过程系统节能—夹点技术

如图所示。
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4.2 夹点的形成及意义
(a)全部冷流由加热公用工程加热，全部热流由 冷却公用工程冷却。过程中的热量全部没有回收。 加热所提供的热量和冷却所提供的冷却量最大。
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4.2 夹点的形成及意义
(b)热流所放出的部分热量可以用来加热冷流，所 以加热公用工程所提供的热量和冷却公用工程所提供 的冷却量均相应减少。但以最高温度的热流加热最低 温度的冷流，传热温差很大，可回收利用的余热有限。
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33
4.2 夹点的形成及意义
本节学习要求：
教学目的:
1、什么是夹点？ 2、计算求解夹点位置的方法 3、夹点的意义
教学重点：夹点位置的意义
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4.2 夹点的形成及意义
4.2.1 温－焓图和复合曲线
物流的热特性可用温—焓图表示。热物流和冷物 流的走向不同。
d率——是质量流率与定压比热的乘积。
26
4.1 绪 论
3、过程工业的生产系统
从系统工程的角度来看，过程工业的生产系统可 以分为以下三个子系统：
工艺过程子系统：
由反应器、分离器等单元
设备组成的由原料到产品
的生产流程，它是过程工 业生产系统中的主体。
27
4.1 绪 论
热回收换热网络子系统：
在生产过程中由换热据、加热器、冷却器组成的系统，
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4.2 夹点的形成及意义
热复合曲线下端剩余部分CD：已没有合适的冷流与之
换热，需用公用工程冷却器使这部分热流降低到目标温度， CD为在该夹点温差下所需的最小冷却公用工程量。
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4.2 夹点的形成及意义
4.2.3 确定夹点位置 方法：图解法，问题表格法，热量差法。
当物流越多，采用复合温焓线越繁琐，计算过
(4)确定夹点的位置
温区之间热通量为零处，即为夹点。
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4.2 夹点的形成及意义
例：某一换热系统的工艺物流为两股热流和两股 冷流，其物流参数如表所示。取冷、热流体之间最 小传热温差为10℃。确定该换热系统的夹点位置以 及最小加热公用工程量和最小冷却公用工程量。
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4.2 夹点的形成及意义
步骤一 划分温区：
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4.2 夹点的形成及意义
4.2.3 确定夹点位置 图解法:
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4.2 夹点的形成及意义
问题表法的步骤如下： (1)划分温度区间
以冷、热流体的平均温度为标尺，划分温度区间。
热流体，下降1／2个夹点温差；
冷流体，上升1／2个夹点温差。
保证在每个温区内热物流比冷物流高ΔTmin，满足传
热的需要。
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夹点为冷热复合温曲线上传热温差最小的地方。
冷、热曲线的重叠部分ABCEFG阴影部分为过程内部
冷、热流体的换热区，包括多股热流相多股冷流，全
部通过换热器来实现；
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4.2 夹点的形成及意义
冷复合曲线上端剩余部分GH：没有合适的热流与之
换热，需用公用工程加热器使这部分冷流升高到目标温 度，GH为在该夹点温差下所需的最小加热公用工程量；
统；主要表现在回收余热；
余热回收是节能的基本措施！
7
4.1 绪 论
4.1.1 过程系统节能的意义
1、节能历程
第二阶段，考虑单个设备的节能，例如流体机械、蒸
发设备（双效改为三效）、热泵装臵，强 化换热器的传热等；
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4.1 绪 论
4.1.1 过程系统节能的意义
1、节能历程
第三阶段，也就是目前所处的阶段，考虑过程系统节
程越复杂，此时常采用问题表来精确计算。
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4.2 夹点的形成及意义
4.2.3 确定夹点位置 图解法:
冷、热流组合曲线间垂直距离最小的点就是要 找的夹点，夹点处的温差即网络最小温差。从热能
回收的观点说，则在换热系统存在某一特定温度，
如果热能传递通过这一温度将造成能量浪费，这个
特定温度称为夹点。（定义夹点的方法？？？）
热回收换热网络的优化集成
热回收换热网络子系统
蒸汽动力公用工程子系统
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4.1 绪 论
4、夹点技术的形成
安全性、可操作性、对不同工况的适应性和对环境
的影响、能量总费用.
夹点技术现在的发展情况：
不仅可用于热回收换热网络的优化集成，而且用于 合理设臵热机和热泵，确定公用工程的等级和用量， 去除“瓶颈”、提高生产能力，分离设备的集成，减 少生产用水(即节水)，减少废气污染排放等等。
(1)分别将所有热流和所有冷流的进、出口温度从 小到大排列起来：
热流体：30，60，150，170 冷流体：20，80，135，140
(2)计算冷热流体的平均温度，即将热流体温度下 降而冷流体温度上升；
热流体：25，55，145，165 冷流体：25，85，140，145
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4.2 夹点的形成及意义
其目的在于把冷物料加热到所需温度，把热物流冷却至所
需温度并回收利用热物流的热量。
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4.1 绪 论
蒸汽动力子系统：
为生产过程提供各种级别的蒸汽和动力子系统，它
包括锅炉、锅炉、给水泵等设备。
提高换热、减少 加热和冷却的相 互依存关系。
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4.1 绪 论
三个子系统相互关系。
30
4.1 绪 论
4、夹点技术的形成
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4.2 夹点的形成及意义
(c)使热复合曲线和冷复合曲线在某点几乎重合，
此时，加热公用工程所提供的热量和冷却公用工程 所提供的冷却量均达到最小，所回收的热量达到最 大。冷、热复合曲线在某点重合时该系统内部换热 的极限，重合即该点传热温差为零，该点即为夹点。
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4.2 夹点的形成及意义
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4.2 夹点的形成及意义
4.2 夹点的形成及意义
(2) 温区热平衡计算，确定加热量和冷却量。
计算每个温区内的热平衡，确定各温区所需的加热
量和冷却量。
Hi ( CPC CP H )(Ti Ti 1 )
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4.2 夹点的形成及意义
(3)进行热级联计算。
A、计算外界无热量输入时各温区之间的热通量。 B、为保证各温区之间的热通量＞0，确定所需外界加入的最 小热量，即最小加热公用工程用量，而由最后一个温区流出的 热量，就是最小冷却公用工程用量。 C、计算外界输入最小加热公用工程量时各温区之间的热通量。
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4.2 夹点的形成及意义
温区示意图
60
4.2 夹点的形成及意义
步骤三 计算各温区之间的热通量（外界无热量输入）
第一温区: 一60 第二温区: 一2.5 第三温区: 82.5 第四温区: 一75 第五温区: 15
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4.2 夹点的形成及意义
步骤三 计算各温区之间的热通量（外界无热量输入）
第一温区： 输入热量＝0 第二温区： 输入热量＝60 输出热量＝0十60＝60 输出热量＝60十2.5＝62.5
4.1
绪
论
本节学习要求：
教学目的:
1、了解过程系统节能的优势 2、了解夹点技术的应用
教学重点：过程工业生产系统的构成
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4.1 绪 论
4.1.1 过程系统节能的意义 1、节能历程
局部 单个 简单
整体 多个 复杂
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4.1 绪 论
4.1.1 过程系统节能的意义 1、节能历程
第一阶段，着眼于单个余热流，而非整个热回收系
第—温区165 － 145 第二温区145 — 140 第三温区140 － 85 第四温区85 — 55 第五温区55 — 25
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4.2 夹点的形成及意义
步骤二 温区内热平衡计算
第一温区: 一3.0(165—145)＝一60 第二温区: (4.0—3.0—1．5)(145一140)＝一2.5 第三温区: (4.0十2.0—3.0—1.5)(140一85)＝82.5 第四温区: (2.0一3.0一1.5)(85—55)＝一75 第五温区: (2.0一1.5)(55—25)＝15
新的学期，新的开始！
过程装备节能技术
化工学院过程装备与控制工程系
1
巩固与复习
节能的热力学原理
化工设备节能
化工单元操作节能
过程系统节能
2
第四章
过程系统节能
——夹点技术
3
第四章
4.1
4.2
过程系统节能
论
绪
夹点的形成及意义
4.3
4.4 4.5 4.6
换热网络设计目标
换热网络优化综合 换热网络改造综合 蒸汽动力系统优化综合
美国Profimatics公 司对20家炼油企业节 能工作进行分析， 系统节能约占50%。
4.1 绪 论
Profimatics公司开发了 基于线性规划的公用工 程优化软件PLUTO对 蒸汽动力公用工程
4.1 绪 论
14
4.1 绪 论
2、夹点技术
热力学第二定律 夹点
能量回收利用综和合成技术
由于夹点技术能取得明显的节能和降低成本的效果，
认真区分这两个概念。
20
4.1 绪 论
通常总是利用生产装臵本身的热物流与冷物流进行 换热，回收一部分热量。
<要求的换热温度 蒸汽或燃料等加热公用工程加热 冷物流与热物流换热
<要求的冷却温度
水冷或空冷等冷却公用工程冷却
21
4.1 绪 论
换热网络：由装臵中冷、热物流之间进行换热的换
热器和加热公用工程用的加热器以及冷却公用工程中 的冷却器所构成的换热系统。 换热网络是过程工业能量系统中最重要组成部分之一。
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4.2 夹点的形成及意义
T
• 直线关系。 • CP值越大，直线越平缓。
H
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4.2 夹点的形成及意义
T
热物流 冷物流
H
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4.2 夹点的形成及意义
多胶热流形成热复合曲线。
线性关系 温位区间
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4.2 夹点的形成及意义
步骤如下：
1、将物流按各物流温度及热焓量（温度×流量×热容) 分别绘于坐标上； 2、在各温度段间将各物流之热焓相加而成为此温段间 组合温度－热焓曲线； 3、根据温度高低顺序从高往低或从低往高，将此段间 的温焓直线连接即可成为热或冷组合曲线。
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4.2 夹点的形成及意义
多胶热流形成热复合曲线。
温度区间
组合曲线
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4.2 夹点的形成及意义
4.2.2 夹点的形成
当有多股热流和多股冷流进行换热时，可将所有的热
流合并成一根热复合曲线，所有的冷流合并成一根冷复
合曲线，然后将两者一起表示在温—焓图上。在温—焓
图上，冷、热复合曲线的相对位臵有三种不同的情况，
(3)将所有冷热流体的平均温度从小到大排列起来：
冷热流体：25，55，85，140，145，165
(4)划分温区：整个系统可以划分为五个温区。
第—温区165 － 145 第二温区145 — 140 第三温区140 － 85
第四温区85 — 55 第五温区55 — 25
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4.2 夹点的形成及意义
步骤二 温区内热平衡计算
能；过程系统工程学（有机结合的整体设 计最优化）
工艺 系统 设备
机器
9
4.1 绪 论
2、夹点技术
整体性考虑：
节能要考虑整个系统，全局考虑。否则效果会不好。
夹点技术是英国曼彻斯待大学B.Linnhoff教授提出的
一种热能回收利用的综合技术，在欧美石油化工领
域获得广泛的应用。
10
4.1 绪 论
11
4.1 绪 论
原料物从5℃加热至200℃进
入反应器进行反应，反应的产
物由200℃冷却至35℃进入分离 器，分离塔底产品由200℃冷却 至125℃出装臵，而塔顶轻组分 则返回，与反应进料混合。
17
4.1 绪 论
余热回收方案比较：
通过这个实例，你可以得出什么结论呢？
出发点：能量消耗（加热、冷却）、设备投资 18
4.1 绪 论
在各国正日益受到重视。
夹点技术普遍应用于换热网络合成与优化。
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4.1 绪 论
余热回收方案：
原料物从5℃加热至200℃进
入反应器进行反应，反应的产
物由200℃冷却至35℃进入分离 器，分离塔底产品由200℃冷却 至125℃出装臵，而塔顶轻组分 则返回，与反应进料混合。
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4.1 绪 论
余热回收方案：
22
4.1 绪 论
物流不分流，且多股热、冷物流之间只换热一次。
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4.1 绪 论
允许一股物流同另一股物流多次换热。
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4.1 绪 论
通过分流，使换热单元数目最小。
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4.1 绪 论
通过适当分流获得换热单元数目最小，与上述相比， 投资和公用工程费用均最小。
最优的换热网络：若以年费用为目标：
经济合理的最小加热和冷却公用工程用量是多少？ 最小换热器面积和换热器数目是多少？ 如何进行冷热物流的匹配。
第三温区： 输入热量＝62.5 输出热量＝62.5—82.5＝-20 第四温区： 输入热量＝-20 第五温区： 输入热量＝55 输出热量＝一20十75＝55 输出热量＝55一15＝40
4.1.2 夹点技术的应用范围及其发展
1、适用场合
夹点技术适用于过程系统（新厂）设计和节能改造。
所谓过程工业是指以处理物料流和能量流为目的的
行业，如化工、冶金、炼油、造纸、水泥、食品、医药、
电力等行业。
（过程装备与控制工程专业的新内涵）
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4.1 绪 论
2、过程工业中的能量交换 冷物流和热物流：
在过程工业的生产装臵中，总有若干物流被加热(称之 为冷物流)，例如进入反应器的原料物流、分离设备的进 料等，而又有另一些物流需被冷却或冷凝，例如反应产 物、分离严品等(称之为热物流)。