够，无法达到 规定 关于下班后关闭电源的规定党章中关于入党时间的规定公务员考核规定下载规定办法文件下载宁波关于闷顶的规定 的传热要求。问题表格2子网络赤字热量/kW无外界输入热量热量/kW外界输入最小热量序号Dk/kWIkOkIkOk问题表格(2)△Tmin=20℃SN1-10.0010.0107.5117.5SN212.510.0-2.5117.5105.0SN3105.0-2.5-107.5105.00SN4-135.0-107.527.50135.0SN582.527.5-55.0135.052.5SN612.5-55.0-67.552.540.0过程分析：消除I或O的负值，方法：引入公用工程加热负荷使I1=各子网络中最小负数的绝对值（107.5)得：结果:O3=0,在夹点处I1=QH,min＝107.5kW（最小公用工程加热负荷）O6=Qc,min＝40kW(最小公用工程冷却负荷）夹点特征：夹点处系统传热温差最小，等于ΔTmin；夹点处热流量等于0.夹点介于子网络3(SN3）和子网络4(SN4)之间，夹点处热流体温度90℃，冷流体温度70℃。若改变最小传热温差ΔTmin＝15℃，则结果如下：问题表格(1)△Tmin=15℃子网络序号冷物流及其温度热物流及其温度kC1C2℃H1H2123456150140115906012510075452520问题表格（2）子网络赤字热量/kW无外界输入热量热量/kW外界输入最小热量序号Dk/kWIkOkIkOk问题表格(2)△Tmin=15℃1-2002080100212.5207.510087.5387.57.5-8087.504-135-80550135511055-5513525612.5-55-67.52512.5结果比较：选用不同△Tmin值计算结果的比较20107.5409070158012.59075△Tmin/℃QH,min/kWQC,min/kW夹点位置/℃热物流冷物流5.1.5夹点的意义（1）夹点处，系统的传热温差最小（等于ΔTmin），系统用能瓶颈位置；（2）夹点处热流量为0，夹点将系统分为热端和冷端两个子系统，热端在夹点温度以上，只需要公用工程加热（热阱）冷端在夹点温度以下，只需要公用工程冷却（热源）；（3）在一定的ΔTmin下，确定了系统最小的公用工程加热负荷QHmin和系统最小的公用工程冷却负荷QCmin，以及系统最大的热回收量QR,max；（4）夹点处温度差的影响ΔTmin大，QH,min、QCmin增大，QR,max减小。适宜的ΔTmin是一个课题，一般以经验选取。(1)热量不能穿透夹点（2）夹点上方不能设置公用工程冷却（3）夹点下方不能设置公用工程加热系统具有最低公用工程消耗以及最大热回收的原则：夹点上方热阱夹点下方热源夹点QH,min+xQC,min+x夹点上方热阱夹点下方热源QH,min+yQC,miny夹点上方热阱夹点下方热源QH,minQC,min+zzx5.2换热器网络的综合换热器网络综合：确定具有最小设备投资，最小操作费用，能达到过程要求的换热器网络结构。具有可控性、稳定性和可操作性。方法：夹点设计法有效能法温度间隔法热力学温差贡献法数学规划法应用软件：ADVENT,HEXTRAN,INTERHEAT,MAGNETS,RESHEX及SUPERTRAGET等。夹点设计法的基本原则：(1)应该避免有热流量通过夹点；(2)夹点上方避免引入公用工程冷却物流；(3)夹点下方避免引入公用工程加热物流。违背以上三条，就会增大公用工程负荷及相应的设备投资。5.2.1夹点处物流间匹配换热的可行性 规则 编码规则下载淘宝规则下载天猫规则下载麻将竞赛规则pdf麻将竞赛规则pdf 夹点匹配：指冷、热物流同时有一端直接与夹点相同，即同一端具有夹点处的温度。夹点匹配非夹点匹配夹点匹配非夹点匹配可行性规则：规则1对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NH不大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NC，即：C5C4H2H1(a)H3312(a)热端夹点处不可行的匹配(b)热端夹点处的可行匹配（采用冷物流分支）(c)热端夹点处的可行匹配（采用设置加热器H)312(b)C4C3H1（C）H2C5H21[90-(80+dT4)]或[90-(80+dT5)]均小于Tmin,只好采用公用工程冷却物流,违反基本原则2对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）数目NH不小于冷工艺物流（包括其分支物流）的数目NC,即：C4C3H1H2C5（d）1（d）冷端夹点处不可行的匹配（e）可行的匹配采用热物流分支（f）可行的匹配设置冷却器C312(e)C4H3H1（f）H2C5C21[(90-dT1)-80]或[(90-dT2)-80]均小于Tmin,只好采用公用工程加热物流,违反基本原则3规则2夹点上方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于或等于冷物流的热容量流率CPC,即：CPH≤CPC夹点下方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于或等于冷物流的热容量流率CPC,即：CPH≥CPC规则2保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最小传热温差Tmin。离开夹点后，由于物流间的传热温差都增大了，所以不一定遵循该规则。（a)夹点之上，可行的夹点匹配；（b)夹点之上，不可行的夹点匹配。（a)夹点之下，可行的夹点匹配。CPHCPC（b)夹点之下，不可行的夹点匹配。CPH 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 5.3换热器网络的调优目标：最大能量回收；最小传热面积；最少换热设备数；最小总费用。方法：首先设计能量最优换热网络；然后采用能量松弛进行结构优化。换热网络的最少换热器个数：U=N-S+LU:换热设备个数；N:网络中存在的独立流股数；(热流股、冷流股、公用工程流股,不包括物流分支)S:网络中分离为独立的子网络数；L:网络中存在的独立热负荷回路数。一般情况下，S=1，所以若要使U最小，必使L=0，即无热负荷回路，此时有：U=Umin=N-15.3.1最少换热设备个数与热负荷回路热负荷回路级别和回路识别：热负荷回路:第1级回路（3,5)第2级回路（1,2,3,4）（1,2,5,4）（C1,3,4,C2)（C1,2,1,C2)（C1,5,4,C2)（a）独立（3，5）（1，2，3，4）共用3，不独立（1，2，5，4）。（b）独立回路（C1，3，4，C2）（3，5）消去共用单元3，则构成不独立的回路（C1，5，4，C2）。(c)独立回路（1，2，3，4）（C1，3，4，C2）消去共用单元3，4，则构成不独立回路，（C1，2，1，C2）。14C2C1325214354C2C13则总的换热设备单元数：U=3（源物流）+3（阱物流）+3（独立的回路）-1（子系统）=8与图中一致：所以：6个回路中存在3个独立的热负荷回路，即（3，5）、（1，2，3，4）、（C1，3，4，C2）5.3.2热负荷回路的断开通常把回路中第一个单元设备的热负荷分配给其他设备单元。热负荷串中奇数位置的单元设备减去所要合并的单元设备的热负荷，偶数位置则加上该热负荷。5.3.3热负荷路径及能量松弛夹点设计法得到的最大热回收系统结构如图.热负荷回路:(1,4)(H1,3,2,H2)保证热负荷非负外，还要检验是否大于热负荷回路的断开断开回路（1，4）合并换热器4，但T2-T1=18<20℃(因为1,4跨过了夹点,断开后有一定的热负荷通过夹点),如何提高T2?“热负荷路径”:在加热器和冷却器间由物流和换热器连接而成.（H1，1，C）,使换热器1达到最小的传热温差,求出X=4kW这称为能量松弛:加热器H1和冷却器C热负荷增加,以此为代价,减少了一个设备单元4,而且不违背最小允许传热温差的规定调优后的换热网络