年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目5-换热网络设计说明书.pdf

2018年“东华科技·陕鼓杯”第十二届全国大学生化工设计竞赛

中国石化扬子石油化工有限公司年产5万吨甲基丙烯酸甲酯项目

北京化工大学·天工开物团队

团队成员：刘中奇宋超陈傲张一栋张钧凯

指导老师：陆颖舟杜增智代建军纪培军朱吉钦

换热网络设计说明书

目录

第一章换热网络理论基础2

1.1概述2

1.2夹点技术2

第二章工艺流股提取5

2.1工艺流股提取5

第三章换热网络合成6

3.1ASPENENERGYANALYZER介绍6

3.2利用组合平台曲线的能量——热泵精馏6

热泵精馏简述6

热泵精馏适用场合9

3.3换热网络合成过程10

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换热网络设计说明书

第一章换热网络理论基础

1.1概述

从系统工程的角度可把过程工业的生产系统分为三个子系统，即化学装置子系统、

换热网络子系统和公用工程子系统。其中化学装置由反应、精馏、吸收、萃取等化工

基本设备单元组成，物料在这些设备中发生特定的物理、化学变化。在这些化学装置

的结构和操作条件确定后，进出各个设备的流股根据操作条件要求需要冷却和加热，

这些流股构成了热回收系统，即换热网络。

在工艺过程设计中节能是非常重要的，因此换热的目的不仅仅是为了使物流温度

满足要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗，机遇这种思想进行的换

热网络设计称为换热网络合成。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。

图1.1.1热集成的来源和辅助换热网络

目前，换热网络集成主要有三种方法：试探法，夹点技术，数学规划法。其中，

夹点技术以其使用简单，直观和灵活的优点被广泛的使用。但夹点技术也有其缺点，

夹点在应用中的主要缺陷有两点：过于注重能量的节省，而在设备和经济上的考虑略

显不足；有些夹点匹配技术（如利用分流技术来匹配物流）在工艺的难以实现。

采用夹点技术进行换热网络的设计时，除了通过物流的信息计算相关的物理参数

从而满足换热匹配要求外，还要求得最小公用工程，最小换热单元数和最小换热面积。

事实上，对于实际生产装置，很难达到这一目标。通常，最小公用工程消耗意味着较

多的换热单元数，而较少的换热单元数又需要较大的换热面积。同时换热网络的设计

还需要考虑到设备布置，物流是否具有腐蚀性及对换热材料的要求，更要结合实际来

确定合理的节能方案。因此，实际进行换热网络设计时，需要在某方面做出牺牲，以

获得一个折中的方案。

1.2夹点技术

夹点技术（Pinchtechnology）是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能

量沿温度曲线的分布，从中发现系统用能的“瓶颈”（Bottleneck）所在，并给以“解

瓶颈”（Debottleneck）的一种方法。主要通过构造冷、热物流组合曲线，总组合曲线

和平衡组合曲线来对工艺过程进行能量分析，制定节能设计和改造方案。

要形象的判断工艺流股的夹点位置，首先就要做出T-H复合图。T-H图是用来表

示工艺流股的热特性，即流股的温度－焓的关系图，流股在换热过程中的焓变为：

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