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化工节能技术|夹点技术原理及应用(上)

行业资讯 / 2021-07-31 23:42

本文摘要:1夹点设计概述化工工艺历程中存在多股需要加热或者冷却的物流,此外另有冷热公用工程,这些物流可以在温-焓( T-H) 图中划分合并成冷热物流切合曲线。当在水平偏向上,两曲线相互靠近直到到达最小的传热温差△Tmin时,热接纳的量到达最大,公用工程到达最小,两曲线最靠近的地方为夹点,其中温度高的叫热夹点,温度低的叫冷夹点。 换热网络的夹点设计手段是由外洋的以Linn Hoff教授为首的研究小组提出的,现在成为换热网络设计的首要接纳的方法。

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1夹点设计概述化工工艺历程中存在多股需要加热或者冷却的物流,此外另有冷热公用工程,这些物流可以在温-焓( T-H) 图中划分合并成冷热物流切合曲线。当在水平偏向上,两曲线相互靠近直到到达最小的传热温差△Tmin时,热接纳的量到达最大,公用工程到达最小,两曲线最靠近的地方为夹点,其中温度高的叫热夹点,温度低的叫冷夹点。

换热网络的夹点设计手段是由外洋的以Linn Hoff教授为首的研究小组提出的,现在成为换热网络设计的首要接纳的方法。通过夹点技术的设计,可以很大水平上淘汰能量的浪费,这种方法已大量运用于化工的生产,该技术在指导化工节能方面提供了理论基础,对化工的节能具有很大指导的作用。

2夹点位置简直定确定夹点位置的方法主要有两种:T-H图法和问题表法。(1)T-H图法在T-H图上可以直观的形貌夹点位置,为确定历程系统的夹点,需要给出下列数据:所有历程物流的流量、组成、压力、初始温度、目的温度、以及选用的冷热物流间匹配换热的最小允许传热温差△Tmin。用作图的方法在T-H图上确定夹点位置的步骤如下:1) 凭据给出的冷、热物流的数据,在T-H图上划分作出热物流组合曲线及冷物流组合曲线。2) 热组合曲线置于冷组合曲线的上方,而且让两者在水平偏向相互靠拢,当两组合曲线在某处的垂直距离恰好即是△Tmin时,该处即为夹点。

(2)问题表法T-H图法主要针对物流比力少,要求不准确的流程,但当物流比力多并要求准确确定夹点时,T-H图法就显着不如问题表法便捷,但盘算步骤比力繁琐。3夹点技术的基本设计原则夹点将换热系统分为两部门,为了淘汰公用工程的消耗量,一个完整的换热网络应该遵循以下三个原则:(1)不应有跨越夹点的传热;(2)夹点之上不应设置任何公用工程冷却器;(3)夹点之下不应设置任何公用工程加热器。

如果违背这三条原则,则会造成公用工程的浪费,因为如果多消耗一种公用工程,就需要用另一种公用工程加热或者冷却。4换热网络优化的基本准则(1)流股数目准则凭据夹点设计的基本原则,夹点之上只能用热公用工程加热,同理夹点之下只能用冷公用工程冷却,如果违背此原则,会造成公用工程的浪费,流股数目准则如下:1)对于夹点上方,热物流(包罗其分支物流)的数目要小于或即是冷物流(包罗其分支物流)数目,即2)对于夹点上方,热物流(包罗其分支物流)的数目要大于或即是冷物流(包罗其分支物流)数目,即(2)热容流率准则为保证温差不小于△Tmin,夹点处匹配的流股的热容流率需满足以下准则:1)对于夹点上方,每一夹点匹配中热物流(或其分支)的热容流率要小于或即是冷物流的热容流率:2)对于夹点下方,则:此外,在满足以上两个原则的前提下,为了使换热器的数量到达最少,淘汰设备投资的用度,每一次换热匹配时应该使其中一条物流到达换热目的。

5.问题表法我们已经知道换热网络的设计方法划分是T-H图法和问题表法,鉴于T-H图法的设计精度不够准确,此处便以详细事例给出详细的问题表法设计历程。表5-1 物流参数物流编号和类型热容流率CP/(Kw/℃)入口温度/℃出口温度/℃1 热物流3150402 热物流1.5170653 冷物流2.0301204 冷物流4.080140表5-1是相关的物流参数,最小的传热温差我们取10℃,试设计该换热系统的换热网络及夹点位置和公用工程的用量。5.1 温区的划分1.将所有的冷热物流的温度划分从小到大排列。

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热物流:40 65 150 170冷物流:30 80 120 1402.盘算冷热物流的平均温度,即热物流温度下降最小温差的一半(5℃),冷物流上升最小温差的一半(5℃)。热物流:35 60 145 165冷物流:35 85 125 1453.将所有的冷热物流的平均温度从小到大排列。35 60 85 125 145 1654.温区划分。

分区划分如图1.图1 温区划分5.2 温区内热平衡盘算热平衡的盘算式如下:由以上盘算式可以求得每个温区的所需的外加热量。第一温区:△H1=-1.5(165-145)=-30Kw第二温区:△H2=(4.0-1.5-3.0)(145-125)=-10Kw第三温区:△H3=(4.0+2.0-1.5-3.0)(125-85)=60Kw第四温区:△H4=(2.0-1.5-3.0)(85-60)=-62.5Kw第五温区:△H5=(2.0-3.0)(60-35)=-25Kw5.3 盘算外界无热量输入时的热通量第一温区的输入热量为0,其余各温区的输入热量为上一温区的输出热量。第一温区: 输入热量=0Kw 输出热量=0+30=30Kw第二温区: 输入热量=30Kw 输出热量=30+10=40Kw第三温区: 输入热量=40Kw 输出热量=40-60=-20Kw第四温区: 输入热量=-20Kw 输出热量=-20+62.5=42.5Kw第五温区: 输入热量=42.5Kw 输出热量=42.5+25=-67.5Kw5.4 确定最小加热公用工程用量在热力学上,每个温区的热通量必须大于或者即是0,显着第三温区的输出热量小于0,也即是第四温区向第三温区供热,显然是不行行的,因此需要有外来的热量向第三温区供热,也即最小加热公用工程用量为20Kw。5.5 盘算最小加热公用工程时各温区的热通量在确定最小加热公用工程为20Kw时,第一温区的输入热量为20Kw,其余其余各温区的输入热量为上一温区的输出热量。

第一温区: 输入热量=20Kw 输出热量=20+30=50Kw第二温区: 输入热量=50Kw 输出热量=50+10=60Kw第三温区: 输入热量=60Kw 输出热量=60-60=0Kw第四温区: 输入热量=0Kw 输出热量=0+62.5=62.5Kw第五温区: 输入热量=62.5Kw 输出热量=62.5+25=87.5Kw由以上盘算历程可知冷公用工程用量为87.5Kw,平均夹点温度为85℃,也即热夹点温度为90℃,冷夹点温度为80℃。以上盘算历程涉及到的问题表见表5-2.表5-2 问题表6.初始换热网络设计在完成问题表法的设计后,我们可以凭据上述效果完成对初始换热网络的设计。在举行设计之前我们需要假定本设计所有物流的热容流率是稳定的(实际是变化的)。

初始换热网络应为最大热接纳的换热网络,因此就必须没有跨过夹点的换热,所以在设计换热网络时需要将换热网络分为夹点之上和夹点之下两个系统举行设计(对于多夹点系统,需要分为更多的子系统)。本系统的热夹点温度为90℃,冷夹点温度为80℃。对于夹点之上:图2 夹点之上夹点上方涉及到的物流有四条,及其所需的热量如图2所示。由图可知,夹点之上所有冷物流需要320KW的热量去加热,而热物流只能提供300KW的能量,多余的20KW需要热公用工程去提供,与问题表法所盘算量一致。

夹点上方的换热网络如图3。图3 夹点上方的换热网络对于夹点之下:图4夹点之下夹点下方涉及到的物流有三条,及其所需的热量如图4所示。由图可知,夹点之下所有热物流需要187.5KW的热量举行冷却,而冷物流仅有100KW,其余的87.5KW需要冷公用工程去冷却,与问题表法所盘算量一致。

夹点下方的换热网络如图5。图5 夹点下方换热网络设计该系统的换热网络如图6所示。图6 换热网络以上即是用问题表法举行夹点设计的手算历程,历程繁琐但效果比力可靠,通过以上设计历程可知通过冷热物流换热共接纳400Kw的热量,在举行工厂设计时具有很好的节能效果。

随着盘算机技术的生长,上述历程完全可以交给盘算机完成,而且提高了盘算精度和盘算速度。下期预告:简朴先容Aspen Energy Analyzer夹点盘算软件的设计历程。


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