孙玲鸽设计完成汉文

1、河南理工大学毕业设计（英语翻译）能源消耗最小化的热回收设计， 大学，墨西哥长 36040，墨西哥的 picon -阿尔塔特丹，苏斯化工系，地球静止转移轨道。，墨西哥，处摘要本了设计过程中，可操作性能源消耗形成了经营成本的很大一部分。良好的流程设计可以由若干特点，其中最重要的是：物业的原材料，较低的资本成本和良好的有效利用。在热力学分析计算，这些过程可无论是定性为“捏“或一个“门槛“的。本文着重对发展的设计阈值类型。由以前的工人所讨论的大部分已成为这一类型。有了这些考虑到这项工作的性质看综合低用水量，2。最低能源消耗，和 3。简单能源系统设计，展览以下特点：1。最结构。该适用于单杂质。结果表明，

2、这是节约用水的和热回收能被耦合节约用水应首先建立。同时表明，系统需要加热器和热回收机组数量，需要的实用热植物的数量和类型所与热回收性都可以被决定，而不必确定的复杂设计任何热回收。这使得工程师能够更好选择节约用水的，而不用从热回收网络设计着手。对于这类：能量最小化的设计在热回收本身通常是简单明了。设计可操作性水网热回收1、引言节能和节约用水有密切的。在处理设计过程中，旨在减少能源和水消耗的最低限度，技术提供给设计采用启发式规则1,2或数学编程3e5。源自热回收的概念，Halwagi 和 Manousiouthakis6建立起 在等温应用中质量交换（MEN）的离职系统概念。在随后的应用中，Srin

3、ivas 和厄尔尼诺- Halwagi7分析了有质量交换的歌剧院温度效应。后来，agajewicz 和范8指出，这是人们在不同的1河南理工大学毕业设计（英语翻译）操作不统一的情况可能设计的温度。和萨乌9采用启发式交换网路和质量交换网路的设计了间接（国际先驱报）和直接传热的概念传热（双氢睾酮）。在这区域的一个非常广泛的文献回顾本已经出现。不幸的是，有以上所示，这些的应用可能会导致某些复杂的结构，如果应用到实际难以操作和。一个以设计见解为基础简单的如下。2、热回收型在开发过程设计的第一个阶段是正在处理的热回收的类型。有两个基本类型的：一扣板。扣板需要使机热冷效用。一个阈值的涉及到只有单一类型实用工

4、具的用途。热回收扣板可发生在许多方面。在过程中，水被蒸发是平常的，并发现蒸发阶段的支配热量需求，远远超过其他进程所需的热量，多余的热量必须通过冷却器消除。该热回收有一个被一个或蒸发器的固定的夹点。紧要关头时，过程本身正在加热（无论是机械或通过化学反应）可能会出现。在这种情况下，箍缩可能会发生在其中产生的热量操作中。第二个淡水来源被使用可能造成箍缩，这个来源是在温度大于最大值温度下，水可以从工厂排出。一个这类的一个例子是由萨乌的。上述每个都需要的方式来加热回收系统的设计。最后，热回收，扣板产生的资本成本之间的换热运行和成本的权衡比从事设计温差有利于提高最大热回收。这将是如下所示，处理过程中过程流

5、都是很少见的情况。本文将集中在阈值类型的解决方案，因为在文献中出现的是同时对能量最小化。这些标准的也有个特点进入系统的淡水量等同于作为污水的量。这在工业案例中是很少的，流出系统的污水量通常小于流入系统的水量（如水被过程流保留）和流出系统水的温度低于进入系统的（由于运行中的热损失和的热平衡）。这样的实际在下面讨论。本文所述的能处理这些实际，鉴于热回收的最大化，对能源的需求是水流量的函数和流出供给温度的区别并可以被计算：Qh ¼ mCpð Td À Ts Þ（1）其中 Qh 是过程外部热负荷的要求，m_ 是水的质量流量，Cp 为热容量，TD 是排水温度和 T

6、s 是供水温度。由方程看到（1），如果水流量最小化，则对能源的需求是最小，。因此，热回收和水的保护是没的。因此，第一个阶段是实现有最低用水需求的系2河南理工大学毕业设计（英语翻译）统设计，一旦这实现，最低能量消费的热回收，需要考虑。设计能实现。行动前有一些有关换热3、换热的建设成本也就是说夹点是形成权衡计算要求的理由。这个理据的第一部分来自观察窗体的温度 ，该温度下过程可用淡普遍低于冷却或（即环境空气）。因此，显而易见，淡水接触污水的热交换器比那些在其中冷接触的实用工具有更高的温度。恢复需要的热量比散热环境要更小的换热器。涉及到热交换器的热回收的最大化进一步的解释应该可以用于这类流程。传统壳管

7、式换热器通常不是此类型应用的首选。板和框架式换热器通常青睐有三个。图 1 温度平衡热交换器焓图第一个因素是基本费用。板和框架式换热器由不锈钢制成，通常价格比壳式换热器便宜（中厚板和帧交换制作由方程 Haslego 和11 提供，管壳式换热器管方程有提供12）。考虑建设中材料时，这种成本效益进一步重新执行。表明了 13，对于水处理热交换器来源碳钢不是一个合适的建造材料。这种交换器需要要镀或耐腐蚀钢制作下一个因素热回收装置所需的的数量。板和框架式换热器使用流的安排接近一个纯粹的逆流。因此，热回收装置需要一个单一热交换器。壳管式图 2 管的最大热效应传递壳式换热器换热器采用有一浮头的多管 12。这样

8、的安排是必要的，以纾缓热过程中的，并让工厂操作员对管束的和维修。使用多管传递能限制温度在一个获得单一的热量换热器 变化。涉及密切工作温度的安排在多个贝壳系列是必需的，这可3河南理工大学毕业设计（英语翻译）表现为如下。热换热器的热性能是由它的热效率（3），传热单元数（NTU）和在比min/cpMax 的决定的; 其中 CP 是热容量质量流量。图所示为在换热器的热效率。 1 可表示为:Th1 À Th2Th1 À Tc（2）两对于有两个管程，单壳的表达式有关这三个由公式给定（3）参数：（3）考虑一种换热器在换热器的每一个方面处理同数量的水给 C 价值的统一。换热器的最大热效能达

9、到一个值达 3限制在方程(3)。¼0.585 (这可以通过计算发现当诺丁汉大学/ N 的（4）为一个典型的 n 贝壳系列,C¼价值 1 给出了整体热效果:（5）中三是整体的热效应，3i 是壳体的效益和 n 是壳体的数量。贝壳系列的数量必须达到要求的整体热效果那也申请条件 C¼1,可以从下面的表达式发现其中 X 是一个参数，表示的成效有多接近每个到最大效益 C¼1。回收呈现在图 8 的提出的设计需要热效果值为 0.667,31¼32¼0.714 条、第三十三条¼0.833。性能都不能满足于单一。换热器如图所示。选择的 X

10、88;0.9 14的值，需要数个壳体对个别被发现分别有 2，3 和 5。结论是框架板换热器是对于大多数应用最受青睐的换热器。唯一的例外可能会出现正在处理的数据流包含。在这种情况下螺旋换热器可能是更好的选择15。换热器的成本并不是唯一需要考虑的资本。管道的成本也很重要。所以一个重要问题怎样处理两个成本的热器费用应预算大约在 170。Haslego 和 Polley 换热器成表明， 框架板11换/平方米(2002 的价格)。同年使用成本数据 16表明在一个新的工厂一个典型的采购、安装管道 300 毫米的不锈钢成本将在 2404河南理工大学毕业设计（英语翻译）/米(不锈会更昂贵的)。这些比较表明,整

11、个管道系统的成本将会成为最重要的,而不像单一热交换器那样成本不是最重要。4、示例萨乌1提出了一个有四个组成，运行中有不同的限制和污染 6 不同的工作温度。放电前供水温度为 20和废水必须冷却至 30（或低于）。整个情况的详情载于表 1。是基于一个最小化，最初是斯王17提出。用他们的“目标”手术发现浓度短缺发生在一个水 100 的浓度和最低水流 90 公斤/秒。注意,这是一个问题,使淡水及阈值废水流有相同的值,那么对热量的需求过程能够出方程(1)到 3780 kW 富18定义了这种类型的作为一个“固定负载”的主要关心的是给定的去除数量的杂质。另一种类型的涉及到使用固定数量的水,一直被称为“固定流

12、量任何。”Polley 和 Polley(19)使用术语“质量”和“质量”为这些类型。下面的原理开发适用于两种类型的。所有发生变化的是技术用于系统的设计最小的水量。图 3 用水设计方案 1结构。(换句话说,几种就是确定可能的水。3),17 个,20 所提供的这些的设计,他们不是修改这里。我们有以上,证明热回收和节约用水可以载流子。21方程。因此,最近的哪找来处理热回收、节水吗同时如 Martinez-Patino和李-wongtanawit 和金5的结果将会考虑进行了讨论。因为, 据文献17王第一次解决基于水最小化的。给出了三个选项。从浓度的需求,每一个解决方案由两个的子系统。对于固定流(19

13、)提出的设计能够只用。5河南理工大学毕业设计（英语翻译）5、热力学原理对能量系统设计人们看到，对于在只有水源的使用和水排出的应用等于供水，最低要求是能给予的水流速率乘以供给与回水之间的温差。但是,这种理解可以扩展,它适用于所有的可以分为的元素的, 系统的每一个子系统的需求超过热发现现有的电子废弃物。每个子本身是一个阈值。这种情况也适用于在每一个操作热损失中, 这儿过程中水被保留。污水可以在较低流量和低温度流出，在子系统中水进入到系统,除了所有的可利用热能从废水中提取。设计师获得能量最小的设计只需确保所有可用的余热在子系统被利用。6、热回收系统的设计图 4设计这样的简单热回收系统的组件是简单而不

14、需要一个特别的。进出水的的系统有两个重要的特性。首先，根据特殊的最低温度,整体图 5 水网设计方案 36水设计方案 2河南理工大学毕业设计（英语翻译）热量的输入,等同于热容的给水流量增大一些(例如等同于区别淡水的饲料温度和最大的废水排放的脾气-表达、10 C)。第二,每一个热回收换热器在这个温度运行。这些属性中的第一个我们可以识别一个特定的需要加热器的数量。我们也可以识别公用事业需要每一个加热器的类型，(如蒸汽或热水)。选择使用加热器或热图 6 解决方案示例e 选项一 E 子系统 1回收装置影响最小的数目所需热回收。该规定大大简化了电热水器厂和操作。因此,在第一步详细的设计换热器是单一加热器的

15、位置。让我们考虑设计需要水的换热器1(图 3)。每一个结果合并举一个整体设计之前该子系统依次检查。计算表明,该子系统所需的热 1(含操作 1 和 3)是 1680 千瓦, 热量是用来从废水中操作 1 至 3 条规定的操作温度，因此，加热器放在旁边操作具有最高工作温度。现在让我们考虑在这个操作回收的热量。从回水的温度可知污能可以用来提高供水的温度。热平衡的要求，该热 能这件水的需要进一步减少到 30 度,才能脱离工厂。,有一个余热的需求。提高供水的温度被执行。所以这是个工程子系统的设计被给出了图 6.图 77解决方案示例e 选项一 E 子系统 2提取到的温度为 50 度，2河南理工大学毕业设计（

16、英语翻译）一个类似的用于设计 2(包含业务子系统 2 和 4)。在这个子系统的操作需要较低浓度的水污染物。子系统的热平衡表明,热量的输入子系图 8 整体能源的设计方案 1 个统 2100 kW。所以, 一个加热器有这个位置就在负荷的操作越热。废水的热是用来结束这个操作将焗的淡水。这条小溪的温度降低操作运行温度 4。这部分是美联储作业废水 4 其余去污水排放。从 4 处的出水在相同温度下,这个不用混合污水排放前。在这些部分的余热废出在图 7。用来进行最后对淡水加热。子系统的设计被给两个子系统都降低使用热交换器的温度到 30 C，同时提高出水温度到 40 C,那么,这些义务融一个单一的热回收的。我

17、们观察到该系统需要两个加热器和三个热回收换热器。整个被表示在图 8 为了完整，我们开发的结构和其他水网，这些都显示在图 9 和 10。一个解决方案将采取类似的热量外表面因为所有的换热器操作相同温度下动力图 9整体能源的设计方案 2 的8河南理工大学毕业设计（英语翻译）(10 中)和所有的选择不仅消耗相同的热量(3780 千瓦)和涉及同量的热回收架构图。8(选项 1)需要:5 热交换器,选项 2(图 9)需要 7 换热器和选择 3(图 10)需要 6 换热器。热交换器的数量可以计算出设计根据前面的表达:让我们考虑应用该方程到每一个水中。图 3 中我们强调单一的传热的职能(开1。我们观察六传热的职

18、能。放的圆取暖需求,充满了圈对拒绝)我们有一个热的效用。有两个的子系统。所以,我们还需要五个热交换器，图 4中我们表现出的所需的水职能。有七单一职能,一个类型的效用和两个的系统。所以,我们需要六热交换器。最后在图 5 我们看到八个选项 3 的职能。所以, 系统需要七个单一换热器。我们最后一次考虑的是平衡效用成本及资金成本。经营成本不仅是一种功能的能量消耗,也是一种功能效用成本。一般温度越高, 提供能量的成本越图 10能源的整体设计方案 3 的昂贵。热水成本通常少于蒸汽。所以,可用热水会影响设计方案的选择。工厂布置以来,还没有形成的部分的协调说明无法建立在这里。, 只是看着加热器位置和温度它可以

19、辨认的单一效用的需要选择。这些需要是列在表 2。7、整体设计背景上面提到的需要被放置在背景的整体工艺设计中。整个过程的设计涉9河南理工大学毕业设计（英语翻译）图 11 整体能源回收（由 Leewongtanawit 和 Kim 5开发）。及到大量的。流程型工厂必须要有良好的可操作性的特点。流程型工厂需要的东西灵活。良好的可操作性和良好的需要扩展到运行条件的课操作性。安全是一个重要的。,植物算子能理解他处理的这个过程是一个重要因素。有良好的理解能力导致安全运行的基本保证。的理解是一个潜在的简单植物结构。所有这些因素忙8、结果与其他的比较产生的Leewongtanawit 和金5 提出了可以采用比

20、较的来解决这个。他们的解图 12 整体能源回收（由-等人21决方案是之前 Savulescu1提出的。如在图 11 所示。它的优点是到达设计要求只有四个换热器,与之相比，到达了这项工作设计中需要五个换热器。,当从的不同总体设计需求的背景下,系统会出现难以。例如，在3 进料由三个10河南理工大学毕业设计（英语翻译）温度下数据流制成（5 公斤/ s 的 40，20 公斤/65，15 公斤/保在 100）。两系统的干个和温度需要被。很难想象这可能会实现。此外,其目的是扰效果。这将是达到通过操控一个或的水流的目的。这反过来会影响微扰流去作用热回收换热器和反馈供水情况，1,4 和操作 3 本身。可以合理

21、地的唯一操作,操作2,其中有一个更好的加热器。以何种方式水进入到热回收换热器也可以引起严重的和可操作性。产生器的供水通过 E1 混合三个不同层次(10.206 公斤/ s 40C,5.714 公斤/ s 在 50 C 和 4.083 公斤/ s 在 75 度)。换热器供给由 35.918 公斤的 E2 /s 在 75 C 和 0.032公斤/ s 40 C 组成，为了做出一个温度约 75 摄氏度复杂的温度计。，提出了一个解决这个的办法。这是呈现在图 12。这个解决方案也充分利用非等温混合为了降低一系列的换热器使用的数量。另外四个换热器三个热回收装置和一个加热器被使用。该解决方案也使用三种不同层

22、次,形成供给运行 3(11.67 公斤/ s 在 100 C,20 公斤/s 在 75 C 和 8.33 公斤/ s 在 40 度)。再次,操作似乎是和干扰就会反馈的所有工艺9、严谨的一个阈值的提出了过程中消耗最小水的数量和消耗最小能源的数量。它还允许工程师，尽量减少所需的热量回收系统(由于每一种都有传递热量利用相同的温度下动力)，表面积也是优化热交换器。虽然没有考虑例子,一个简单的将工程师确定需要管道而非仅仅消耗的能源，它工程师考虑管道成本。这开启了真正的贸易帐这类的资本成本之间的管道和运行成本的计算论的确导致了利用的热交换器与非等温混合使用相比。,，在讨论以成本为基础的时，管道成本对资本开

23、支及成本做出很大的贡献，同时有一个系统，它使用更少的交换机并不一定导致资本成本的降低。10、结论涉及能量保护的系统有许多类型。一个重要的类型是一个阈值的,它涉及到单独使用热效能。在水消耗及能耗之间的的表明,水量最低能耗是能耗最低的先决条件。这使得对这个的两个方面脱钩。11河南理工大学毕业设计（英语翻译）热回收系统的设计之前，可供选择的水设计也应该被确定。确定选择满足多个方面需求水结构, 在特定的温度水平条件下需要的热量,而且这个所需热交换器的数目可以被提前设计。这将建立一个适当平衡资本成本和运行成本之间的,资本成本与实用工具的消耗有关，而不是与动力能源消耗有关，资本成本是基于被用热交换器的数量

24、和管道使用成本的考虑,而不是一个换热器的面积函数。对于这些系统的设计一个简单的程序已经被描述。本程序的目标都达到能量和水的消耗的最小化。非等温混合是用于降低一个工厂使用换热器的数量和解决目前开发控制和可操作性。即作者认为，交换成本不是在这样的系统设计的首要因素。参考文献：1属萨乌，J.K.金，同时研究能源和水 最小化。第一部分：系统没有水的再利用。化学工程 科学 60（2005）3279e3290。2属萨乌，J.K.金，同时研究能源和水 最小化。第二部分：系统的最大重新用水。化学工程科学 60（2005）3291e3308。3兆焦耳 Bagajewicz，阁下 Rodera，米 Savelski，节能高效用计算机与化学工程 26（1）（2002） 59e79。的工艺装置。4二 Leewongtanawit，J.K.金，及热集成优化 多杂质用。化学工程与工艺：过程强化 47（4）（2008）670e694。5二 Leewongtanawit，J.K.金， 880e893。了能量回收， misation。能源 34（2009）6米厄尔尼诺- Halwagi，五 Manoousiothakis，大规模交换35（8）（1989）1233e1244。的综合。 AIChE 杂志7 B.K. Srinivas