换热网络设计
夹点技术（下）换热网络设计详细教程（附Aspen源程序文件）
夹点技术（下）换热网络设计详细教程（附Aspen源程序文件）本教程以丙烯环氧化工段为例对换热网络的夹点设计过程进行详细说明，模拟的源文件来源于某一届化工设计大赛国赛特等奖作品。
本教程重在过程，夹点的原理已在本人的夹点技术原理与应用一文进行了详细介绍，因此本文不再进行解释说明。
另本教程参考了熊杰明老师及包宗宏老师的相关书籍，大家有什么不懂可以买来参考。
有兴趣学习的同学可以在本文文末获取Aspen源程序文件。
下面正式开始介绍使用Aspen Energy Analyzer进行换热网络设计的过程。
1、修改单位在进行设计之前，根据需要我们可以对单位进行修改，修改的方法具体为T ools/Preference/Variables/Variables/Units/Available Unit Sets页面下选用或者修改单位集。
本例采用默认的单位集。
2、数据导入本例采用直接从Aspen plus的模拟文件导入的方法，具体过程如下：（1）首先新建一个热集成文件，即点击Creat New HI Case创建新文件，出现如图的界面图1 新建文件其中上面的图标表示的含义从左往右依次是：从Hysys流程中导入数据、从Aspen流程中导入数据、从Excel中导入数据、打开目标查看窗口、打开复合曲线窗口、打开总复合曲线窗口、打开公用工程复合曲线窗口、打开换热网络网格图窗口。
（2）从Aspen流程中导入数据图2 从Aspen流程中导入数据图3 数据导入在左侧的Steps栏中，是导入的具体步骤，每一步都有相应的提示，从上往下步骤依次为选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件、设定详细的选项、选择流程、改变公用工程或添加公用工程、选择加热器的公用工程、选择冷却器的公用工程、选择换热器的经济数据。
在右下角中的Tips中会提示你提供的模拟文件必须收敛，没有错误等等，有兴趣的可以将此提示看看，此处不再详细介绍。
点击“Next”，选择文件的路径。
17、第七章 换热网络 夹点设计
H1
Ok = Ik – Dk Ik+1 = Ok
I1=0 SN1 SN2 D1=(0-2)(150-145)= -10 I2=O1= I1- D1=10 D2=(2.5-2)(135-110)=12.5 I3=O2= I2- D2=-2.5
物流 热容 初始 终了 热负 标号 流率 温度 温度 荷
H1 H2 C1 C2
Ik
DK Dk =
Ok
0 冷热均衡。 > 0 需外部提供热量。 < 0 有剩余热量。
Ik
DK
Ok
Ik：外界或其它网络供给 k 网的热,输入。 Ok：k网向外部或其它网排出的热量，输出。 则： 热衡式： Ik = Ok + Dk 变形：Ok = Ik – Dk （k = 1,2…N) 同时由于各网格间联系的存在，有： Ik+1 = Ok
计算第一个网格，由于此 前没有其他网格，故输入 视为0。
Ok = Ik – Dk Ik+1 = Ok
物流 热容 初始 终了 热负 标号 流率 温度 温度 荷
D1 = ∑Cpcold ( Tk – Tk＋1 ) –∑Cphot (Tk’ – Tk＋1’ ) = (∑Cpcold - ∑Cphot ) (Tk – Tk＋1 )
7.2.2 换热网络合成的研究
换热网络合成技术的研究主要经历了四个阶段： (1)Hohmann的开创性工作 Hohmann在温焓图上进行过程物流的热复合， 找到了换热网络的能量最优解，即最小公用消 耗。
温焓图（T – H 图）； 1 结构：横轴为焓，纵轴为温度。 2 物流在T – H 图上的标绘： T
T A
H2 B
E
H1
D
03-4-附录4-换热网络设计
142.3641
HP Steam
250
249
107.6359
107.1359
240
HP Steam
250
249
10
116.7719
201.8796
HP Steam
250
249
48.12039
47.62039
132.6982
HP Steam
250
249
团队
Hot T out [C] 138.0545 Load [kJ/hr] 173644 2 732411 3 1.96E+0 8 1.7E+08 404652 7 815496 85 1.69E+0 8 2.37E+0 8 154759 16 593381 87 Area [m ] 7.8696 87 241.39 67 8469.6 21 3284.2 38 15.738 47 1089.9 01 5637.7 47 7093.5 38 189.75 33 375.17 33
59.80709
36.83643
39.023
65.80067 132.1202 72.62247 72.62247 64.6 32.60864 20
42.83001 24.00531 53.73564 95.5739 6.768103 57.10864 9.005331
45.01658 66.26579 12.81538 52.62247 9.005331 57.60864 9.912605
To Reboiler@T304_TO_EG To Condenser@T302_TO_LIGHT2 To Reboiler@T303_TO_BG To Condenser@T301_TO_LIGHT To Condenser@T305_TO_AZ-R R201_heat
换热网络设计
在伪夹点处将其化为两部分，再应用夹点设计方法无 公用工程端不具有与公用工程匹配的灵活性
流股分流
问题：
三条热流股和两条冷流股匹配，夹点处不 违背 Tmin 约束，必有一条热流股不可能 冷却到夹点温度。
解决方法：
将一个冷流股分流为两个并行支流
流股分流
流股数目准则： SH ≤SC （夹点上方） SH ≥ SC （夹点下方） SH ——夹点处的热流股数目（包括分支流股） SC ——夹点处的冷流股数目（包括分支流股） 因夹点上方可用热公用工程，冷流股可多于热流股； 因夹点下方可用冷公用工程，热流股可多于冷流股。
门槛问题设计
门槛问题特点：
无夹点 只用冷公用工程或热公用工程 最受约束部分为无公用工程端
无公用工程端的意义
传热温差最小-- Tmin 需用特殊匹配才能达到目标温度--CP不等式可使 用 可当作夹点问题的部分进行处理
门槛问题设计
无公用工程端可视为夹点 可当作夹点问题 的一半处理
门槛问题设计
1）在夹点上方，b图中3,4流股匹配不能 满足3流股的热负荷，需与2流股匹配。 2）c图中，用热公用工程满 足冷流股的剩余冷却负荷
附加匹配间的热负荷最大化，夹点上方的剔除流股2
夹点设计方法
1）在夹点下方，b图中1,4流股 匹配不能满足1流股的热负荷， 需与2流股匹配。 2） c图中，用冷公用工程满足 热流股的剩余冷却负荷
最小能量设计 最小面积设计 壳程数目 投资方费用和总费用
剩余问题分析
以最小能量设计为例
对数据进行问题表格分析，计算出Qcmin 和QHmin 。 将匹配好的冷、热流股从数据流股中移走，对剩余 数据再做问题表格分析，计算Qcmin 和QHmin 。 判断是否有能量惩罚。 ① Qcmin 和Qhmin 不增加，无能量惩罚。 ② Qcmin 和Qhmin 增加，穿越夹点传热或能量惩罚
换热网络设计
换热⽹络设计⼀.简介：化学⼯业是耗能⼤户，在现代化学⼯业⽣产过程中，能量的回收及再利⽤有着极其重要的作⽤。
换热的⽬的不仅是为了改变物流温度使其满⾜⼯艺要求，⽽且也是为了回收过程余热，减少公⽤⼯程消耗。
在许多⽣产装置中，常常是⼀些物流需要加热，⽽另⼀些物流则需要冷却。
将这些物流合理的匹配在⼀起，充分利⽤热物流去加热冷物流，提⾼系统的热回收能⼒，尽可能减少蒸汽和冷却⽔等辅助加热和冷却⽤的公⽤⼯程（即能量）耗量，可以提⾼系统的能量利⽤率和经济性。
换热⽹络系统综合就是在满⾜把每个物流由初始温度达到制定的⽬标温度的前提下，设计具有最加热回收效果和设备投资费⽤的换热器⽹络。
我们主要介绍利⽤夹点技术对换热⽹络进⾏优化。
通过温度分区及问题表求出夹点及最⼩公⽤⼯程消耗，找出换热⽹络的薄弱环节提出优化建议，寻求最优的匹配⽅法。
再从经济利益上进⾏权衡提出最佳的换热⽹络⽅案。
提⾼能量的利⽤效率。
⼆.换热⽹络的合成——夹点技术1、温度区间的划分⼯程设计计算中，为了保证传热速率，通常要求冷、热物流之间的温差必须⼤于⼀定的数值，这个温差称作最⼩允许温差△Tmin。
热物流的起始温度与⽬标温度减去最⼩允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、⽬标温度⼀起按从⼤到⼩顺序排列，⽣称n个温度区间，热物流按各⾃冷、个温区，n从⽽⽣成表⽰，Tn+1……T1,T2分别⽤．的始温、终温落⼊相应的温度区间。
温度区间具有以下特性:（1）.可以把热量从⾼温区间内的任何⼀股热物流，传给低温区间内的任何⼀股冷物流。
（2）.热量不能从低温区间的热物流向⾼温区间的冷物流传递。
2、最⼩公⽤⼯程消耗（1）.问题表的计算步骤如下：A：确定温区端点温度T1，T2，………Tn+1，将原问题划分为n个温度区间。
B：对每个温区进⾏流股焓平衡，以确定热量净需求量：Di=Ii－Qi=（Ti－Ti+1）（∑FCPC－∑FCPH）C：设第⼀个温区从外界输⼊热量I1为零，则该温区的热量输出Q1为：Q1=I1－D1=－D1根据温区之间热量传递特性，并假定各温区间与外界不发⽣热交换，则有：Ii+1=QiQi+1=Ii+1－Di+1=Qi－Di+1利⽤上述关系计算得到的结果列⼊问题表(2).夹点的概念（⾃⼰画图7-3）从图中可以直观的看到温区之间的热量流动关系和所需最⼩公⽤⼯程⽤量，其中SN2和SN3间的热量流动为0，表⽰⽆热量从SN2流向SN3。
第4章 换热网络综合设计
3
C
2.0
40 60
2
8.0
2 125
3 20
20 2.5
25 3.0
夹点冷端的流股匹配（2）
Q 60 4.17 240 3.83
125 135
7
具有最小公用工程加热与冷却负荷的整体设计方案
夹点
150℃ H1
90℃ H2
90℃ 1
90℃
80℃ 3
80℃
4
C
60℃
40 60℃
2
125℃
118℃
H1
70℃
5
方案 1
夹点 H1 90 H2 90
1
C1 70
C2 70
1
135
CP
80
60
3
C
2.0
40
60
2
8.0
28
2
3
105
20
20 2.5
25 3.0
夹点冷端的流股匹配（1）
Q 60 3.5 240 4.5
125 135
6
方案 2
夹点 H1 90 H2 90
1
C1 70
C2 70
1
115
CP
80
60
H1
2
C1
2.5
C2
3.0
夹点端温度 另一端温度
(℃)
(℃)
90
150
70
125
70
100
热负荷 (kW)
120 137.5
90
分析： ◆ 流股数符合规则1： NH <NC
(热流股数 1，小于冷流股数2) ◆ 热容流率符合规则2： CPH<CPC
供热系统中的换热器网络优化设计与运行控制
供热系统中的换热器网络优化设计与运行控制换热器是供热系统中的重要组成部分，它起到了热量传递的关键作用。
换热器的网络优化设计与运行控制是提高供热系统能效和经济性的重要手段。
本文将从换热器网络的设计、运行控制等方面，探讨如何优化供热系统中的换热器。
首先，换热器网络的设计是优化供热系统的关键一环。
在设计过程中，需要充分考虑供热系统的热负荷、热源和热网的特性等因素，以确定合理的换热器网络结构和尺寸。
设计时应尽量减小热源和热网之间的温度差，提高热量传递效率。
同时，还应考虑换热器的布局方式、管道连接方式等，以降低系统的压力损失和能耗。
此外，还可以通过选择合适的换热介质、管道材料和绝热材料等，提高系统的传热效果和热损失控制能力。
其次，运行控制对于换热器的优化设计同样重要。
通过合理的运行控制策略，可以实现供热系统的稳定运行和高效能运行。
在日常运行中，应根据实际热负荷情况，合理调整供热模式、换热器的运行参数等，以保证系统的热平衡和热效率。
例如，在高峰时段可以适当提高供热温度，以满足用户的热量需求；而在低负荷时段，可以降低供热温度，减少能耗。
此外，还可以利用先进的控制技术，如PID控制、模糊控制等方法，对换热器的运行进行智能化控制，以更好地适应供热系统的变化。
另外，换热器维护与管理也是优化供热系统的重要环节。
定期的检修和维护可以保证换热器的正常运行和延长其使用寿命。
在维护过程中，应及时清理换热器内部的污垢和沉积物，以保持管道的畅通和换热面的清洁。
同时，还应定期检查并更换损坏的换热器元件，以确保系统的正常运行。
此外，还可以利用在线监测技术，对关键参数进行实时监测和分析，以发现和解决潜在问题。
总之，供热系统中的换热器网络优化设计与运行控制是提高供热系统能效和经济性的重要手段。
通过合理设计换热器网络结构、优化运行控制，可以实现供热系统的稳定运行和高效能运行。
同时，定期的维护和管理也是保证供热系统长期稳定运行的关键措施。
为了进一步提高供热系统的性能，未来可以开展更多的优化研究，如换热器网络的动态调控、能源回收利用等方面的研究。
第6章 换热网络 (1)
换热器热负荷
换热器面积
冷流
冷流出口温度设定
冷流入口温度设定
6.2.2 Aspen Energy Analyzer
换热网络网格图
6.2.2 Aspen Energy Analyzer
自动设计换热网络 ——首先将Case文件转换为Project文件
6.2.2 Aspen Energy Analyzer
夹点处热物流的温度为90℃，冷物流的温度为70℃
4. 按夹点技术设计换热网络——手动设计方案
热端（夹点上方）的设计
夹点上方 H1 150 1 夹点 90
CP
2.0
Q
120
C1 C2
125 H
100
118
70 70
2.5 3.0
137.5 90.0
H
CPH ≤CPC N H ≤ NC
经验规则1 一次换热处理完一股物流
第6章 换热网络设计
——Aspen Energy Analyzer 介 绍
主要内容
6.1 夹点技术回顾 6.2 Aspen Energy Analyzer的应用
6.1 夹点技术回顾
第5章 夹点技术设计换热网络
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。
CPHCPC
（b) 夹点之下，不可行的夹点匹配。 CPH<CPC
5.2.2 物流间匹配换热的经验规则
经验规则1 每个换热器的热负荷应等于该换热器冷热物流匹配
中热负荷较小者，以保证经过一次换热，既可以使一个物流达 到规定的目标温度,以减少所用换热设备的数量。
Q W c p (Tt Ts ) H
T Tt Ts 1 斜率 H H W cp
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：
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 ℃)
D 3=（2.5+3－2) ×(120－90) = 105
O3 = I3 － D 3 = －2.5 － 105= －107.5
k =4，（温度间隔为 90～60 ℃)
D 4=（2.5+3－2－8) ×(90－60) = －135
(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
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
夹点匹配 非夹点匹配
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：
节能-9换热网络优化设计
4.4 换热网络优化设计 4.4.2 初始网络的生成
为满足最大换热负荷准则，每次匹配应换完两股 为满足最大换热负荷准则， 物流中的一股。 物流中的一股。 在流股1和流股 的匹配中，流股物流都被换完， 和流股4的匹配中 流股 和流股 的匹配中，流股物流都被换完， 说明该匹配在夹点之上为一独立的子系统； 说明该匹配在夹点之上为一独立的子系统；在流 匹配中， 股2和3匹配中，换完了热负荷较小的物流 ，流 和 匹配中 换完了热负荷较小的物流2， 股3所剩的加热需求，由公用工程加热器提供。 所剩的加热需求，由公用工程加热器提供。 所剩的加热需求 则，在夹点之上，换热网络子系统如下图所示： 在夹点之上，换热网络子系统如下图所示：
17.5kW 120kW 0 70 C 90kW （a） ）
90kW
图4-19 夹点之上的不同匹配
6
4.4 换热网络优化设计 4.4.1 夹点技术设计准则
还要指出的是， 还要指出的是，该准则主要是针对夹点处的物 夹点处的物流必须遵守该准则； 流，夹点处的物流必须遵守该准则；而在远离夹 点处，只要温差许可，物流可逐次进行匹配， 点处，只要温差许可，物流可逐次进行匹配，不 必遵守该准则。如下图夹点之上的系统， 必遵守该准则。如下图夹点之上的系统，虽然不 满足物流数目准则， 满足物流数目准则， 1300C 1000C 1 1 却不必分流， 却不必分流，因为 换热器2的匹配已远 换热器 的匹配已远 1550C 1300C 2 2 离夹点， 离夹点，其冷热流 体之间有足够的温 H 2 1 3 差。 1500C 1280C 1050C 900C
4
4.4 换热网络优化设计 4.4.1 夹点技术设计准则
1、物流数目准则 、 由于夹点之上不应有任何冷却器， 由于夹点之上不应有任何冷却器，这就意味着所 有的热物流均要靠同冷物流换热达到夹点温度， 有的热物流均要靠同冷物流换热达到夹点温度， 而冷物流最终可以允许用公用工程加热器加热到 目标温度。因此，每股热物流均要有冷流匹配， 目标温度。因此，每股热物流均要有冷流匹配， 夹点以上的热流数目N 即夹点以上的热流数目 H应小于或等于冷流数目 NC，即： 夹点之上 NH≤NC
(完整word版)换热网络设计
换热网络设计以下以例题形式给出解题步骤: 下表给出四股工艺物流的工况，最小允许传热温差.汀mi x 为20C。
请用夹点设计法设计一具有最大能量回收的换热网络。
①将热流端点温度减去•汀mi x与冷流端点温度，去掉没有潜热存在的重复温度点（热流加.订mi x），按从大到小顺序排序划分温度区间;340,280,260,80,80,40热流端点温度需+DTm X具体温区：温区：S x 1 S X2S x 3S x 4S x 5热流：360 300 280100100 60冷流：340 280 26080 8040②计算每个温度区间的净需热量；D1=-120; D2=-80; D3=-360; D4=600; D5=-80;③从第一温区开始计算热量平衡；01=120; 02=200; 03=560; O4=-40; 05=40;④找到逆向传热最多的温度点；⑤由外界向第一补充扭转逆向传热所需的热负荷，计算热量平衡；⑥向下一个温区传热为零的温度点即为夹点，第一温区获得的热量即为最小加热负荷，最末温区传出热量即为最小冷却负荷；共3页，第1页共3页，第2页⑦ 跨过夹点进行传热的所有换热匹配均不合理 结果：QHm X =40kW, QCm X =80 kW;夹点位置：S X 4与S X 5的界面；夹点温度：热换热到 100C ;冷换热 潜热位置夹点之上子系统⑧ 设计换热网络方法:｛这只是其中的一种方案，只要设计合理均可｝〖设计夹点匹配时必须要注意温差的要求，遵循夹点匹配的两种可行性原则〗 a ）分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽 夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度 夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度80C；i) 分夹点画冷热流热负荷分配ii)分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度 CP夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度热负荷 kWCP热负荷kW 801208040360 C60 C520260033602200 160080 C夹点 匹配夹点100C。
换热网络综述报告模板
换热网络综述报告模板换热网络综述报告一、绪论换热网络是工业过程中常见的能源转移方式，通过高温与低温之间的热交换，实现能源的有效利用。
换热网络的设计和优化对于提高能源效率、降低能源消耗具有重要意义。
本文主要综述了换热网络的设计、优化方法以及相关应用情况。
二、换热网络设计方法1. 网络结构设计：换热网络的结构设计包括换热器的排布、管道连接以及热媒的流动方式等。
常用的设计方法有贪婪算法、图论方法和优化算法等。
2. 管网的确定：在换热网络设计中，管网的确定是一个关键环节。
可以基于贪婪法、动态规划法和模拟退火等方法进行优化，以减少能量消耗和降低压力损失。
三、换热网络优化方法1. 能量综合利用：通过对热源与热负荷的匹配分析，实现能量的综合利用。
此外，采用合适的热媒流动方式，如顺流、逆流和混合流动方式等，可以进一步提高能量利用效率。
2. 负荷分级调整：将热源负荷进行分级调整，根据不同负荷的大小，进行优化设计，以实现能源的最佳分配。
3. 热媒温度分级：通过控制不同热媒的温度级数，实现换热网络的优化设计，将高温热媒与低温热媒进行合理匹配，从而提高能源利用效率。
四、换热网络应用情况1. 化工工艺中的应用：换热网络在化工行业中广泛应用，如石化、冶金、化肥等。
通过合理设计和优化，能够提高生产效率，减少能源消耗。
2. 电力工业中的应用：换热网络在电力工业中也有重要应用，例如燃煤电厂、核电厂等。
通过优化设计换热网络，可以提高发电效率，降低排放。
3. 建筑节能中的应用：换热网络在建筑节能中也有一定应用，如地源热泵、太阳能热水器等。
通过合理利用换热网络，可以节约能源，减少对环境的影响。
五、结论换热网络的设计与优化是提高能源利用效率、降低能源消耗的重要手段。
通过合理的网络结构设计和优化方法，可以实现能源的综合利用，提高产能和效益。
同时，换热网络在工业生产和建筑节能领域都具有重要应用价值。
未来，随着科技的发展和环保要求的提高，换热网络的设计与优化方法也将不断创新和完善，以更好地满足能源需求，推动可持续发展。
换热网络设计教程-换热网络设计
换热网络的设计——第一部分:主要是Aspen导入与自动设计1.启动Aspen Energy Analyzer2.新建HI Case/HI Project3.工具介绍4.从Aspen 流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）从Hysys 流程中导入数据从Aspen 流程中导入数据从Excel 中导入数据 打开目标查看窗口 打开复合曲线窗口 打开总复合曲线窗口打开公用工程复合曲线窗口打开换热网络网格图窗口第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件第二行：设定详细的选项第三行：选择流程第四行：改变公用工程或添加公用工程第五行：选择加热器的公用工程第六行：选择冷却器的公用工程第七行：选择换热器的经济数据右下角“Tips”有较详细介绍在点击最右下角“Next”中之前，需要判断要导入的Aspen Plus流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在Aspen Plus流程里，右键——Reved Hidden objects，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。
热器；是否有循环及循环精度是否合适。
检查完成可以点击“Next”右下角“Browse”是要导入的文件路径，其左侧是要导入的文件名称点击“Next”第一项里选only streams with phase changes 只考虑相变，忽略过热过冷（注：若后期不能进行自动设计，则选上面Do not segment，在自动设计方法里有详细步骤）第二项里全选第三项里选lgnore 忽略泵第四项里全不选点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“finish”至此，数据已导入完成。
保存文件。
5.目标查看窗口数字1:物流名称，不需要的可以删除，比如流量太小或能量太少数字2:冷热物流符号，蓝色代表冷物流，红色代表热物流，箭头弯的代表有相变，点击弯箭头可显示该物流的区间能量变化数据数字3和4:代表进出口温度数字5:温度每度能量变化值数字6:该物流总的能量数字8:该物流质量流量数字9:该物流比热6.复合曲线窗口7.总复合曲线窗口公用工程复合曲线8.换热网络网格图窗口9.换热器参数设定窗口点击换热网络网格图窗口里换热器图标可显示换热器参数设定窗口10.换热网络网格图11.自动设计换热网络——首先将Case文件转换为Project文件12.HI Project13.右击Case1选择Recommended Designs14.Recommend Designs参数设置窗口15.自动设计方案窗口16.自动设计方案无法正常运行在导入Aspen plus模拟流程时选择Do not seqment 如下图导入以后点击convert to H1project可以先将公用工程不用的物流删除，如本设计不用空气将工艺物流中能量太小或为0的物流删除点击下方或在Case 1上右键点击“Recommend Designs”出现界面Recommend Near-optimal Designs界面将分离数改为5，设计方案为3或更多点击“Solve”出现警告如下主要是塔设备塔顶冷凝器或再沸器温差太小，适当加大温差，本例加大2°C再次点击“Recommend Designs”，可以显示自动设计的三个方案如左上侧各方案比较：分析三个方案的数据——可比较总费用、换热器面积、换热单元数、设备投资费用、冷热公用工程费用、操作费用，还可查看各参数目标值。
_换热网络_夹点设计法完整版
SN4
D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135 I5=O4= I4- D4=27.5
140 135
100 SN3 80 SN4 SN5 SN6 60 40
120 100 80 60 40
110
80
50 35 30
C2
C1
20
H1
H2
I4=O3= I3- D3=-107.5 SN4 D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135 I5=O4= I4- D4=27.5
换热网络合成的基本思想： 在工艺过程设计中节能非常重要，因此换 热网络设计追求的目标不仅是使物流温度满足 工艺要求，还要回收过程余热，减少公用工程 消耗。 换热网络合成的任务： 确定换热物流的合理匹配方式，从而以最 小的消耗代价，获得最大的能量利用效益。
换热网络消耗的来源：换热单元(设备)数，传热 面积，公用工程消耗。
110
80
50 35 30
C2
C1
20
H1
H2
汇总结果
I1=0
SN1 D1=(0-2)(150-145)= -10 I2=O1= I1- D1=10
SN2
SN3
D2=(2.5-2)(145-120)=12.5 I3=O2= I2- D2=-2.5
D3=(2.5+3-2)(120-90)=105
在各种合成方法中， Linnhoff的夹点技术具有较 强的实用性，并已被过程设计所采用。为此本 章主要介绍夹点设计技术。 为了方便起见，在本章讨论中，均假设热容流 率FCp为常数。
7.3 换热网络合成-夹点技术
7.3.1 第一定律分析 物流的温度发生变化时将会从外界吸收或向外 界释放热量，通过第一定律可以计算该热量值。 Q=FCp(T初-T终）
换热网络设计矛盾
换热网络设计矛盾
换热网络设计可能会涉及以下矛盾：
1. 经济效益与技术可行性的矛盾：在设计换热网络时，需要考虑到经济效益和技术可行性两个因素。
有时候，为了追求更高的经济效益，可能会牺牲技术可行性，或者在技术可行性的限制下无法达到最佳经济效益。
2. 热源与负荷的矛盾：换热网络的设计必须要确定使用热源的类型和能量输出，同时还要考虑到负荷的需求和能耗，这两者之间往往存在矛盾。
3. 系统安全与设计可靠性的矛盾：换热网络的安全问题非常重要，但是在考虑安全的同时，还要确保网络的设计可靠性。
这两者之间很容易出现矛盾，需要进行平衡。
4. 运行成本与维护成本的矛盾：换热网络的运行成本和维护成本都需要考虑到，但是为了降低运行成本，可能会牺牲维护成本，或者反过来，为了保证维护成本，可能会影响到运行成本。
在设计换热网络时，需要针对不同的矛盾进行权衡和平衡，以达到最佳的设计效果。
换热器网络——精选推荐
(6)由于f(x2+4)>f(x2+3),则以反射点x2+3代替x h,得到新的单纯形x1=-3.5 6.625, x2=-4.5 5.375, x2+1=1.04.25 第五次迭代:(1)由于f g=f(x1)=11.89,f l=f(x2)=11.14,f h=f(x2+1)=25.3125,所以x h=x2+1=1.04.25, x g=x1=-3.5 6.625, x l=x2=-4.5 5.375 (2)检验。
由于f1<f(x＊),不收敛。
(3)计算重心x2+2x2+2=12(x1+x2)=12-3.5-4.56.625+5.375=-4.0 6.0 (4)计算反射点x2+3=2x2+3-x h=-8.0 12.0-1.04.25=-9.0 7.75f(x2+3)=65.8125 (5)由于f(x2+3)大于f1和f g,说明需要压缩,计算压缩点x2+5x2+5=12x h+12x2+2=0.52.125+-2.0 3.0=-1.5 5.125 (6)由于f(x2+5)<f h,以x2+5代替x h,得到新的单纯形x1=-3.5 6.625, x2=-4.5 5.375, x2+1=-1.5 5.125⁝以上过程可以继续到f l值非常接近f(x＊)为止。
从中可以看到,单纯形法的收敛速度确实非常缓慢。
3.6.4 化工实例———换热器网络的最优设计例:某化工厂欲利用本厂废热,采用3个换热器将某物料的温度由100℃加热到500℃,其流程和有关数据如图3－11所示。
问各温度如何选取才能使换热器系列的总传热面A为最小?已知条件为:(1)所有物流其F i c pi=105,其中F i是流体流量,c pi为流体比热容,i为流体序号,i=1,2,…。
(2)3个换热器的总传热系数分别为k1=120,k2=80,k3=40。
(3)为简化起见,换热器采用逆流换热时,其温差Δt m采用算术平均值。
Emoji 换热网络设计
换热网络设计华东理工大学Emoji 团队赵楠、张迈文、曹飘、韩宇晴、王艺霖目录换热网络设计 (1)第一章换热网络理论基础 (1)1.1概述 (1)1.2夹点技术 (2)第二章工艺流股提取 (5)第三章换热网络合成 (7)3.1Aspen Energy Analyzer 介绍 (7)3.2换热网络合成过程 (8)第四章换热网络优化 (12)第五章其他节能措施 (19)5.1乙烯-丙烯复迭制冷 (19)5.2 热泵精馏塔 (22)5.3 预分离工艺 (25)第一章换热网络理论基础1.1概述从系统工程的角度可把过程工业的生产系统分为三个子系统，即化学装置子系统、换热网络子系统和公用工程子系统。
其中化学装置由反应、精馏、吸收、萃取等化工基本设备单元组成，物料在这些设备中发生特定的物理、化学变化。
在这些化学装置的结构和操作条件确定后，进出各个设备的流股根据操作条件要求需要冷却和加热，这些流股构成了热回收系统，即换热网络。
在工艺过程设计中节能是非常重要的，因此换热的目的不仅仅是为了使物流温度满足要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗，机遇这种思想进行的换热网络设计称为换热网络合成。
换热网络合成的任务，是确定换热物流的合理匹配方式，从而以最小的消耗代价，获得最大的能量利用效益。
图1.1 热集成的来源和辅助换热网络目前，换热网络集成主要有三种方法：试探法，夹点技术，数学规划法。
其中，夹点技术以其使用简单，直观和灵活的优点被广泛的使用。
但夹点技术也有其缺点，夹点在应用中的主要缺陷有两点：过于注重能量的节省，而在设备和经济上的考虑略显不足；有些夹点匹配技术（如利用分流技术来匹配物流）在工艺的难以实现。
采用夹点技术进行换热网络的设计时，除了通过物流的信息计算相关的物理参数从而满足换热匹配要求外，还要求得最小公用工程，最小换热单元数和最小换热面积。
事实上，对于实际生产装置，很难达到这一目标。
通常，最小公用工程消耗意味着较多的换热单元数，而较少的换热单元数又需要较大的换热面积。
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换热网络设计
换热网络设计
以下以例题形式给出解题步骤：
下表给出四股工艺物流的工况，最小允许传热温差Tmi×为20℃。
请用夹点设计法设计一具有最大能量回收的换热网络。
流股及类型热容流率CP, 入口温度,℃出口温
热负荷，
kW/K kW
度，℃
H1 2.0 360 60 600
H2 3.0 300 60 720
C1 2.0 40 260 440
C2 1.0 40 280 240
C3 (蒸发潜热) 80 80 600
解题步骤：
①将热流端点温度减去Tmi×与冷流端点温度，去掉没有潜热存在的重复温度
点（热流
加Tmi×），按从大到小顺序排序划分温度区间；
340,280,260,80,80,40
热流端点温度需+DTm×i
具体温区：
温区：S ×1 S×2 S×3 S×4 S× 5
热流：360 300 280 100 100
60
冷流：340 280 260 80 80
40
②计算每个温度区间的净需热量；
D1=-120; D2=-80; D3=-360; D4=600; D5=-80;
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③从第一温区开始计算热量平衡；
O1=120; O2=200; O3=560; O4=-40; O5=40;
④找到逆向传热最多的温度点；
⑤由外界向第一补充扭转逆向传热所需的热负荷，计算热量平衡；
⑥向下一个温区传热为零的温度点即为夹点，第一温区获得的热量即为最小加
热负荷，最末温区传出热量即为最小冷却负荷；
⑦跨过夹点进行传热的所有换热匹配均不合理。
结果：
QHm×i =40kW, QCm×i=80 kW；
夹点位置：S×4 与S×5 的界面；夹点温度：热换热到100℃; 冷换热80℃；潜热位置夹点之上子系统
⑧设计换热网络方法：
i) 分夹点画冷热流热负荷分配
ii) 分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容流率相近，一次用尽夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过换热降温到夹点温度
夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通过换热升温到夹点温度
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CP 热负荷 kW 夹点 360℃
100℃
60℃
CP
热负荷 kW 2
520
H1
2
80
60℃
300℃
3
600
H2
C 3
120
80kW
40℃
2
360
260℃
C1
2
80
80kW
360kW
40℃
1
200
280℃
H
C2
1
40
40kW 160kW
40kW
600
80℃
C3
600kW
夹点 匹配
80℃
{这只是其中的一种方案，只要设计可 } 〖设计夹点匹配时必须要注意温差的要求，遵循夹点匹配的两
a ) 分别匹配，优先考虑热负荷，然后考虑热容近用尽
夹点之上要优先考虑热流，必须完全通过夹点温度 夹点之下要优先考虑冷流，必须完全通
过
夹点温度
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