第三篇過(guò)程系統(tǒng)綜合與集成課件

過(guò)程系統(tǒng)綜合與集成

10.1.4問(wèn)題表格法確定夾點(diǎn)T-H圖確定夾點(diǎn)的方法雖然直觀，但是不適合大規(guī)模換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)的確定確定夾點(diǎn)位置常用的方法是問(wèn)題表格法（ProblemTableAlgorithm）1問(wèn)題表格法確定夾點(diǎn)的步驟第一步：子網(wǎng)絡(luò)的分割，問(wèn)題表格(1)；第二步：每個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的熱量衡算；第三步：?jiǎn)栴}表格(2)的確立與夾點(diǎn)的確定。2子網(wǎng)絡(luò)熱量衡算的基礎(chǔ)概念OK：第k個(gè)子網(wǎng)絡(luò)向外界或其他子網(wǎng)絡(luò)輸出的熱量；IK：外界或其他子網(wǎng)絡(luò)供給第k個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的熱量；DK：第k個(gè)子網(wǎng)絡(luò)本身的赤字（Deficit），即該子網(wǎng)絡(luò)為滿足熱平衡所需要的外加熱量。4熱量衡算的基本公式Ok=I

k-D

k輸出=輸入-赤字D

k=(∑CPC-∑CPH)(Tk-Tk+1)∑CPC：子網(wǎng)絡(luò)k中包含的所有冷物流的熱容流率之和；∑CPH：子網(wǎng)絡(luò)k中包含的所有熱物流的熱容流率之和。5例題一：一過(guò)程系統(tǒng)含有兩個(gè)熱物流和兩個(gè)冷物流，給定數(shù)據(jù)列于下表，選定冷熱物流間最小傳熱溫差為△Tmin=20℃，試確定該過(guò)程的夾點(diǎn)位置。物流標(biāo)號(hào)初始溫度℃終了溫度℃熱負(fù)荷kW熱容流率kW/℃H115060180.02.0H29060240.08.0C120125262.52.5C225100225.03.06第二步：子網(wǎng)絡(luò)的熱量衡算第一個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：K=1，（溫度間隔為150～145℃)D

1=（0-2)×(150-145)=-10（負(fù)赤字表示有剩余熱量10kW）I

1=0（無(wú)外界輸入熱量）O1=I

1-D

1=0-(-10)=10O1為正值，說(shuō)明子網(wǎng)絡(luò)1(SN1)有剩余熱量供給子網(wǎng)絡(luò)2(SN2)8第二步：子網(wǎng)絡(luò)的熱量衡算第二個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：K=2，（溫度間隔為145～120℃)D

2=（2.5-2)×(145-120)=12.5（正赤字表示有熱量赤字12.5kW）I

2=O1=10（子網(wǎng)絡(luò)SN1有剩余熱量供給SN2O2=I

2-D

2=10-12.5=-2.5O2為負(fù)值，說(shuō)明子網(wǎng)絡(luò)SN2有剩余的負(fù)熱量供給子網(wǎng)絡(luò)SN3（即需要子網(wǎng)絡(luò)3向子網(wǎng)絡(luò)2供給熱量，但這是不可能的）9第二步：子網(wǎng)絡(luò)的熱量衡算第三個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：K=3，（溫度間隔為120～90℃)D

3=（2.5+3-2)×(120-90)=105I

3=O2=-2.5O3=I

3-D

3=-2.5-105=-107.5第四個(gè)子網(wǎng)絡(luò)：K=4，（溫度間隔為90～60℃)D

4=（2.5+3-2-8)×(90-60)=-135I

4=O3=-107.5O4=I

4-D

4=-107.5-(-135)=27.510第三步：?jiǎn)栴}表格(2)的確立與夾點(diǎn)的確定子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)赤字DK/kW熱量/kWIKOKSN1-10010.0SN212.510.0-2.5SN3105.0-2.5-107.5SN4-135.0-107.527.5SN582.527.5-55.0SN612.5-55.0-67.5OK為負(fù)值的時(shí)候傳熱過(guò)程無(wú)法完成，需要外界供入熱量。OK負(fù)值最大者，所需從外部供入的熱量。溫位若外部供入的熱量為107.5kW，則過(guò)程O(píng)K

值不存在負(fù)值。12第三步：?jiǎn)栴}表格(2)的確立子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)赤字DK/kW無(wú)外界輸入熱量/kW外界輸入最小熱量/kWIKOKIKOKSN1-10010.0107.5117.5SN212.510.0-2.5117.5105.5SN3105.0-2.5-107.5105.50SN4-135.0-107.527.50135.0SN582.527.5-55.0135.052.5SN612.5-55.0-67.552.54013SN1SN6SN2SN3SN4SN5SN1SN6SN2SN3SN4SN50kW10-2.5-107.527.5-5567.5kWQH，min=107.5kW117.5105013552.5QC，min=40kW有無(wú)外界輸入熱量時(shí)的子網(wǎng)絡(luò)傳熱示意圖14例題二：將例題一中最小傳熱溫差△Tmin改為15℃，考察最小傳熱溫差的改變對(duì)計(jì)算結(jié)果的影響。16例題二的問(wèn)題表格(1)：?jiǎn)栴}表格(1)△Tmin=15℃子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)冷物流及其溫度熱物流及其溫度

k

C1

C2/℃H1

H2/℃SN1SN2SN3SN4SN5SN6150140115906012510075452520等于最小傳熱溫差17例題二的問(wèn)題表格(2)：子網(wǎng)絡(luò)序號(hào)赤字DK/kW無(wú)外界輸入熱量/kW外界輸入最小熱量/kWIKOKIKOKSN1-20020.080.0100.0SN2120.520.07.5100.087.5SN387.57.5-80.087.50SN4-135.0-80.055.00135.0SN5110.055.0-55.0135.025.0SN612.5-55.0-67.525.012.518最優(yōu)的△Tmin確定方法：1)、根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定，需要考慮公用工程和換熱器設(shè)備的價(jià)格、換熱介質(zhì)、傳熱系數(shù)、操作彈性等因素的影響。2)、在不同△Tmin下綜合出不同的換熱網(wǎng)絡(luò)，選取總費(fèi)用較低的網(wǎng)絡(luò)對(duì)應(yīng)的△Tmin。3)、運(yùn)用數(shù)學(xué)規(guī)劃法進(jìn)行操作費(fèi)用和投資費(fèi)用的同時(shí)優(yōu)化。2010.1.5夾點(diǎn)規(guī)則綜合換熱網(wǎng)絡(luò)夾點(diǎn)規(guī)則綜合換熱網(wǎng)絡(luò)的目標(biāo)：確定一個(gè)僅需要最小公用工程加熱負(fù)荷與最小公用工程冷卻負(fù)荷就可以達(dá)到最大熱回收的換熱網(wǎng)絡(luò)。21物流間匹配換熱的可行性規(guī)則一對(duì)于夾點(diǎn)上方，每一夾點(diǎn)匹配的熱物流的熱容流率CPH要不大于冷物流的熱容流率CPC，即CPH

≤CPC；對(duì)于夾點(diǎn)下方，每一夾點(diǎn)匹配的熱物流的熱容流率CPH要不小于冷物流的熱容流率CPC，即CPH

≥CPC。熱流股冷流股夾點(diǎn)T下方CPH

≤CPCH熱流股冷流股夾點(diǎn)T上方CPH

≥CPCHCPIN

≤CPOUT進(jìn)入夾點(diǎn)物流的熱容流率要不大于穿出夾點(diǎn)物流的熱容流率。22運(yùn)用夾點(diǎn)規(guī)則綜合換熱網(wǎng)絡(luò)將上述規(guī)則應(yīng)用于例10-1，綜合出相應(yīng)的換熱網(wǎng)絡(luò)。物流標(biāo)號(hào)物流名稱初始溫度℃終了溫度℃熱負(fù)荷kW熱熔流率kW/℃H1產(chǎn)品22060352022H2反應(yīng)流出物270160198018C1進(jìn)料50210320020C2循環(huán)流股1602