换热器网络的综合

低温流体的热力学平均温度：
TL
T je T ji ln Tje
T ji
高温流体放出的热量： 低温流体吸收的热量：
Q Wk ck (Tki Tke ) Q W j c j (T je T ji )
将TH、T
、Q
L
的计算式代入
中：
T0 Q T0 Q
TL
TH
T0 Wjc j (Tje Tji ) T0 Wkck (Tki Tk e )
（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。
具体步骤：
① 搜集物流数据 包括流量、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，使得最小传热温差不小于指 定值；
Tje Tji
Tki Tke
ln Tje T ji
ln Tki Tke
T0[Wjc j
ln
T je Tji
Wk ck
ln
Tki Tk e
]
又 ln Tki ln Tke
Tke
Tki
则：
T0 (Wjc j
ln
Tje Tji
Wk ck
ln
Tke ) Tki
由此，对于多个热、冷物流的换热系统，有效能损失为：
NH NC
H1
3
H2
1
H3
2
C4
3 1
2
H1
1
H2
2
C3
C4
C5
(a)
(b)
(a)热端夹点处不可行的匹配
C5
H
（C）
(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)
[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
④ 划分温度间隔区间，进行物流匹配。
（1）构造组合曲线 （2）划分温度间隔，进行物流匹配 （3）对应的换热器网络
5.1.2 热力学最小传热面积网络的改进
（1）应使各换热器的 U / a T 值相近。
（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。但应当尽可能接近最小传热面积网络时的温度关
不同的综合方法，体现在（2）、（3）步。
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：
j
k
jk
T0
j
Wjcj
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。
（2）夹点匹配可行性规则2 ① 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 ② 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
系，使所需增加的传热面积不致太多。
Байду номын сангаас
待改进的换热器网络
改进后的换热器网络
影响换热器网络总费用的因素: ① 换热器数量；② 换热器面积；③ 单位换热面积费用； ④ 传热过程的总传热系数（型式和结构）；⑤ 公用工程 消耗；⑥ 操作性和可控性。
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
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。
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。
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。
高温流体有效能的减少为： (1 T0 )Q TH
低温流体有效能的增加： 传热过程中有效能的损失：
(1 T0 )Q TL•
(1 T0 )Q TH•
(1 T0 )Q TL•
T0 THTL
(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
j
k
jk
T0
j
Wjcj
ln Tje T ji
k
Wk ck
ln
Tke Tki
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。
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。
综合方法分类： 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 。
应用软件： ADVENT、 HEXTRAN、 INTERHEAT、 MAGNETS、RESHEX及SUPERTRAGET 等。
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：
NH NC
H1
1
H2
C3
C4
C5
（d）
3 2 1
(e)
1
H1
2
H2
C
H3
C4 C5
（f）
（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C
[(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
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; （3） 综合出初步的候选换热器网络； （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; （6）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。
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 非夹点匹配
夹点匹配 非夹点匹配
（1）夹点匹配可行性规则1：
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：