化工系统-第5章换热网络综合
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不小于指定值； ④ 划分温度间隔区间，进行物流匹配。
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化工过程分析与合成
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（1）构造组合曲线
确定组合曲线
据ΔTmin确定曲线位置 确定QRmax
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化工过程分析与合成
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（2）划分温度间隔，进行物流匹配
IP分解为：IR↔BE QP↔FC
（3）对应的换热器网络
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化工过程分析与合成
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5.2 夹点设计法 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 。 说明：违背以上三条基本原则，就会增大公用工程
负荷及相应的设备投资
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化工过程分析与合成
j
k
jk
T0
j
W
jc
j
ln
T je T ji
k
Wk ck
ln
Tke Tki
说明：传热过程温差愈大，过程的不可逆程度越大， 有效能损失越大
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化工过程分析与合成
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高温流体有效能的减少： (1 T0 )Q TH
低温流体有效能的增加： (1 T0 )Q
TL•
传热过程中有效能的损失：
有效能的上述基本特性，提供了对于换热网 络综合的直观推断规则的基础
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化工过程分析与合成
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（2）热力学最小传热面积网络的综合 理论依据：
根据有效能分析，在T-H图上合理分配传热温 差及热负荷，实现冷热流体的逆流分配，得到满足 要求的热力学最小面积网络 步骤： ① 搜集物流数据：流量、温度、比热容、 汽化热等； ② 构造冷、热物流的组合曲线 ； ③ 调整冷、热物流的组合曲线，使得最小传热温差
化工过程分析与合成
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5.1.2 热力学最小传热面积网络的改进
➢ 没有考虑换热器传热系数U、单位传热面积费 用a的差别
➢ 分区造成物流分支、混合，或热负荷很小， 网络结构复杂，使操作麻烦，投资增加
➢ 改进方法：
（1）应使各换热器的 U / a T 值相近
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应用软件： ADVENT、 HEXTRAN、 INTERHEAT、 MAGNETS、RESHEX及SUPERTRAGET 等
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化工过程分析与合成
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换热器网络设计的一般步骤：
1）选择工艺流股和公用工程流股；
2） 确定经济合理的夹点温差和公用工程用量；不同综
3） 综合出初步的候选换热器网络；
j
ln
T je T ji
k
Wk ck
ln
Tke Tki
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化工过程分析与合成
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结论： ① 给定输入温度Tki、Tji的换热系统，使冷物流的
输出温度Tje最大，热物流的输出温度Tke最小， 则系统有效能的损失最小。
② 传热温差愈小，过程不可逆性愈小，有效能损 失愈小，但要求较大的热交换面积。
ln Tje Tji
Wkck
ln Tki Tk e
]
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又
ln Tki ln Tke
Tke
Tki
则：
T0 (W jc j
ln Tje Tji
Wkck
ln Tke ) Tki
对于多个热、冷物流的换热系统，有效能损失为：
j
k
jk
T0
j
W
jc
(1
T0 )Q TH•
(1
T0 )Q TL•
T0 TH TL
(TH
TL )Q
T0 TL
Q
T0 TH
Q
高温流体的热力学平均温度：
TH
Tki Tke ln Tki
Tke
低温流体的热力学平均温度：
TL
T je T ji ln Tje
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T ji 5
高温流体放出的热量： Q Wk ck (Tki Tke )
合方法
4） 将候选网络优化成最好的换热器网络；
5）对换热器进行详细设计，得出工程网络；
6）对工程网络模拟计算，进行技术经济评价和系 统操作性分析，对结果不满意，返回第（2）步， 直至满意。
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来自百度文库
5.1 根据温-焓图综合换热网络法 5.1.1 热力学最小传热面积网络的综合 （1） 传热过程的有效能分析 假定过程物流比热容为常数，则系统有效能损失：
低温流体吸收的热量： Q W jc j (Tje Tji )
将TH、
T
、
L
Q
的计算式代入中
:
T0 Q T0 Q
TL
TH
T0 W jc j (Tje Tji ) T0 Wkck (Tki Tk e )
Tje Tji
Tki Tke
ln Tje T ji
ln Tki Tke
T0[W jc j
③ 换热系统物流的质量流量及输入、输出温度一 定时，有效能损失不随热交换网络的变化而变 化。
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④ 处于热力学平衡状态的过程物流相混合，则不存 在有效能的损失。
⑤ 应合理分配每个换热器的有效能损失，使热交换 面积的总和最小。A↑，Δε↓
⑥ 逆流热交换器有效能的损失比并流热交换器为小， 因为并流热交换是一个固有的不可逆过程。
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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
通，即同一端具有夹点处的温度
非夹点匹配
非夹点匹配
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夹点匹配
化工过程分析与合成
（2）减少物流的分支与混合，并把小负荷换热器合 并到相邻的换热器上。但应尽可能接近最小传热面积 网络时的温度关系，使所需增加的传热面积不致太多
待改进的换热器网络
改进后的换热器网络
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影响换热器网络总费用的因素: ① 换热器数量； 同样A，换热器台数↑，投资↑ ② 换热器面积； ΔT或(U) ↓，A ↑ ③ 单位换热面积费用； 浮头式>固定管板式 ④ 传热过程的总传热系数（型式和结构）； A ⑤ 公用工程消耗； 操作成本 ⑥ 操作性和可控性。
第5章 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。 ➢ 具有较好的可控性、柔性和可操作性 换热网络的费用：
换热单元数、换热面积、公用工程消耗
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根据综合方法的性质和侧重面不同分类： ① 启发式经验规则法； ② 热力学目标法——夹点设计法； ③ 数学规划法； ④ 人工智能算法——遗传算法
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（1）构造组合曲线
确定组合曲线
据ΔTmin确定曲线位置 确定QRmax
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（2）划分温度间隔，进行物流匹配
IP分解为：IR↔BE QP↔FC
（3）对应的换热器网络
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5.2 夹点设计法 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 。 说明：违背以上三条基本原则，就会增大公用工程
负荷及相应的设备投资
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说明：传热过程温差愈大，过程的不可逆程度越大， 有效能损失越大
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高温流体有效能的减少： (1 T0 )Q TH
低温流体有效能的增加： (1 T0 )Q
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传热过程中有效能的损失：
有效能的上述基本特性，提供了对于换热网 络综合的直观推断规则的基础
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（2）热力学最小传热面积网络的综合 理论依据：
根据有效能分析，在T-H图上合理分配传热温 差及热负荷，实现冷热流体的逆流分配，得到满足 要求的热力学最小面积网络 步骤： ① 搜集物流数据：流量、温度、比热容、 汽化热等； ② 构造冷、热物流的组合曲线 ； ③ 调整冷、热物流的组合曲线，使得最小传热温差
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5.1.2 热力学最小传热面积网络的改进
➢ 没有考虑换热器传热系数U、单位传热面积费 用a的差别
➢ 分区造成物流分支、混合，或热负荷很小， 网络结构复杂，使操作麻烦，投资增加
➢ 改进方法：
（1）应使各换热器的 U / a T 值相近
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应用软件： ADVENT、 HEXTRAN、 INTERHEAT、 MAGNETS、RESHEX及SUPERTRAGET 等
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换热器网络设计的一般步骤：
1）选择工艺流股和公用工程流股；
2） 确定经济合理的夹点温差和公用工程用量；不同综
3） 综合出初步的候选换热器网络；
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结论： ① 给定输入温度Tki、Tji的换热系统，使冷物流的
输出温度Tje最大，热物流的输出温度Tke最小， 则系统有效能的损失最小。
② 传热温差愈小，过程不可逆性愈小，有效能损 失愈小，但要求较大的热交换面积。
ln Tje Tji
Wkck
ln Tki Tk e
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又
ln Tki ln Tke
Tke
Tki
则：
T0 (W jc j
ln Tje Tji
Wkck
ln Tke ) Tki
对于多个热、冷物流的换热系统，有效能损失为：
j
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(1
T0 )Q TH•
(1
T0 )Q TL•
T0 TH TL
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T0 TL
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高温流体的热力学平均温度：
TH
Tki Tke ln Tki
Tke
低温流体的热力学平均温度：
TL
T je T ji ln Tje
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高温流体放出的热量： Q Wk ck (Tki Tke )
合方法
4） 将候选网络优化成最好的换热器网络；
5）对换热器进行详细设计，得出工程网络；
6）对工程网络模拟计算，进行技术经济评价和系 统操作性分析，对结果不满意，返回第（2）步， 直至满意。
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5.1 根据温-焓图综合换热网络法 5.1.1 热力学最小传热面积网络的综合 （1） 传热过程的有效能分析 假定过程物流比热容为常数，则系统有效能损失：
低温流体吸收的热量： Q W jc j (Tje Tji )
将TH、
T
、
L
Q
的计算式代入中
:
T0 Q T0 Q
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TH
T0 W jc j (Tje Tji ) T0 Wkck (Tki Tk e )
Tje Tji
Tki Tke
ln Tje T ji
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③ 换热系统物流的质量流量及输入、输出温度一 定时，有效能损失不随热交换网络的变化而变 化。
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④ 处于热力学平衡状态的过程物流相混合，则不存 在有效能的损失。
⑤ 应合理分配每个换热器的有效能损失，使热交换 面积的总和最小。A↑，Δε↓
⑥ 逆流热交换器有效能的损失比并流热交换器为小， 因为并流热交换是一个固有的不可逆过程。
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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
通，即同一端具有夹点处的温度
非夹点匹配
非夹点匹配
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夹点匹配
化工过程分析与合成
（2）减少物流的分支与混合，并把小负荷换热器合 并到相邻的换热器上。但应尽可能接近最小传热面积 网络时的温度关系，使所需增加的传热面积不致太多
待改进的换热器网络
改进后的换热器网络
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影响换热器网络总费用的因素: ① 换热器数量； 同样A，换热器台数↑，投资↑ ② 换热器面积； ΔT或(U) ↓，A ↑ ③ 单位换热面积费用； 浮头式>固定管板式 ④ 传热过程的总传热系数（型式和结构）； A ⑤ 公用工程消耗； 操作成本 ⑥ 操作性和可控性。
第5章 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。 ➢ 具有较好的可控性、柔性和可操作性 换热网络的费用：
换热单元数、换热面积、公用工程消耗
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根据综合方法的性质和侧重面不同分类： ① 启发式经验规则法； ② 热力学目标法——夹点设计法； ③ 数学规划法； ④ 人工智能算法——遗传算法