过程系统综合.ppt

1、过程系统综合,分离序列综合 换热网络综合,分离序列综合,定义：在给定进料流股状态并规定分离产品要求的情况下，系统化设计分离方案并使总费用最小。 目标函数,精馏序列综合,假设：简单塔；清晰分割（锐分离）；产品为单组分纯净物 可能的切分点数 组分子群数 独立分离单元数 可行分离序列数,可能的切分点数,R为组分数,组分子群数,独立分离单元数,可行的分离序列数,递推公式 通项表达式,考虑到不同的分离方法的分离序列数,N:分离方法数,精馏序列方案评价,分离易度系数 分离难度系数,算法分析,空间复杂度 时间复杂度：旅行商问题 精馏序列综合理论上不能用枚举法求解,分离序列综合的经典方法,直观推断 渐进调优,

2、直观推断,方法(M)规则 设计(D)规则 成分(S)规则 组成(C)规则,方法规则,M1：在所有分离方法中，优先采用能量分离剂，尽量避免使用质量分离剂；如必须使用质量分离剂，则质量分离剂应在下步立即分离； M2：精馏分离过程应尽量避免真空与制冷操作，以利于节省费用,设计规则,D1：当产品集中包括多个多元产品时，倾向于选择最少产品种类的分离序列，相同的产品不要在几处分出,成分规则,S1：首先安排除去腐蚀性组分和有毒有害组分，从而避免对后续设备的苛刻要求，提高安全操作保证，减少环境污染； S2：最后处理难分离或分离要求高的组分,组成规则,C1：进料中含量最多的组分应该首先分离出去，这样可以降低后续

3、设备的负荷； C2：如果组分之间的性质差异以及组分的组成变化范围不大，则倾向于塔顶和塔底产品等摩尔分离，第一个分离单元分离易度系数大的序列优先考虑。,例题1,设有丙烷，1-丁烯，正丁烷，反2-丁烯，顺2-丁烯，正戊烷等6组分混合物，温度为37.8摄氏度，压力1.03MPa，各组分数据如下：,例题1（续）,工艺要求采用简单塔，可选用的方法有常规精馏与萃取精馏，产品为A，B，C，(DE) F五种，采用直观推断法综合分离序列。,渐进调优,建立初始分离序列 确定调优法则 制定调优策略,建立初始的分离序列,直观推断法,调优法则,相邻层次切分点序列位置交换 用不同分离方法替代，产生新方案,调优策略,广度第

4、一 深度第一 超前策略（序列总数不多时可采用）,例题2,利用例题1得到的初始分离序列，采用广度第一的调优策略，对初始分离序列进行调优。,分离序列综合的模拟退火算法,分离序列的二叉树表示 模拟退火算法求解分离序列,换热网络综合,问题定义 图形表示：温焓图 夹点定义 夹点计算 夹点设计法 换热网络调优,换热网络综合问题定义,基于公用工程的换热 工艺物流换热,温焓图与夹点,温焓图 组合曲线 夹点,夹点的计算与意义,问题表格法 特征：夹点处的换热温差等于最小换热温差；通过该处的热流量为零 意义：夹点上方称为热端，需要公用工程加热；夹点下方称为冷端，需要公用工程冷却,例题,一过程系统含有两个工艺热物流与

5、两个工艺冷物流，给定的数据列在表中，冷热物流的最小换热温差为20，试用问题表格法确定夹点位置。,换热子网络图,子网络热量衡算公式,计算过程,第一个子网络： 第二个子网络： 第三个子网络： 第四个子网络： 第五个子网络： 第六个子网络：,门槛温度与无夹点以及多夹点问题,温焓图 无夹点问题 多夹点问题,最小换热温差与虚拟温度,全过程系统采用统一的最小换热温差 引入换热温差贡献 引入虚拟温度 换热温差贡献的确定,夹点设计的原则,避免热流量通过夹点； 夹点上方应避免引入公用工程冷却物流； 夹点下方应避免引入公用工程加热物流。,夹点处物流匹配换热的可行性规则,夹点匹配定义 夹点上方，热物流数目不大于冷物

6、流数目，夹点下方，热物流数目不小于冷物流数目 夹点上方，热物流热容流率不大于冷物流的热容流率；夹点下方，热物流热容流率不小于冷物流的热容流率,物流间匹配换热的经验规则,一次匹配换热就可以使一个物流由初始温度达到终了温度 在考虑前一条规则的前提下，应尽量选择热容流率相近的冷热物流进行换热，这样换热器两端的传热温差比较接近，换热器的结构比较简单，而且从热力学角度看，有效能的损失较小,夹点设计法的要点,利用夹点将换热网络分成两个相对独立的子系统，热端与冷端，然后分别处理； 先从夹点开始设计，采用夹点匹配可行性规则以及经验规则，决定物流间匹配换热的选择以及物流是否需要分支； 离开夹点后，物流间匹配换热

7、有较大的自由度，可采用经验规则，但须校核换热温差； 考虑换热系统的操作性、安全性以及其它特殊规定。,例题,一过程系统含有两个工艺热物流与两个工艺冷物流，给定的数据列在表中，冷热物流的最小换热温差为20，试用问题表格法确定夹点位置，并综合换热器网络。,热端设计,子网络 可行规则与经验规则 换热器网络结构,冷端设计,子网络 可行性规则与经验规则 物流分支 换热器网络结构,综合整体设计,冷端与热端结合 初始的设计方案,换热器网络调优,最少换热设备个数与热负荷回路 N：物流数，不包括物流分支；L：独立的热负荷回路数；S：独立的子系统数，一般为1,热负荷回路的概念,一级热负荷回路 二级热负荷回路 独立的热负荷回路,换热网络调优的策略,识别热负荷回路 断开热负荷回路，减少换热器个数,热负荷回路的计算机识别,索引矩阵 搜索法识别热负荷回路,热负荷回路的断开方式,基本的回路断开方式 补充的回路断开方式