换热网络21-22

第四章第三节夹点设计夹点设计法的原则•第一，应该避免有热流量通过夹点；•第二，夹点上方应该避免引入公用工程冷却物流；•第三，夹点下方应该避免引入公用工程加热物流。•要先从夹点着手进行物流间匹配换热的设计•离开夹点后，允许设计者更灵活地选择换热方案，但应当遵循尽可能地减少换热器设备个数的设计原则，以减少设备投资费用。夹点匹配12C2C1H1夹点C2C1夹点13H2H1夹点匹配可行性规则1•对于夹点上方（热端），热物流（包括其分支物流）数目NH不大于冷物流书目NC，即：NH≤NC•对于夹点下方（冷端），可行性规则1可描述为：热物流（包括其分支物流）数目NH不小于冷物流书目NC，即：NH≥NC。（a）夹点上方的不可行匹配C5C4夹点1H3H2H1909090808023dT4dT580＋dT480＋dT5C5C4夹点1H3H2H1909090808023（b）夹点上方的可行匹配（采用冷物流分支）夹点1H2H1909080802H（c）夹点上方的可行匹配（设置加热器H）（a）夹点下方的不可行匹配C5C4dT2dT1夹点H2H190908080803C32190-dT190-dT2C5C4夹点2H2H1909080801803C3（b）夹点下方可行匹配（采用热物流分支）C5C4夹点2H2H190909080180C（c）夹点下方夹点处的可行匹配（设置冷却器C）夹点匹配可行性规则2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等于冷物流（或其分支）的热容流率，即FCp,H≤FCp,C。对于夹点下方，则上面的不等式变向，即FCp,H≥FCp,C。（a）夹点之上可行的匹配（b）夹点之上不可行的匹配夹点△T1△T2＝△TminFCp,H≤FCp,CFCp,HFCp,CFCp,HFCp,CFCp,HFCp,C夹点△T1△T2＝△Tmin≥（a）夹点之下可行的匹配（b）夹点之下不可行的匹配夹点△Tmin△T△TminFCp,HFCp,CFCp,HFCp,C≥FCp,HFCp,CFCp,HFCp,C夹点△Tmin△T△Tmin≤物流间匹配换热的经验规则•经验规则1选择每个换热器的热负荷等于该匹配的冷、热物流中热负荷较大者，使之一次匹配换热可以使一个物流（即热负荷较大者）由初始温度达到了终点，这样的匹配，系统所需的换热设备数目最小，减少了投资费。•经验规则2在考虑经验规则1的前提下，如有可能，应尽量选择热容流率值相近的冷热物流进行匹配，使得所选的换热器在结构上相对简单、费用低些。例题如表一个换热系统，指定热、冷流股间允许的最小传热温差△Tmin＝20℃。设计一个换热网络，其具有最大的热回收。解：采用问题表格，确定出系统所需的最小热、冷公用工程负荷分别为QH,min＝107.5kW，QC,min＝40kW；夹点处热物流的温度为90℃，冷物流温度为70℃。物流标号热容流率kW/℃初始温度℃终了温度℃热负荷kWH12.015060180H28.09060240C12.520125262.5C23.025100225问题表格012.5-12.56082.5-82.55300165135460165-10535062.5-12.52100101子网热量累积子网吸收热量C1C2H1H2子网热量累积子网放出热量有外界供热净热量累积子网净热量冷物流热物流子网号01060123420420420150(145)1209060(45)(40)(130)125100(70)(40)2520062.5227.5392.5475487.5010-2.5-107.527.5-55-67.5107.5117.5105013552.540.0外界加热介质最低温度133度外界冷却介质最高温度60度热端的设计1外界加热介质最低温度145度H12.0120C12.5137.5C23.0909070夹点145125120100150130H1H118120热端的设计2外界加热介质最低温度145度H12.0120C12.5137.5C23.0909070夹点1451251501301H120100135282120热端的设计3外界加热介质最低温度133度H12.0120C12.5137.5C23.0909070夹点1451251501301H1201001352113120冷端的设计1H28.02402604045254020H12.060C12.51259070夹点C23.013511323C80FCp＝3.51351052028FCp＝4.5冷端的设计2FCp＝4.17H28.02402604045254020H12.060C12.51259070夹点C23.013511323C8011512520FCp＝3.83整体设计H28.02402604045254020H12.060C12.51259070夹点C23.013511323C80FCp＝3.51351052028FCp＝4.5120H12.0120C12.5137.5C23.0901451251501301H1201001352113夹点设计法的步骤•（1）选取最小温差Tmin；•（2）计算在Tmin下的最小公用工程量；•（3）利用总合成曲线确定所需公用工程品位及其用量；•（4）如果该问题有夹点，将其从夹点处分为两部分（子问题）分别处理。夹点以上只需要加热流股，夹点以下只需要冷却流股。•（5）估计不同部分的换热器数量为N－1，N为每一部分的流股数（包括公用工程物流）；•（6）生成网络，对每个子问题，先从夹点开始设计，采用夹点匹配可行性规则及经验规则，决定物流间匹配换热的选择以及物流是否需要分支。即夹点以上遵循NH≤NC，CPH≤CPC；夹点以遵循NH≥NC，CPH≥CPC。•（7）去除热量循环。例题•一过程系统含有的工艺物流为2个热物流及2个冷物流。•选热、冷物流间最小允许传热温差∆Tmin＝10℃。•设计一个换热网络，其具有最大的热回收。物流号温度℃热容流率kW/℃热负荷kW初始终了H1160938.79588.9H224913810.551171.1C1601607.62762.0C21162606.08875.5子网号热物流冷物流子网净热量净热量累积有外界供热子网放出热量子网热量累积H1H2C1C2子网吸收热量子网热量累积1234567(270)249(170)160138(126)93(70)260(239)160(150)(128)116(83)600833.5105.5425.5105.5290.10问题表格00833.5939.01364.51470.01760.01760.0127.7480.3137.0301.4164.4251.5175.30127.7608.0745.01064.41210.81462.31637.6-127.7353.1-31.5124.1-58.938.6-175.30-127.7225.4193.9318.0259.1297.7122.4127.70353.1321.6445.7386.8425.4250.1外界加热介质最低温度270度外界冷却介质最高温度186度冷却介质最高温度83度H18.79588.9H210.551171.1C17.62762.0C26.08747.8270260249239170160H127.7747.817813812816015012611693837060104121.5423.3338.7C250.2C26.08127.7270260249239170160H127.7747.813812816015012611693837060137232.6250.1173.1588.9H18.79588.9H210.551171.1C17.62762.0C26.08747.8C26.08127.7C冷却介质最高温度128度