马后炮化工论坛第五章_马后炮化工技术论坛版

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5-1 换热网络综合问题的定义的定义及目标是什么？

换热器网络综合问题就是确定具有最小设备投资，最小操作费用，能达到过程要求的换热器网络结构。并能满足每一个过程物流的工艺要求（从初始温度达到目标温度），具有较好的柔性、可控性和可操作性。

5-2 换热网络的设计工作一般包括哪些步骤？ 换热器网络设计步骤：

（1）选择工艺流股和公用工程流股;（2）确定经济合理的夹点温差和公用工程用量;（3）综合出初步的候选换热网络；（4）将候选网络优化成最好的换热网络;（5）对换热器进行详细设计;（6）模拟计算，进行技术经济评价和系统操作性分析，若对结果不满意，返回第（2）步，直至满意。不同的综合方法，体现在（2）、（3）步。5-3 换热网络综合的方法各有什么特点？

（1）启发式经验规则法：不能保证一次得到最优解，可以以此为基础，逐步调优。

（2）夹点技术法：以热力学原理和分析方法为基础，以最小能耗为主要目标。对于给定的网络回收温差，为满足最小能耗目标，不允许能量跨越夹点，因而初始网络可能具有较多的单元；为得到最少投资费用的网络，需减少单元数，又造成能量跨越夹点。

（3）数学规划法：建立换热网络综合的最优化数学模型，计算量大，适宜于在计算机上求解。

（4）人工智能算法（遗传算法）：计算简单，对问题性质无太多限制，适用性广等优点。适用于不可微，不连续，非线性，非凸，多峰等复杂优化问题。

5-4 根据T-H图综合换热网络是以什么为目标的？其综合步骤如何？

以最小传热面积为目标。具体步骤：

① 搜集物流数据,流量、温度、比热容、汽化热等； ② 构造冷、热物流的组合曲线 ；

③ 调整冷热物流的组合曲线，使得最小传热温差不小于指定 值；

④ 划分温度间隔区间，进行物流匹配。具体作法说明：（1）构造组合曲线

（2）划分温度间隔，进行物流匹配

（3）对应的换热网络

5-5 物流 H1 H2 C1 热容流率15 20

初始温度 443 423 293

目标温度 333 303 408

热负荷 3300 1800 2300 C2 40 353 413 2400 冷，热组合曲线：

最小传热温差为20℃时的总组合曲线：(最小传热温差的最优值：16.5℃)

Pinch Temperatures: HOT: 100℃ CLOD: 80℃

5-6 夹点设计法的三条基本原则和可行性规则如何理解？ 夹点设计法的基本原则：

(1)应该避免有热流量通过夹点；（夹点处热通量为0.）(2)夹点上方避免引入公用工程冷却物流；（夹点上方为热阱，需要加入热公用工程，若引入公用工程冷却物流，会使得热公用工程用量增大。）

(3)夹点下方避免引入公用工程加热物流。（夹点下方为热源，需要加入冷公用工程，若引入公用工程加热物流，会使得冷公用工程用量增大。）

违背以上三条，就会增大公用工程负荷及相应的设备投资。可行性规则：

规则1 对于夹点上方，热工艺物流（包括其分支物流）的数目NHNHNC不大于冷工艺物流（包括其分支物流）数目NC，即：

对于夹点下方，热工艺物流（包括其分支物流）数目NH不小于冷工艺物流（包括其分支物流）的数目NC , 即： NHNC（规则1保证了在夹点附近夹点匹配。）

规则2 夹点上方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH小于或等于冷物流的热容量流率CPC,即：CPH ≤ CPC 夹点下方，每一夹点匹配中热物流的热容流率CPH大于或等于冷物流的热容量流率CPC,即：CPH ≥ CPC（规则2保证了夹点匹配中的传热温差不小于允许的最小传热温差Tmin。离开夹点后，由于物流间的传热温差都增大了，所以不一定遵循该规则。）5-7 5-8 如何建立换热网络综合问题的数学模型？

首先确定最小传热温差Tmin，再利用问题表格法确定夹点位置，再对换热网络进行匹配，再分别对夹点上方和下方进行调优，最终得到相应的换热网络。

5-9 采用运转模型综合换热器网络的工作步骤如何？ 转运模型综合换热网络步骤如下:（1）确定出温度间隔

（2）计算最小公用工程费用分为物流匹配有限制和无限制情况（3）改善网络的热集成性能，修改或消去换热网络中的夹点，减小公用工程费用，与整个化工生产过程系统的综合同时求解

（4）选择具有最少换热设备数的网络。得到每一匹配所包含的热、冷物流，热交换量，及各温度间隔的热流量 5-10 对一换热网络进行调优的目标是什么？

换热网络进行调优的目标：最大能量回收；最小传热面积；最少换热设备数；最小总费用。