烟台发电厂烟气深度脱硫及年产2.2万吨硫化氢项目3-2换热器设计说明书.doc
烟台大学Muse团队目录
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2017年
“东华科技—陕鼓杯”
第十一全国大学生化工设计竞赛
烟台火电厂烟气深度脱硫
及年产2.2万吨硫化氢项目
换热器设计说明书
设计单位
烟台大学化学化工学院
设计团队
Muse
成员姓名
唐泽彬李知谦盛磊刘莹毕晓琳
指导教师
田晖赵旗杜玉朋任万忠
2017年6月30日
换热器设计说明书
TOC\o1-3\h\z\u一.概述 4
1.1项目设计概述 4
1.2夹点技术 4
1.3AspenEnergyAnalyzer 4
1.4换热网络设计主要步骤 4
二.换热网络设计 6
2.1物流流股提取 6
2.2夹点温度确定 8
2.3确定换热目标 8
2.4构建换热网络 9
2.5换热网络优化 10
三.换热器选型 14
3.1换热器概述 14
3.2选型设计依据 14
3.3选型设计原则 14
3.4换热器类型比较 15
3.5管壳式换热器优缺点对比 16
3.6工艺条件的选定 19
3.7结构参数的选用 21
五.换热器设计软件 23
5.1换热器设计使用软件列表 23
5.2换热器选型示例 23
5.3换热器强度校核 25
六.换热器选型一览表 33
6.1换热器一览表 33
6.2冷器一览表 34
烟台大学Muse团队第一章概述
一.概述
1.1项目设计概述
本章将整个工艺流程中深度脱硫单元、克劳斯反应单元及硫化氢制备单元的冷热流股进行热交换匹配，进而构建换热网络.换热网络与热集成是降低生产成本的重要手段。本设计通过AspenEnergyAnalyzer软件，结合夹点技术，将可回收的能量最大化，从而减少公用工程用量，达到节能减排的目标。
1.2夹点技术
夹点技术从整个过程系统出发，选用年总费用最低、设备投资费用最少、热量回收率最大，换热器数目最少等作为经济目标函数，首先通过经验法或数学优化估算确定夹点温差，采用组合温-焓曲线或问题表法得出夹点温度，从而确定最小热公用工程量及最小冷公用工程量，通过夹点设计准则找出流程中不合理的换热过程及换热设备进行改进，从而使换热网络达到最优。
1.3AspenEnergyAnalyzer
AspenEnergyAnalyzer为AspenOne工程的能量分析模块，目的为帮助用户实现热集成及换热网络的优化，其在较早期的版本中称为AspenPinch。
应用AspenEnergyAnalyzer进行换热网络的合成与优化主要基于夹点技术。在用户指定的夹点温度下，可自动合成多套换热网络备选方案。但在实际使用过程当中，AspenEnergyAnalyzer并不能为我们生成最佳的换热网络，仍需要对计算机生成的网络进行人工优化。计算机模拟生成最优换热网络是近几年来热门的研究课题，基于Grossmann的超结构模型的改进算法、神经网络算法、模拟退火算法等被不断提出，但尚未有一种算法可确保对任意换热工况均可模拟得出最优网络。因此，AspenEnergyAnalyzer只可应用于换热网络合成的初步设计。
1.4换热网络设计主要步骤
本章利用AspenEnergyAnalyzer进行换热流程设计和换热网络的优化，同时利用AspenEDR进行换热器设计，校核换热网络实施的可行性，从而尽可能的实现内部能量集成和最大化利用，最大程度上提高经济效益。利用AspenEnergyAnalyzer设计换热网络，其主要步骤如下：
（1） 确定流程中需要换热的冷流股和热流股；
（2） 利用物流数据做出冷热流股的温焓图和总组合曲线图；
（3） 确定最小传热温差；
（4） 找出夹点及最小冷、热公用工程用量；
（5） 构建优化换热网络。
烟台大学Muse团队第二章换热网络设计
二.换热网络设计
2.1物流流股提取
在本项目中需要进行换热的冷热流股及数据详见表2-1：
表2 1换热冷热流股一览表
物流名称
入口温度℃
出口温度℃
热负荷GJ/h
86_To_87
290.00
228.80
73.89
305_To_306
600.00
150.00
7.27
16_To_143
400.00
150.00
25.21
31