年产25万吨醋酸乙烯酯项目9-换热网络设计.docx

年产25万吨醋酸乙烯酯项目创新性说明书

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设计学校：武汉工程大学设计团队：Green-Chem-2025参赛成员：万仁

设计学校：武汉工程大学

设计团队：Green-Chem-2025

参赛成员：万仁周良高晓彬刘文哲杜懿霖

指导老师：金放杨犁张林锋殷霞

——换热网络设计

武汉丰源化工有限公司

年产25万吨醋酸乙烯酯项目

年产25万吨醋酸乙烯酯项目物料衡算

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目录

TOC\o1-3\h\z\u换热网络设计 1

1.概述 1

2.流程节能设计思路 1

3.物流流股提取 1

4.最小传热温差ΔTmin的确定 2

4.1夹点技术简介 2

4.2投资费用与温差关系图 3

5.能量分析与公用工程的选择 4

6.全厂换热网络设计 5

7.换热网络总结报告 8

年产25万吨醋酸乙烯项目换热网络设计

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换热网络设计

1.概述

换热是化工生产过程中不可缺少的一部分。在所有的工艺流程中，都有一些物流加热，一些物流被冷却。换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求，而且是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。换热网络的消耗代价来自三个方面：换热单元数、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。

目前，换热网络合成主要有三种方法：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。

2.流程节能设计思路

采用夹点技术进行换热网络的设计时，一般是先找出最小公用工程消耗，即先设计能量最优的换热网络，然后再采取一定的方法，减少换热单元数，从能量和设备数上对换热网络进行调优。同时换热网络的设计还需要考虑到设备布置，不同车间之间物流换热的代价，物流是否具有腐蚀性还有对换热材料的要求等。因此在具体设计换热网络时候，可以从两方面出发：一是物流信息的确定，求出整个系统的所有涉及到加热冷凝的物流信息；二是考虑到具体物流的热集成能力以及其他性质情况（包括位置等因素），在满足换热匹配的要求上进行换热设计。

本流程分为3个工段，工艺复杂工段较长，希望通过系统集成把化工生产过程和动力系统中热力过程有机地整合在一起，为使能源动力系统达到合理利用并实现最低限度的污染排放，通过适度循环等方式实现物质的低能耗利用和工程目标的低能耗达成。

针对换热网络的节能设计，本方案中主要体现在以下三点。第一，反应器热源提供高品位热流供给蒸汽发生装置。第二，塔底馏出废液与系统内部冷物流换热，降低需求的冷却负荷。第三，流程的产品分离工段合并较低品位的换热需求，采用多次换热的方案，分梯度充分利用流股热量。

3.物流流股提取

使用AspenEnergyAnalyzer从AspenPlus流程模拟中提取全厂换热物流的基础数据，如表3-1、表3-2所示。

表3-1ASPEN模拟数据1

表3-2ASPEN模拟数据2

4.最小传热温差ΔTmin的确定

4.1夹点技术简介

换热网络综合设计技术常用的方法是以Linnhoff教授为首的研究小组提出的“夹点技术”（PinchPointTechnology），利用该方法可以设计合成公共供热或供冷最小的换热网络，以达到节能的目的。

夹点位置的确定可以用T-H图法或问题表格法，在温-焓图（T-H）上分别将换热网络中所有冷热物流按照温度高低顺序首尾相接画出各自的温度-焓变化曲线，然后将各个公共温度空间内的热焓变化加和，形成两条折线，两折线之间垂直距离最小处即为夹点。从T-H图上我们可以很清楚的看出夹点的位置以及所需的最小公用工程加热负荷、最小公用工程冷却负荷和系统所能达到的最大热回收。夹点过程系统分隔为两个部分：夹点上方和夹点下方。用夹点技术进行设计时，有三条原则：

夹点处不能有热量通过

夹点上方只能有公用工程加热

夹点下方只能有公用工程冷却

如果违反了这三条原则，将造成热量浪费。但是在实际的生产中，有时为了减少设备的投资费用，而减少换热器数量，以增加公用工程为代价，人为地允许有热量通过夹点。此时新网络的最小传热温差将大于ΔTmin,由此出现了伪夹点的概念和双温差法。伪夹点的设计和夹点的设计相似，不同之处是—允许伪夹点以下的网络传递静物流，物流数与分支规则和热熔都要进行修改，因此得到的网络往往比夹点法设计的简单。双温差法就是采用温差，即网络热回收的传热温差（HRAT）以及划分温度段温差（TIAT=换热器允许的最小传热