换热网络设计
换热网络设计教程-换热网络设计
换热网络的设计——第一部分:主要是Aspen导入与自动设计1.启动Aspen Energy Analyzer2.新建HI Case/HI Project3.工具介绍4.从Aspen 流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）从Hysys 流程中导入数据从Aspen 流程中导入数据从Excel 中导入数据 打开目标查看窗口 打开复合曲线窗口 打开总复合曲线窗口打开公用工程复合曲线窗口打开换热网络网格图窗口第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件第二行：设定详细的选项第三行：选择流程第四行：改变公用工程或添加公用工程第五行：选择加热器的公用工程第六行：选择冷却器的公用工程第七行：选择换热器的经济数据右下角“Tips”有较详细介绍在点击最右下角“Next”中之前，需要判断要导入的Aspen Plus流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在Aspen Plus流程里，右键——Reved Hidden objects，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。
热器；是否有循环及循环精度是否合适。
检查完成可以点击“Next”右下角“Browse”是要导入的文件路径，其左侧是要导入的文件名称点击“Next”第一项里选only streams with phase changes 只考虑相变，忽略过热过冷（注：若后期不能进行自动设计，则选上面Do not segment，在自动设计方法里有详细步骤）第二项里全选第三项里选lgnore 忽略泵第四项里全不选点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“finish”至此，数据已导入完成。
保存文件。
5.目标查看窗口数字1:物流名称，不需要的可以删除，比如流量太小或能量太少数字2:冷热物流符号，蓝色代表冷物流，红色代表热物流，箭头弯的代表有相变，点击弯箭头可显示该物流的区间能量变化数据数字3和4:代表进出口温度数字5:温度每度能量变化值数字6:该物流总的能量数字8:该物流质量流量数字9:该物流比热6.复合曲线窗口7.总复合曲线窗口公用工程复合曲线8.换热网络网格图窗口9.换热器参数设定窗口点击换热网络网格图窗口里换热器图标可显示换热器参数设定窗口10.换热网络网格图11.自动设计换热网络——首先将Case文件转换为Project文件12.HI Project13.右击Case1选择Recommended Designs14.Recommend Designs参数设置窗口15.自动设计方案窗口16.自动设计方案无法正常运行在导入Aspen plus模拟流程时选择Do not seqment 如下图导入以后点击convert to H1project可以先将公用工程不用的物流删除，如本设计不用空气将工艺物流中能量太小或为0的物流删除点击下方或在Case 1上右键点击“Recommend Designs”出现界面Recommend Near-optimal Designs界面将分离数改为5，设计方案为3或更多点击“Solve”出现警告如下主要是塔设备塔顶冷凝器或再沸器温差太小，适当加大温差，本例加大2°C再次点击“Recommend Designs”，可以显示自动设计的三个方案如左上侧各方案比较：分析三个方案的数据——可比较总费用、换热器面积、换热单元数、设备投资费用、冷热公用工程费用、操作费用，还可查看各参数目标值。
换热网络设计教程
换热网络设计教程——第一部分:主要是Apen导入与自动设计1.启动ApenEnergyAnalyzer2.新建HICae/HIProject3.工具介绍从Hyy流程中导入数据从Apen流程中导入数据从E某cel中导入数据打开目标查看窗口打开复合曲线窗口打开总复合曲线窗口打开公用工程复合曲线窗口打开换热网络网格图窗口4.从Apen流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件第二行：设定详细的选项第三行：选择流程第四行：改变公用工程或添加公用工程第五行：选择加热器的公用工程第六行：选择冷却器的公用工程第七行：选择换热器的经济数据右下角“Tip”有较详细介绍在点击最右下角“Ne某t”中之前，需要判断要导入的ApenPlu流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在ApenPlu流程里，右键——RevedHiddenobject，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。
热器；是否有循环及循环精度是否合适。
检查完成可以点击“Ne某t”右下角“Browe”是要导入的文件路径，其左侧是要导入的文件名称点击“Ne某t”第一项里选onlytreamwithphaechange只考虑相变，忽略过热过冷（注：若后期不能进行自动设计，则选上面Donotegment，在自动设计方法里有详细步骤）第二项里全选第三项里选lgnore忽略泵第四项里全不选点击“Ne某t”可以先将公用工程不用的物流删除，如本设计不用空气将工艺物流中能量太小或为0的物流删除点击“Solve”出现警告如下主要是塔设备塔顶冷凝器或再沸器温差太小，适当加大温差，本例加大2°C各方案比较：分析三个方案的数据——可比较总费用、换热器面积、换热单元数、设备投资费用、冷热公用工程费用、操作费用，还可查看各参数目标值。
换热网络设计
在伪夹点处将其化为两部分，再应用夹点设计方法无 公用工程端不具有与公用工程匹配的灵活性
流股分流
问题：
三条热流股和两条冷流股匹配，夹点处不 违背 Tmin 约束，必有一条热流股不可能 冷却到夹点温度。
解决方法：
将一个冷流股分流为两个并行支流
流股分流
流股数目准则： SH ≤SC （夹点上方） SH ≥ SC （夹点下方） SH ——夹点处的热流股数目（包括分支流股） SC ——夹点处的冷流股数目（包括分支流股） 因夹点上方可用热公用工程，冷流股可多于热流股； 因夹点下方可用冷公用工程，热流股可多于冷流股。
门槛问题设计
门槛问题特点：
无夹点 只用冷公用工程或热公用工程 最受约束部分为无公用工程端
无公用工程端的意义
传热温差最小-- Tmin 需用特殊匹配才能达到目标温度--CP不等式可使 用 可当作夹点问题的部分进行处理
门槛问题设计
无公用工程端可视为夹点 可当作夹点问题 的一半处理
门槛问题设计
1）在夹点上方，b图中3,4流股匹配不能 满足3流股的热负荷，需与2流股匹配。 2）c图中，用热公用工程满 足冷流股的剩余冷却负荷
附加匹配间的热负荷最大化，夹点上方的剔除流股2
夹点设计方法
1）在夹点下方，b图中1,4流股 匹配不能满足1流股的热负荷， 需与2流股匹配。 2） c图中，用冷公用工程满足 热流股的剩余冷却负荷
最小能量设计 最小面积设计 壳程数目 投资方费用和总费用
剩余问题分析
以最小能量设计为例
对数据进行问题表格分析，计算出Qcmin 和QHmin 。 将匹配好的冷、热流股从数据流股中移走，对剩余 数据再做问题表格分析，计算Qcmin 和QHmin 。 判断是否有能量惩罚。 ① Qcmin 和Qhmin 不增加，无能量惩罚。 ② Qcmin 和Qhmin 增加，穿越夹点传热或能量惩罚
换热网络设计
换热网络设计(总42页) -本页仅作为预览文档封面，使用时请删除本页-换热网络设计学院：班级：组员：指导老师：目录1. 前言 (2)2. 换热网络合成----夹点技术 (4)夹点特性 (4)温度区间的划分 (6)最小公用工程消耗 (7)温焓图与组合曲线 (8)3. 夹点法设计能量最优的换热网络 (10)匹配的可行性原则 (10)流股的分割---FCP表 (11)流股的匹配----勾销推断法 (13)4．换热网络的调优 (15)最小换热单元数 (15)能量与设备数的权衡 (16)△T min的选择 (17)5. 实例演算 (19)6. 心得体会 (40)1 前言化学工业是耗能大户，所以说在现代化学工业生产过程中，能量的回收及再利用有着极其重要的作用。
换热的目的不仅是为了改变物流温度使其满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。
在许多生产装置中，常常是一些物流需要加热，而另一些物流则需要冷却。
将这些物流合理的匹配在一起，充分利用热物流去加热冷物流，提高系统的热回收能力，尽可能减少蒸汽和冷却水等辅助加热和冷却用的公用工程（即能量）耗量，可以提高系统的能量利用率和经济性。
合理有效的解决物流间的换热问题，涉及如何确定物流间匹配换热的网络结构及相应的换热负荷分配。
换热网络系统综合就是在满足把每个物流由初始温度达到制定的目标温度的前提下，设计具有最大热回收效果和最小设备投资费用的换热器网络。
在七十年代能源危机刺激了过程集成技术的发展。
过程设计从对单元操作的优化逐渐发展到对全系统的优化集成。
从70年代末发展起来的夹点技术是一项最成功的过程集成技术。
英国学者Linnhoff 博士领导的英国帝国化学公司（ICI）的过程综合小组率先在工程设计中采用了这种全新的设计方法，取得了令人瞩目的节能效果。
在新建工厂的设计中，每个工程项目比常规设计平均节能30%，并且还同时节省了设备投资，在现场装置技术改造的应用中，投资回收期一般为12个月左右。
换热网络夹点设计法完整版精选文档
7．1 化工生产流程中换热网络的作用和意义 换热是化工生产不可缺少的单元操作过程。 在所有工艺流程中，都会有一些物流需要被
加热，而另一些物流需要被冷却。 例如，图 7-1所示的乙烯裂解气甲烷化流程。
1
对于含有换热物流的工艺流程，将其中 需要换热的物流提取出来，就组成了换热网 络系统。
4
7．2 换热网络合成问题
?7.2.1 换热网络合成问题的描述
? 典型的换热网络合成问题：
?热物流H：初始温度 TH初
目标温度 TH终
? 冷物流 C：初始温度 TC初
目标温度 TC终
?已知每条物流的 热容流率FCp(物流流量与热容
的乘积)，通过确定物流间的匹配关系 ，以使所
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
SN4
热量，所需补充的
SN3 I4= 0
SN4
I5=27.5 最大值与计算所得
I5=135
SN5
输入最大负值相等。 SN5
I6= -55
I6= 52.5
SN6 O6= -67.5 温位低
SN6 O6= 40
公用工程需提供的最小冷量=3240
? （3）确定夹点位置：
夹点：即消除 Ik 或 Ok 的负值后， Ik 或 Ok 的值为零的网格界 面，（前提是其它 Ik， Ok 均无负值）。
SN1 SN2 SN3
SN4
C2
120 140
100 120
80 100
60 80
C1
140 135
110
80
H1
H2 26
I3=O2= I2- D2=-2.5 SN3 D3=(2.5+3-2)(120-90)=105
换热网络设计
换热⽹络设计⼀.简介：化学⼯业是耗能⼤户，在现代化学⼯业⽣产过程中，能量的回收及再利⽤有着极其重要的作⽤。
换热的⽬的不仅是为了改变物流温度使其满⾜⼯艺要求，⽽且也是为了回收过程余热，减少公⽤⼯程消耗。
在许多⽣产装置中，常常是⼀些物流需要加热，⽽另⼀些物流则需要冷却。
将这些物流合理的匹配在⼀起，充分利⽤热物流去加热冷物流，提⾼系统的热回收能⼒，尽可能减少蒸汽和冷却⽔等辅助加热和冷却⽤的公⽤⼯程（即能量）耗量，可以提⾼系统的能量利⽤率和经济性。
换热⽹络系统综合就是在满⾜把每个物流由初始温度达到制定的⽬标温度的前提下，设计具有最加热回收效果和设备投资费⽤的换热器⽹络。
我们主要介绍利⽤夹点技术对换热⽹络进⾏优化。
通过温度分区及问题表求出夹点及最⼩公⽤⼯程消耗，找出换热⽹络的薄弱环节提出优化建议，寻求最优的匹配⽅法。
再从经济利益上进⾏权衡提出最佳的换热⽹络⽅案。
提⾼能量的利⽤效率。
⼆.换热⽹络的合成——夹点技术1、温度区间的划分⼯程设计计算中，为了保证传热速率，通常要求冷、热物流之间的温差必须⼤于⼀定的数值，这个温差称作最⼩允许温差△Tmin。
热物流的起始温度与⽬标温度减去最⼩允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、⽬标温度⼀起按从⼤到⼩顺序排列，⽣称n个温度区间，热物流按各⾃冷、个温区，n从⽽⽣成表⽰，Tn+1……T1,T2分别⽤．的始温、终温落⼊相应的温度区间。
温度区间具有以下特性:（1）.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。
（2）.热量不能从低温区间的热物流向⾼温区间的冷物流传递。
2、最⼩公⽤⼯程消耗（1）.问题表的计算步骤如下：A：确定温区端点温度T1，T2，………Tn+1，将原问题划分为n个温度区间。
B：对每个温区进⾏流股焓平衡，以确定热量净需求量：Di=Ii－Qi=（Ti－Ti+1）（∑FCPC－∑FCPH）C：设第⼀个温区从外界输⼊热量I1为零，则该温区的热量输出Q1为：Q1=I1－D1=－D1根据温区之间热量传递特性，并假定各温区间与外界不发⽣热交换，则有：Ii+1=QiQi+1=Ii+1－Di+1=Qi－Di+1利⽤上述关系计算得到的结果列⼊问题表(2).夹点的概念（⾃⼰画图7-3）从图中可以直观的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0，表⽰⽆热量从SN2流向SN3。
换热网络设计心得
从接触换热网络到真正设计一个完整的换热网络已经整整一个月了。从刚开始选用软件、导入数据、热传递系数确定、夹点温度确定、换热网络设计。。。。一步一步自己摸索、学习，对学习中的一些体会总结如下，希望对初学换热网络的海友有所帮助。
1、换热网络设计软件有Aspen Pinch、Aspen Energy AnalyzerV7.0、7.1、7.2，我用的是V7.2，可是我找了半天也没找到里面自带的设计功能，不知道是我知识浅薄，还是这一版本本来就没有，我试了不过我试了V7.1的，那里面有内嵌的换热网络设计功能。对于比较简单的流程用这个功能很管用，能帮你设计出各种换热网络，像：换热面积最小，总费用最小等。不过对于一些比较复杂的流程，虽然他也能设计，但设计的不大好，像我的流程比较复杂，用软件设计出的换热网络大部分都是公用工程换热，而且还有很多物流分支，最后我就自己设计了一个。下面主要分享一下我自己设计使得一些体会。
以上是我的拙见，其中描述的有些地方可能有错，望各位海友指正。也希望上述的体会和资料能对初学换热网络设计的海友有所帮助，呵呵~
对于自己设计换热网络，我认为这个资料很有用，大家不妨参考一下[attach]794046[/attach]，里面不仅有换热网络的设计，而且还有换热网络的优化方法。在设计换热网络时还应考虑温位的匹配，尽量使高+高、低+低，减小有效能损失。
3、另外，这本书也很有用，上传不了，大家可上网下一下《化工节能原理与技术》冯宵写的
aspenV10以上版本换热网络设计教程
aspenV10以上版本换热网络设计教程一、Aspen导入1.打开一个Aspen 模拟好的源文件2.激活Energy Saving3.等计算完后，打开Energy Saving页面4.启动Aspen Energy Analyzer点击Yes：之后就进入Aspen Energy Analyzer软件页面：5.计算最小温差设置最小传热温差范围和步长，点击Calculate：通过成本和最低传热温差图得最低点，并将最低点输入左下角DTmin：6.目标查看窗口数字1:物流名称，不需要的可以删除，比如流量太小或能量太少数字2:冷热物流符号，蓝色代表冷物流，红色代表热物流，箭头弯的代表有相变，点击弯箭头可显示该物流的区间能量变化数据。
数字3和4:代表进出口温度数字5:热容流率数字6:该物流总的能量数字8:该物流质量流量数字9:该物流比热7.自动设计换热网络右击Scenario1选择Recommended Designs：8.Recommend Designs参数设置窗口9.自动设计方案无法正常运行如果出现温差太小的问题，如图：则双击对应的流股，点击“Delete All”：再次点击“Recommend Designs”，可以显示自动设计的三个方案如左上侧。
各方案比较：分析三个方案的数据——可比较总费用、换热器面积、换热单元数、设备投资费用、冷热公用工程费用、操作费用，还可查看各参数目标值。
一般以年度总费用最小为目标，则选择方案。
由于新版本推荐出来的方案都带有黄色换热器，说明该换热方案不可行，点击下方或在该方案名称上右键“Enter Retrofit mode”，黄色换热器就会消失。
点击下方或在该方案名称上右键“enter Retrofit mode”会跳出现“options”对话框，可以直接关掉，也可以点击“Enter Retrofit Environment”：如果点击“Enter Retrofit Environment”，则左上方显示该方案在新的Scenario1 1目录内，可以对其编辑，进一步优化。
_换热网络_夹点设计法完整版
典型的换热网络合成问题：
热物流H：初始温度TH初
目标温度TH终
冷物流C：初始温度TC初
目标温度TC终
已知每条物流的热容流率FCp(物流流量与热容
的乘积)，通过确定物流间的匹配关系，以使所
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。
7.2.2 换热网络合成的研究
第二步:对能量最优解进行调优。通过一些调优 法则，在少增加或不增加公用工程消耗的情况 下，减少系统的换热单元数，使网络设计向操 作和投资总费用最小的方向调整。
(3)夹点(Pinch Point也译为狭点，窄点)概念以及 夹点设计法的建立。
Linnhoff 继温度区间法之后提出了夹点的概念， 最后发展了一套夹点设计法。
换热网络合成的基本思想：
在工艺过程设计中节能非常重要，因此换 热网络设计追求的目标不仅是使物流温度满足 工艺要求，还要回收过程余热，减少公用工程 消耗。
换热网络合成的任务：
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。
换热网络消耗的来源：换热单元(设备)数，传热 面积，公用工程消耗。
140 135
110
H1
Ok = Ik – Dk SN2 D2=(2.5-2)(135-110)=12.5 Ik+1 = Ok
I3=O2= I2- D2=-2.5
SN3 D3=(2.5+3-2)(110-80)=105 I4=O3= I3- D3=-107.5
SN1 SN2 SN3
SN4
C2
120 140 100 120 80 100 60 80
T A
_换热网络_夹点设计法完整版
SN4
D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135 I5=O4= I4- D4=27.5
140 135
100 SN3 80 SN4 SN5 SN6 60 40
120 100 80 60 40
110
80
50 35 30
C2
C1
20
H1
H2
I4=O3= I3- D3=-107.5 SN4 D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135 I5=O4= I4- D4=27.5
换热网络合成的基本思想： 在工艺过程设计中节能非常重要，因此换 热网络设计追求的目标不仅是使物流温度满足 工艺要求，还要回收过程余热，减少公用工程 消耗。 换热网络合成的任务： 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。
换热网络消耗的来源：换热单元(设备)数，传热 面积，公用工程消耗。
110
80
50 35 30
C2
C1
20
H1
H2
汇总结果
I1=0
SN1 D1=(0-2)(150-145)= -10 I2=O1= I1- D1=10
SN2
SN3
D2=(2.5-2)(145-120)=12.5 I3=O2= I2- D2=-2.5
D3=(2.5+3-2)(120-90)=105
在各种合成方法中， Linnhoff的夹点技术具有较 强的实用性，并已被过程设计所采用。为此本 章主要介绍夹点设计技术。 为了方便起见，在本章讨论中，均假设热容流 率FCp为常数。
7.3 换热网络合成-夹点技术
7.3.1 第一定律分析 物流的温度发生变化时将会从外界吸收或向外 界释放热量，通过第一定律可以计算该热量值。 Q=FCp(T初-T终）