化工过程分析与合成

化工过程分析与合成

一,化工系统的定常态模拟与分析

（一）模拟是对过程系统模型的求解

1.过程系统的模拟分析：对某个给定的过程系统模型进行模拟求解，可得出该系统的全部

状态变量，从而可以对该过程系统进行工况分析

参

数

次策簪过程系统痴一^态变T

图27过程系统的模拟分析

2.过程系统设计：当对某个或某些系统变量提出设计规定要求时，通过调整某些决策变量

使模拟结果满足设计规定要求

3.过程系统参数优化：过程系统模型与最优化模型联解得到一组使工况目标函数最佳的决

策变量（优化变量）。从而实施最佳工况

（-）过程系统模拟的三种基本方法：序贯模块法、面向方程法、联立模块法

方法思路优点缺点

与实际过程的直观计算效率较

按照由各种单元模块组成的联系强；低，尤其是解决

序贯模块过程系统的结构，序贯的对各模拟系统软件的建设计和优化问题

法单元模块进行计算，从而完成立、维护和扩充都很时计算效率更低

该过程系统模拟计算。方便，易通用化；

计算出错时易于诊

断出错位置

解算快；要求给定较好

模拟型计算与设计型的初值，否则可

计算一样；能得不到解。

将描述整个过程系统的数学适合最优化计算，效计算失败后诊

面向方程方程式联立求解，从而得出模率高;断错误所在困

法（又称拟计算结果便于与动态模拟联合难；

联立方程实现形成通用化程

法）序困难，难以继

承已有单元操作

模块。

可以利用前人开发将严格模型做

的单元操作模块；成简化模型时需

将过程系统的近似模型方可以避免序贯模块要花费机时。

联立模块程与单元模块交替求解法中的循环流迭代。用简化模型来

法（又称比较容易实现通寻求优化时，其

双层法）用。解与严格模型优

化解是否一致有

争论。

1.-序贯模块法：基本部分是单元模块（子程序），用以描述物性、单元操作以及系

统其它功能。单元模块具有单向性特点。

（1）断裂：通过迭代把高维方程组降阶为低维方程组的办法。它适用于不可分割子系

统；

-不可分割子系统：过程系统中，若含有再循环物流，则构成不可分割子系统。

■实施序贯模块法进行过程系统模拟计算中必须要解决的问题——如何选择断裂物流、

如何确定迭代序列”

-判断最佳断裂的准则：

①断裂的物流数最少；

②断裂物流的变量数最少；

③断裂物流的权重因子之和最少；

④断裂回路的总次数最少。

Mi，0P产,

/•I

/-I

i=l,…，m,代表回路；j=l,…，n,代表物流

10,流股/未断裂

J11,流股/被断裂

二JO,流股;不属于回路i

%1,流股/•属于回路i

⑵回路矩阵

简单回路：一个不可分割子系统包含若干个再循环回路。，包含两个以上再循环物流，且其

中的任何单元只被通过一次，称作简单回路。。

回路矩阵：过程系统中的简单回路可以用回路矩阵表示。

矩阵：行一＞回路；列一物流。

若某回路I中包括有物流j则相应的矩阵元素aji=l,否则为空白或零。

s\S2S3S4S5S6S7

A11

B111

C1111

D111

Upadyhe-Grens断裂法需要解决的两个问题：一是要有一种能把所有的有效断裂物

流组都能搜索出来的办法；二是要能把最优断裂组从中选择出来。

有效断裂组：能够把全部简单回路至少断裂一次的断裂流股组。

①多余断裂组：如果从一个有效断裂组中至少可以除去一个流股,而得到的断裂组仍

为有效断裂组，则原有效断裂组为多余断裂组。或，存在二次断裂。

②非多余断裂组：除多余断裂组外，为非多余断裂组。

替代规则:

令｛D。为一有效断裂组，A1为全部输入流均属于

｛DJ的单元（至少有一个这样的单元存在，否则

｛DJ为无效断裂组）・将的所有输入流用A1的

全部输出流替代，构成新的断裂组。令得到的新的

断裂组为｛D?｝,则

①｛D2）也是有效断裂组；

②对于直接迭代，，｛D?｝与｛D】）具有相同

的收敛性质。

由带代规则联系起来的所有断裂祖的柒合.定义为断裂族

（5）寻求最优断裂组的算法

①从任一有效断裂开始，运用替代规则：

②如果在任何一步中出现有两次被断裂的物流（二

次断裂组），则消去其中的重复物流。消去重复

后断裂组则作为进行下一步的新起点。

③重复步骤①、②，直到不再有二次断裂组出现，

且每个“树枝”上有重复的断裂组出现时为止。

从最后一个新的起点开始，其后出现的所有不重

亚的断裂组成为非多余断裂族。

④非多余断裂族中总权最小的断裂组为最优断裂组。

例题：

解：回路矩阵为：

流股序号

23467《权术因子w,)

图2-13不可分隔r系统

Ao110

B100

11000

D0110001

Wj2923342

替代规则列表：

单元1:S5,S6S1

单元2:S1,S4,S7S2

单元3:S2S3,S4,S5

单元4:S3S6,S7

R2M妙代过行

非多余断裂族:

断裂组｛SI,S4,S7)为最优断裂组。

通过断裂可以把不可分隔r系统中的网路物流打开，从而可以利用序赛模块法

对该过程系统进行模拟计兑。这种模拟计修的开始是首先要设定起始物流变标的

猫侑，计肾的终点则在于该猜他与计算值的收敛。

(3)收敛单元模块才丸行断裂物流变量收敛功能的模块。断裂物流变量的收敛问题实

际上是个迭代求解非线性方程组的问题.，

适合于收敛单元应满足要求：对初值的要求不高徵值稳定性好收敛速度快；

占用计算机存储空间少。

(4)Wegstein方法与割线法有何关联？为什么ASPEN手册中，遇到断裂问题推荐前

者，遇到设计问题又推荐后者？

Wegstein法与割线法是相通的.

隐式方程具有更大的普遍性，所以割线法常为人们所熟知。

在流程模拟领域中，物流回路多用显式方程描述的。因而多用Wegstein法。

2.面向方程法

(1)面向方程法的核心问题是求解超大型稀疏非线性方程组.

求解方法大致分为两类：①降维求解法②联立求解法

(2)方程组的分解方法有回路搜索法和矩阵法两大类。

大型稀疏非线性方程组的另一种求解方法是把非线性方程组线性化。然后联立求解线

性方程组。由于线性化引入了误差，所以要借助迭代使线性化方程组的解逐渐逼近非线性方

程组的解.

二.化工过程系统的优化

1.过程系统中优化的分类：参数优化；结构优化；管理优化

参数优化：在流程结构给定的条件下，对象为过程系统参数；

结构优化：流程方案的优化；在多种可行方案中找出费用最小的流程结构，保证该方案

满足安全、环保、易操作等方面的要求

不论是结构优化还是参数优化，最终目的都是为了以最小的投入获得最大的收益。

2.最优化问题的数学描述

(1)在数学上，求解最优化问题就是要找到一组使得目标函数J达到最大或最小的决策变

量.

(2)求最小值的方法完全可以用于求解最大值问题

minJ=max[-J]minJ=min尸(y)

(3)服从于不等式约束条件：

g(y)N。

(4)及n个等式约束条件：

e(y)=O

产⑶，必，…，％)'为。维优化变量向量

最优化问题的组成要素：

目标函数，优化变量，约束条件与可行域。

——目标函数：(又称性能函数，评价函数)是最优化问题所要达到的目标。

如：系统的产量最大；系统的原料利用率最高;系统的稳定噪作周期最长。。。。

—优化变量：对于过程系统参数优化问题，优化变量向量就是过程变量向星。过程变量向

量包括决策变量和状态变量。

决策变量等于系统的自由度，它们是系统变量中可以独立变化以改变系统行为的变量；

状态变量是决策变量的函数，它们是不能独立变化的变量，服从于描述系统行为的模

型方程

自由度为零的系统优化问题就是系统模拟问题

约束条件：

当过程变量向量y的各分量为一组确定的数值时，称为一个方案

变量y的取值范围一般都要给以一的限制，这种限制称为约束条件。约束条件有等式

约束和不等式约束。(状态方程也可以看作是一种约束条件,对于设计参数优化问题，

设计规定要求也是一种约束条件。)

等式约束条件由等式设计规定要求和尺寸成本关系式两部分组成

不等式约束条件包括过程变量的不等式约束条件和不等式设计规定要求

—可行域：满足约束条件的方案集合。

可行域中的方案称为可行方案。

最优解：过程系统最优化问题是在可靠域中寻求使目标函数取最小值的点，这样

的点称为最优化问题的最优解

例4-1求一个受不等式约束的最优化问题

2

minf(xI,x,)=(xl-3)+(x,-2/+1

•服从于约束条件：

JT；-AT；—3so

人-lM0

马NO

•解：可行域是由：

=0X2-1=08=0

三边所围成的区域，最优解只能是可行域内与

点(3,2)距离最近的点(2,1)

3.最优化问题的建模方法

最优化问题的建模方法：机理模型、黑箱模型、混合模型

适用范围：

(1)机理模型：对于过程机理清楚的问题.一般采用机理模型进行优化。

优点是结果比较精确

(2)黑箱模型：对于过程机理不很清楚，或机理模型复杂，难以建立数学方程组或

方程组求解困难的问题。常用的就是统计模型优化方法

优点是模型关系式简单；缺点是外延性能较差

4.化工过程系统最优化方法的分类

L无约束最优化与有约束最优化

对于决策变量及状态变量无任何附加限制，则称为无约束最优化；直接或间接的对

决策变量施以某种限制，则称为有约束最优化，又可分为等式约束最优化和不等式约束

最优化。

2.线性规划LP和非线性规划NLP

目标函数约束条件全部都为线性函数称为线性规划，当目标函数或约束条件中至少

有一个为非线性函数时，则称为非线性最优化。过程系统参数的优化通常都属于非线

性规划

3.单维最优化和多维最优化

4.解析法与数值法

解析法又称为间接最优化方法。只适用于目标函数(或泛函)及约束条件有显函数表

达的情况。古典的微分法、变分法、拉格朗日乘子法和庞特里亚金最大值原理等都属于

解析法。数值法又称为直接最优化方法，或优选法。

5.可行路径法与不可行路径法

可行路径法的整个搜索过程是在可行域内进行的，对变量的每次取值，约束条件均

必须满足。不可行路径法的不要求必须在可行域内进行，可以从不可行域向最优解逐步

逼近，但在最优解处必须满足条件。

5.化工过程系统最优化问题的类型

(1)过程系统参数优化：包括设计参数优化和操作参数优化

过程系统的设计参数优化优化的是设计变量，操作参数优化优化的是操作变量，但就

应其数学本质而言并”么本质上的区别，优化的对象都是决策变量。

(2)机理模型描述过程系统的参数优化问题时，模型方程分为稳态优化模型和动态优化模

型。

动态优化模型一般适用于解决动态过程(如间歇过程、开停左过程等)的优化设计和优化

操作问题，从控制论的角度称其为连续系统优化。稳态优化模型通常适用于稳态过程系

统设计参数优化和离线操作参数优化。从控制论的角度，称稳态系统优化为离散系统优化。

动态优化模型与稳态优化模型的主要区别在于前者的解不是一组简单的数值，而是时间的

函数

6,线性规划数学模型的标准形式

例4一3:化为标准形

max，=a+3.V2+4xy

xt+2X2+xB05

2Xj♦3X2+026

X]2OXjO

•解：该问题是求目标函数的极大值，将它转化

成等价的极小形式：

min(—./)=—Xj-3.r,-

•约束条件中，X1没有非负限制，因此X1是自由

变量.设

X]MX；-X；X；N。4；N0

•为第一个约束引入松弛变量，为第二个约束引

入剩余变量，则问题化为如下标准形式

min(-./)=_(*；—x；)-3x,-4覆

x-工；+2X2+4+乂=5

2x\—2x；,3x24-x,-y2-6

x；NOx：N0x2^0/NUyti()“2。

•也可以通过消去，将问题化成如下标准形式

min(-J)=-x2—3xy+必一5

号+占+2乂+必=4

x2>0-V,N()必>0。

第七章：换热网络合成

一，化工生产流程中换热网络的作用和意义

1.对于一个含有换热物流的工艺流程，将其中的换热物流提取出来，组成了换热网络系统。

换热网络系统中被加热的物流称为冷物流，被冷却的物流称为热物流，

2.换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求,而且也是为了回收过程余热，减少公

用工程消耗。基于这种思想进行的换热网络设计称为换热网络合成。

3.换热网络合成的任务,是确定换热物流的合理匹配方式，从而以最小的消耗代价，获得

最大的能量利用效益。

4.换热网络的消耗代价来自三个方面：换热单元（设备）数，传热面积，公用工程消耗,

换热网络合成追求的目标,是使这三方面的消耗都为最小值，

二.换热网络合成问题的描述

一组需要冷却的热物流H和一组需要加热的冷物流C,每条物流的热容流率FCp,热物流

从初始温度TH初冷却到目标TH绘，冷物流从初始温度Tc初加热到目标温度Tc名

通过确定物流间的匹配关系，使所有的物流均达到它们的目标温度，同时使装置成本、公

用工程（外部加热和冷却介质）消耗成本最少。

三，换热网络合成一夹点技术

1.第一定律分析：

Q=FCp（m）

2,温度区间

温度区间特性：

可以把热量从高温区间内的任何一股热物流传给低温区间内的任何一股冷物流。

热量不能从低温区间的热物流向高温区间的冷物流传递。

3.最小公用工程消耗

问题表：（1）设第一个温区从外界输入的热量II为零，则该温区的热量输出Q1为：

21=A-=~D\

（2）

g=0,

（3）若Qi为正值,则表示热量从第i个温区向第i+1个温区

若Qi为负值，可取计算得到的所有Qi中负数绝对最大值作为第一个温区

的输入热量，重新计算。

歹IJ12345

流股与温度的大允许热

・温

热流股T.X：冷流股hQi流fit.kW

区SCPc-

(2)(4)180(1)(3)XCPu输入输出

1180170103.0+300-30国+30

2150140301.0♦30-30-60+300

311510535-3.0•105-6()+450+105

47060」45-0.4-18+45+63+105+123

5▼403030-3.4-102i63I*I65|।123l*22S|

FCP2.04.03.02.6

第3列最下面的数字表示由第一定律得到的该热回收网络所需的最小冷却量；

第4列最上面的数字表示该热回收网络所需的最小外加热量；

第5列最下面的数字表示该热回收网络所需的最小外冷却量；

若热回收网络达到最大能量回收，则所需要的公用工程消耗等于表中最小外加热、冷却量。

利用问题表方法可以计算换热网络所需的最小公用工程消耗值。此时，系统内部的能量得

到最大程度的回收

从图中可以直观地看到温区之间的热量流动关系和所需最小

公用工程用量。

其中SN2和SN3间的热量流动为零，表示无热量从SN2流

向SN3。这个热流量为零的点称为夹点。

对热物流来说,此点为150C。,对于冷物流来说,此点为140C0

从热流图中可以看出，夹点将整个温度区间分为了两部分

夹点之上需要从外部获取热量,而不向外部提供任何热量，即需要加热器；

夹点之下可以向外部提供热量，而不需要从外部获取热量，即需要冷却器。

5.温熔图与组合曲线

对于热物流，取所有热物流中最低温度「设在T时的T二HHO,以此作为给基准点。

从T开始向高温区移动，计算每一个温区的积累始，用积累给对T作图，得到热物流的

组合曲线

对于冷物流，取所有冷物流中最低温度T,设在T时的H=Hco(HCO>HHO),以此

作为培基准点。计算每一个温区的积累焙，用积累烙对T作图，得到冷物流的组合曲线

例7・3根据例7-2的数据，用T-H图表示冷、热物流的组合曲线

解：

热物流的最低温度T=40C。，设其对应的基准培HHO二O。

冷物流的最低温度T=30C。，对应的基准给HC0=1000o

用温度区间的端点温度对各温区的积累熔在T-H上作图，得到冷、

热物流的组合曲线

将冷物流的组合曲线沿H轴向左

平移，这时两条曲线之间的垂直距离

随曲线的移动而逐渐减小，也就是说

传热温差47■逐渐减小

当两条曲线的垂直最小距离等于最

小允许传热温差4%”时，就达到了实

际可行的极限位置。这个极限位置的

几何意义就是冷、热物流组合由线间

垂直距离最小的位置

这个最窄的位置就是夹点

两条曲线端点的水平差值分别代表最小冷、热公用工程，及最大热回收量(即最大换热量)。

这个位置的物理意义表示为一个热力学限制点。这一点限制了冷、热物流进一步作热交换,

使冷、热公用工程都达到了最小值，这时物流间的匹配满足能量利用最优的要求

相同温度区间的物流间的组合称为过程物流的热复合。经热复合后只剩一个热力学限制

点，即夹点。这时，过程需要的公用工程用量可达到最小

6.夹点的特性

(1)能量特性：夹点限制了能量的进一步回收，它表明了换热网络消耗的公用工程

用量已达到最小状态。求解能量最优的过程就是寻找夹点的过程。

(2)位置特性：

夹点把整个问题分解成了夹点上热端与夹点下冷端两个独立的子系统

在夹点之上，换热网络仅需要热公用工程，因而是一个热阱。在夹点之下，换热网络

只需要冷公用工程，因而是一个热源

夹点以上热物流与夹点下冷物流的匹配(热量穿过程夹点)，将导致公用工程用量的

增加

夹点设计的三原则：

避免夹点之上热物流与夹点之下冷物流间的匹配

夹点之上禁用冷却器

夹点之下禁用加热器

(3)传热特性

组合曲线上斜率发生变化的点，称为角点

凡是流股进入处或离开处，均引起组合曲线热容流率的变化，从而形成角点

夹点一定出现在角点或组合曲线的端点处。夹点是整个换热网络传热推动力AT最小的

占ZFCp流出之Z尸Cp流入

AAo

7.夹点法设计能量最优的换热网络

目标：在公用工程用量最少的前提下寻求设备投资最少(即换热单元数最少)。

包括：一是公用工程消耗最少，二是换热单元数最少

先找出最小公用工程消耗，即先设计能量最优的换热网络，然后减少换热单元数，从

能量和设备数上对换热网络进行调优

8.换热网络的调优

(1)换热网络不能同时满足能量最优和单元数最少的要求，能量最优可保证操作费

用最低,单元数最少可使设备费用最低，因而存在着操作费和设备费之间的权衡。

夹点设计法得到的结构处于最小公用工程消耗状态，而勾销推断法基本上可以保证两

个子系统中换热单元数最少.当两个子系统组合成原系统时引起了换热单元数的过剩，

(2)换热网络实际换热单元数比最少换热单元数每多出一个单元，都对应着一个独

立热负荷回路。

换热负荷可以沿热负荷回路进行“加”、“减”，“加”、“减”……地迁移，而不改变

该回路的热平衡。

(3)能量松弛法：把换热网络从最大能量回收的紧张状态“松弛”下来。通过调整参

数,使能量回收减少，公用工程消耗加大，从而使传热温差加大。

(4)对已满足最小公用消耗的换热网络，如果换热单元数不是最少，可采用以下步

骤调整：

a)找出独立的热负荷回路

b)沿热负荷回路噌加或减少热负荷来断开回路

c)检查合并后的换热单元是否违反最小传热温差△Tmin

d)利用能量松弛法求最小能量松弛量，恢复aTmin

9.匹配的可行性原则：

(1)总物流数可行性原则：

“流出-"流入

夹点一侧

(2)FCp(热熔流率)可行性原则

夹点一侧外流出之叫鼠

10.换热网络设计步骤有哪些？

(1)先找At,判断是夹点问题还是非夹点问题；

(2)如果是非加点问题，必须当At大于回域值的时候才能寻找最优的换热网络。

(3)如果是夹点问题，先找最小传热温差，然后温度区间法寻找夹点；寻找夹点之后

进行夹点两个可行性的匹配，如果不可行进行流股分割；匹配完了之后得到能量最优的

换热网络。再看有没有独立的热负荷回路，如果有用能量松弛法合并该回路得到减少换

热单元。最后在能量最优和换热单元最少之间找到一个折中。

二.分离塔序列的综合

分离：(方法中精镭过程较为成熟，使用最广)

原料的精制，产品的提纯，产品浓缩

分离序列综合的主要目的：选择最合理的分离方法，确定最优的分离序列，以降低其

各项费用

L简单塔

(1)一个进料分离为两个产品，

(2)每一个组分只出现在一个产品中，即锐分离。

(3)塔底采用再沸器，塔顶采用全凝器。

2.用S种分矗方法(简单锐分离)，把含有R个组分的混合物分离成R个纯组分的产品

(1)分离序列数S:

;=)—1)1

「R(R4-1)

G=ZJ=-—

⑵分离子群数：月

uf一7）=R（R/）（R+I）

（3）分离子问题数：目6

3.判别指标：

分离序列中各单元设备在最优设计参数下的年度费用（设备折旧费+操作费）可以作为判别

指标

易分离系数（CES）和分离难度系数（CDS）,都可以用来作为判别分离子问题的优化指标

4.分离序列的综合方法：数学规划法，探试法和调优法

（1）动态规划法：最基本也是最原始的最优化方法是穷举法；为了减少计算工作量，数学

规划法是较好的一个方法，动态规划法是数学规划法的一种。

动态规划法是解决多阶段决策过程最优化问题的一种方法。

动态规划属于隐枚举法，是一个比穷举法有效得多的算法。

除动态规划法以外，常用的数学规划法还有分枝界限法、有序分枝界限搜索法和有序搜索

法等

5.经验规则

（1）关于分离方法的规则（M类规则）。主要是对某一特定的大量任务，确定较好的分离方

法C

Ml：在所有分离方法中，优先采用使用能量分离剂的方法（例如常规精播方法）。其次才

考虑采用质量分离剂的方法（例如萃取精储、液-液萃取的方法）

M2:避免温度和压力过于偏离环境条件。如果必须偏离，也宁可向高温或高压方向偏离，

而尽量不向低温、低压方向偏离。即尽可能避免采用真空精微及制冷操作。

（2）关于设计方面的规则（D类规则）。决定最好采用那些具有某个特定性质的分离序列。

D1：产品集合中元素最少的分离序列最有利

（3）与组分性质有关的规则（S类规则）。根据欲分离组分性质上的差异而提出的规则。

S1：为了避免后继塔系设备的腐蚀及安全操作，首先应移除腐蚀性和危险性的组分

S2:应把a接近1的分割放在分离序列的最后面，即要在没有非关键组分存在下分离这一

对关键组分

（4）与组成和经济性有关的规则（C类规则）。表示了进料组成及产品组成对分离费用的

影响

C1：首先移除含量最多的组分

C2：等摩尔分割最为有利

首先进行CES数值最大的分割

CES=/•A-----・分离系敷(CES)

/—产品摩尔流疑的比值，取8/必1。/8比值小于等于

1的数值

B、。分别为塔釜、塔顶产鹏的摩尔旅赫

J—欲分离两个用分的沸点期,或：

A=(a-1)x100

6.分离序列综合过程的评价

(1)过程综合问题中的三个主要问题：过程综合问题的描述方法。过程综合问题的评价

方法。过程综合问题的决策方法。

(2)分离塔的最优分离序列应该如何寻找？有哪些方法？

A.动态规划法

B.分离度系数大的优先分离的方法

C.相对费用函数的方法

三种方法的比较：

动态规划的计算结果可靠性最高，但其计算工作量十分庞大，工作效率很低；

分离度系数法计算过程简单，但往往偏离最佳效果；

相对费用函数法，保持了计算过程简单，而结果相对比较晴确的优点

6.调优法：按照一定的调优规则和策略对某一初始分离序列，进行逐步改进而搜索最优分

离序列的一种方法。

建立初始分离序列

确定调优规则

制定调优策略

随堂测试与作业参考答案

随堂测试(2018,12,4)一换热网络由2个工艺热物流和2个工艺冷物流组成，相关数据

由下表所示。请使用问题表方法确定该过程的夹点温度、最小公用工程冷负荷与最小公用工

程热负荷。假设最小允许温差=10C。。

物流标号热容流率初始温度最终温度热流量

FCpTi(℃)Tf(℃)Q(kW)

(kW/℃)

H14.015060360

H22.516050275

C13.550170420

C22.040150220

解：假设最小允许温差=10C°

(1)确定温度区间：

将热物流的初始温度和最终温度分别减去与冷物流的初始和最终温度一起排序，得

到：170,150,140,50,40C°o

(2)列出问题表

列12345

流股与温度最大允许热

温

热流股T.C°冷流股T,-丁八ICPc-aZ流量，kW

区

HlH2ClC2郎，输入输

170出

1160150203.5+700-70+100+30

2150140103.0+30-70-100+300

31605090-1.0-90-100-100+90

4504010-0.5-5-10-5+90国

4.02.53.52.0

0

因此，对于热物流而言，夹点温度为150C,对于冷物流而言，夹点温度为140C°o夹点

温度范围为:140-150C°o

最小公用工程热负荷为100kW,最小公用工程冷负荷为95kWo

作业-1

流股及热容流率CP加

C

类型kW/'CC

1热215060

2热89060

3冷2.520123

4冷3.025100

对于以上四个流股，进行(1］温度区域划分；(2)分别利用图解法和问题表法求解夹点。

假设最小允许温差=203%

解：假设最小允许温差=20C°

1.问题表方法

(1)确定温度区间：

将热物流的初始温度和最终温度分别减去ATm，与冷物流的初始和最终温度一起排序，得到：

130,125,100,70,40,25,20C0

(2)列出问题表

列12345

流股与温度最大允许热流

温

热流股T,C-冷流股Ti-丁八D.ii量，kW

区

HlH2150130ClC2CPc-输入输出

取

11451255-2.0-100-30+107.+117.5

耳

2120100250.5+12.5-10-42.5+117.5+105

39070303.5+105-2.5・53+1050

41604030-4.5-135-107.5+820+135

4525155.5+82.527.5-0.5+135+52.5

402052.5*12.5-55-5.5*52.5+40

1tp2.08.02.53.0

因此，对于热物流而言，夹点温度为9OC0,对于冷物流而言，夹点温度为70C。。夹点温度

范围为:70-90C%

最小公用工程热负荷为53kW,最小公用工程冷负荷为40kW,

2.图解法

(1)热物流的最低温度T=60C。，设其对应的基准熔HHO=O。

(2)冷物流的最低温度T=20C。，假设对应的基准给Hco=lOOO。

TC°积累焙〃kW

热流

600

90Hk(2+8)(90-60)=300300

120.4=(2)(120-90)=60360

145y=(2)(145-120)=50410

150以=(2)(150-145)=10420

冷流

20%=10001000

25Hi=2.5(25-20)=12.51012.5

40Hz=(3+2.5)(40-25)=137.51150

70Hi=(3+2.5)(70-40)=1651315

100乂=(3+2.5)(100-70)=1651480

1254=2.5(125-100)=62.51542.5

用温度区间的端点温度对各温区的积累蛤在T-H上作图，即得到冷、热物流的组合曲

线。固定冷、热物流的组合曲线中的任意一条，平移另一条，当两条曲线间距离最近点

温差为20C。时，达到夹点状态，对应的两个温度分别为冷、热物流的夹点温度。

注意：1).由于图解法求夹点的偏差较大，该方法部分内容仅作为了解即可，关键是问

题表方法。

2).请注意该习题之后，接下来对冷、热物流匹配的处理，

作业-2

二十二、由丙烷(A)、异丁烷(B)、正丁烷(C)、异戊烷(D)、正戊烷(E)五个组分组成的轻煌

混合物进料,用简单锐分离器进行分离，通过过程模拟已得出所有20个不同分离器的费用，

如下表所示。根据已知条件填表，得出最优序列的年总费用，并画出最优分离序列。

完成该切割分离器费用包括子序列的分离总费用子物流组分离费用最

子物流组切割点

/"d元/年)/(x10$元/年)小值/(X10$元/年)

Cai

(A.B)A/B

02713

(B,C)B/CC22

08521

(C,D)C/DCB

0.6932

c»

(D,E)D/E

1.1254

C31

A/BC

10256

(A,B,C)

C32

AB/C

0.6532

C33

B/CD

03698

(BCD)

CM

BC/D

11254

C35

C/DE

0.8752

(C.D.E)

CD/ECae

17456

c“

A㈤CD

0.4698

AB/CDC«2

13254

C«3

ABC/D

08975

c“

BQDE

0.9865

C«

(B,CQ£)BC/DE

12354

C*5

BCD/E

2.1253

C51

A/BCDE

1.1453