5-4附录四 能量回收的换热网络设计

寻找春天队年产十万吨乙酸叔丁酯项目 能量回收换热网络设计asus通过迷人的摘要吸引您的读者。它通常是文件的简短摘要。当您准备好添加内容时，只需单击此处并开始键入。文档标题文档副标题目录换热网络的设计1一、概述1二、确定流股信息11）工艺物流信息12）公用工程规格2三、夹点分析21）绘制组合曲线2四、换热网络的合成41）换热方案的确定42）换热网络的优化与评价4五、总结6目录换热网络的设计1一、概述1二、确定流股信息11）工艺物流信息12）公用工程规格2三、夹点分析21）绘制组合曲线2四、换热网络的合成41）换热方案的确定42）换热网络的优化与评价4五、总结6目录换热网络的设计1一、概述1二、确定流股信息11）工艺物流信息12）公用工程规格2三、夹点分析21）绘制组合曲线2四、换热网络的合成41）换热方案的确定42）换热网络的优化与评价4五、总结6 广东工业大学寻找春天团队 6/6换热网络的设计一、概述换热网络是化工工业过程能量回收的重要手段，对化工生产降低能耗有着重要的意义。合理的利用热物流去加热冷物流，减少公用工程辅助加热和冷却负荷，可以能提高整个过程系统的能量利用率和经济性。本项目以夹点技术为基础，利用Aspen Energy Analyzer 进行换热网络设计优化，最大化的利用装置的能量，减少公用工程用量，合理优化并确定出具有最小的设备投资和操作费用，且满足把每个过程物流由初温达到规定目标温度的换热网络。二、确定流股信息1）工艺物流信息利用Aspen Energy Analyzer 软件自动导入Aspen Plus 中模拟的总流程信息，并适当修改和补充部分物流信息，如表2-1所示。表2-1 流股信息提取表NameInletT ()Outlet T ()Enthalpy(kW)Flowrate(kg/h)Explanation0204_To_020635.065.01468728.195反应产物预热0207_To_0209127.835.01353722.224乙酸热回收0102_To_0103127.735.04443084.428C4原料冷凝器0308_To_031095.735.0822347.161乙酸叔丁酯冷却ReboilerT020295.1101.199660556.871脱烃脱醇塔再沸器CondenserT030178.655.0149961.629叔丁醇回收塔冷凝器ReboilerT030195.999.01579856.692叔丁醇回收塔再沸器CondenserT020271.340.012759435.869脱烃脱醇塔冷凝器ReboilerT0201125.5125.6148769395.968脱酸塔再沸器ReboilerT020395.798.813412440.792TBA精制塔再沸器CondenserT020392.790.71341494.101TBA精制塔冷凝器CondenserT020187.775.090013991.304脱酸塔冷凝器R0101_heat35.035.0407-反应器恒温注：表示物流升温吸热，表示物流降温放热。2）公用工程规格根据广东茂名市当地年最高水温，公用工程循环冷却水入水温度为20，回水温度30；加热蒸汽选0.8Mpa低压蒸汽（压力为表压）。表2-2 公用工程信息表公用工程名称变化Inlet T()Outlet T()Effective Cp（kJ/kg错误!未找到引用源。）Cooling Water20304.1750.8MPa(G) Steam 1751742035三、夹点分析1）绘制组合曲线将上述流股数据输入到热集成软件Aspen Energy Analyzer中，分析最小传热温差与装置投资成本、能耗成本的关系，并拟合出总费用与最小传热温差的关系曲线，如图3-1和图3-2所示。图3-1 最小传热温差与装置成本、能耗成本的关系图3-2 最小传热温差与总费用的关系由最小传热温差与总费用之间的关系图可以发现，当温差为8时，项目的总费用最低，设定最小传热温差为8后，得到的组合曲线图和总组合曲线图，如图3-3和图3-4所示。图3-3 组合曲线图3-4 总组合曲线通过Aspen Energy Analyzer确定夹点温度，并确定最小冷热公用工程用量目标，如表3-1所示。表3-1 夹点温度及能量目标夹点温度（）最小公用工程消耗量（kW）热端冷端热公用工程冷公用工程103.195.12697.22496.4四、换热网络的合成1）换热方案的确定在确定夹点温度和能量目标后，便可根据夹点原理进行物流之间的换热匹配。在设计过程中不仅要考虑最大能量回收，还要考虑由于换热面积所产生的设备费用。本项目使用Aspen Energy Analyzer V9自动合成若干最大能量回收的换热网络，然后再根据打破回路（Loop）等原则，结合工艺流程的实际情况进行能量松弛。Aspen Energy Analyzer优化设计前方案如图4-1所示。图4-1 优化前的换热方案通过Aspen Energy Analyzer生成了若干种最大能量回收的换热网络，在其中选择总操作费用最小且换热器数量较少的设计方案进行后续优化过程。2）换热网络的优化与评价针对推荐的换热方案进行进行手动调整，在调整优化的过程中主要遵循以下几个原则： （1）采用合并换热器等方法打破回路（Loop）；（2）减少换热设备数量，去掉较小的换热器。（3）避免因距离太远而管路成本过高的换热关系。（4）避免流股大量分割；在遵循上述原则的同时，本团队根据工艺流程的实际情况，对推荐的换热方案进行优化设计，得到最终的换热网络，如图4-2所示。图4-2 优化后的换热网络将换热网络集成前后的操作费用与公用工程信息列于表4-1和表4-2中。表4-1 换热网络设计前后经济指标项目经济指数单位合成换热网络之前设计换热网络之后热公用工程费用27.07825.188Cost/hr冷公用工程费用2.4562.274Cost/hr操作费用29.53427.462Cost/hr设备投资730018979.451781091613.433Cost/hr总费用36.99035.440Cost/hr表4-2 公用工程信息表项目冷公用工程/kW热公用工程/kW总计/kW直接公用工程321934196638换热网络设计298131816162能耗减少量/%7.396.967.17本项目经过优化后，可节能476kW，能量回收率为7.17%。其中，所需冷公用工程为2981kW，所需热公用工程为3181kW。热泵技术是热机的可逆过程，由外界提供功驱动，将低温热源的热能移取并提高其品位，可以用于高温冷源的加热。在化工生产过程中最常应用在精馏塔中，可以将塔顶的低温热源经压缩机压缩升温后作为塔釜液的热源，可节省公共工程的用量，但是需要消耗高品位的电能，且设备投资较大，故在较小的精馏塔上不使用。本项目的后三个精馏塔处理量不大，使用热泵技术不划算，经济上不具有可行性。对于处理量较大的第一塔，塔顶和塔釜温差较大，超过四十摄氏度，由Aspen Plus模拟得到需要压缩机压缩比达到5以上塔顶物料才能加热塔釜液，需要消耗大量的压缩功，且压缩机占地极大，投资费用大，无法达到原本节能减排的目标，故本项目没有采用热泵技术。五、总结本项目使用了热集成节能技术，运用了Aspen Energy Analyzer V9软件，实现了能量回用的换热网络设计。我们设计的优化的换热网络图如下：图4-2 换热网络的设计方案本项目通过热集成技术，换算后节能476kW，需要冷公用工程2981kW，热公用工程3181kW