熱集成大作業(yè)

1、熱集成大作業(yè)化工過程分析與合成大作業(yè)（甲醇制丙烯過程換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計）賈錦波 31201023671、提取流股根據(jù)所給的流程圖和aspen plus源文件,將原有換熱網(wǎng)絡(luò)打破，提取生產(chǎn)過程中 需要換熱的冷熱物流。在提取前，需先在流程圖中為必要的流股進行編號，編號結(jié)果 如下圖綠色數(shù)字所示:之后將過程流股與塔設(shè)備物流分別提取。制表如下：（注：過程流股由“MTP流程詳圖換熱網(wǎng)絡(luò)jpg"得到，塔設(shè)備流股由"DZY.bkp"得到）流股編號（始-末）2-3 4-5 6-7 8-9 10-1112-13 14-15 16-17 18-19 20-21 22-23 24-25 26-

2、27 28-29 30-31 32-33 34-35 36-37 38-39 40-41 42-43 44-45 46-47 48-49 過程名稱 Tl-TOP Tl-BOTTOM T2-TOP T2-BOTTOM T3-TOP T3-BOTTOM T4-TOP T4-BOTTOM T5-TOP T5-BOTTOM T6-TOP T6-BOTTOM T7-TOP T7-BOTTOM T8-TOP T8-BOTTOM 初始溫度/°C 51.3 480 72.8 83.5 87.5 96.2 387.8 44 146 103.9 88 30.4 -40 37 106.2 36.2 26.

3、1 167.1 166.2 60.1 53.6 73.6 88 50 初始溫度/°C 109 145.9 78 158.2 33.9 103.6 -36.5 46.9 53.3 62.470.5 -933.610.8 90.2 154.2目標(biāo)溫度/°C流股類型275冷流股190 熱流股50熱流股50熱流股50熱流股30熱流股155熱流股20熱流股30 熱流股30熱流股203冷流股-35熱流股30冷流股-40熱流股285冷流股 106.6冷流股96.1冷流股60熱流股60.3熱流股40熱流股40熱流股163.4 冷流股50熱流股30熱流股目標(biāo)溫度/°C流股類型101

4、熱流股146冷流股 67.1熱流股169冷流股20.8熱流股105.3冷流股40.3熱流股47冷流股 52.8熱流股62.7冷流股92.4熱流股-8.6冷流股337熱流股-9.6冷流股 74 熱流股 166.8 冷流股 Heat Duty/kW 82019 -55256 -5947 14172 -13526 -12552 -34913 -6130 -19740.2 -4961.2 20429.8 -11570 3546 -3851 236674260.7 18384 -1055 -600.8 -262.7 -746 17092 -77712.3 -8263 Heat Duty/kW -2976

5、2 32542 -14723 28249 -14967 13841 -6440.3 9014 -70859 71145 -272.6 278 -1595.2 1517 -22106 8732 T9-TOP T9-BOTTOM 110.4 165.2 108.9 169.8 熱 流股冷流股-1086.5 17292、確定能量目標(biāo)將換熱流股輸入ASPEN ENERGY ANALYZER V8.6軟件，選用的公用工程如下圖所示:圖2.1公用工程選用確定最小夾點溫差：最小溫差對于換熱網(wǎng)絡(luò)是至關(guān)重要的，溫差選擇較大，則會 使得高品質(zhì)的能量損耗，溫差選擇較小，則會使得傳熱面積無限大，使得設(shè)備的投資 費直線

6、上升。不斷改變夾點溫差，計算換熱網(wǎng)絡(luò)的總投資，得到趨勢圖。圖2.2總投資隨最小傳熱溫差變化曲線圖如圖所示，在最小傳熱溫差為6攝氏度時總投資達(dá)到最低，故選用6度作為后續(xù) 設(shè)計的最小傳熱溫差，并作出組合曲線和總組合曲線圖分別如下。圖2.3冷熱物流的組合曲線圖和總組合曲線圖由此可見，全工藝過程中有較大能量可以回用，另外，可選用多級公用工程，以 更好的實現(xiàn)能量目標(biāo)。圖2.4自動匹配多級公用工程的總組合曲線圖同時，可從中得到夾點溫度為：熱流股125°C ,冷流股119°CO此外，能量回用目標(biāo)也可由軟件自動計算得出：圖2.5能量回用換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計的Targets3、換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計3.1初選

7、換熱網(wǎng)絡(luò)利用Aspen Energy Analyzer V8.6軟件可推薦數(shù)十個換熱網(wǎng)絡(luò)，將計算得到的系列換熱網(wǎng)絡(luò)與能量回用目標(biāo)進行比較，計算結(jié)果如下表所示:表3.1推薦換熱方案比較最終依據(jù)總花費最小原則，選定換熱網(wǎng)絡(luò)，并進行自動優(yōu)化，如圖4.2所示:圖3.1初選換熱網(wǎng)絡(luò)3.2換熱網(wǎng)絡(luò)能量分析初選的換熱網(wǎng)絡(luò)雖可行，但顯示夾點后可發(fā)現(xiàn)，存在不少能量利用不合理的地方，如：圖3.2顯示夾點和回路的初選換熱網(wǎng)絡(luò)1、有冷流股在夾點以下使用了熱公用工程（如換熱器E147、E166）.2、還 存在有冷熱流股跨夾點換熱的情況，如換熱器E-179等。以上兩種情況都會增加公用 工程的用量，應(yīng)盡量避免。3、在該網(wǎng)絡(luò)

8、中，有大量的回路存在，如換熱器E-121與換熱器E-179所構(gòu)成的 回路（圖中黃線所示）,這將徒然增添換熱器數(shù)量，在經(jīng)濟上并不合理。3.3換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化以最小公用工程用量為目標(biāo)，并盡可能減少換熱器數(shù)量1、盡可能將跨夾點的換熱情形去除2、將夾點以上的冷公用工程移至夾點以下，同樣，將夾點以下的熱公用工程移 至夾點以上。3、盡量避免高品位熱量給低品位流股換熱，即以溫度相近為原則合理進行冷熱 匹配。4、網(wǎng)絡(luò)中存在一股物流多次使用同一公用工程的幾個匹配，可將其合并以減少 換熱器數(shù)量。5、找出換熱網(wǎng)絡(luò)中的回路，將其打斷，并進行熱負(fù)荷集成分擔(dān)，以減少換熱器數(shù) 量。另外，在設(shè)計時可通過連接冷熱公用工程的通路，進

9、行網(wǎng)絡(luò)松弛，以改變換熱器 匹配使換熱滿足要求。也應(yīng)當(dāng)時刻注意盡量避免跨夾點換熱、用高品位的公用工程為 低品位流股換熱。經(jīng)過以上各換熱網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)化手段，最終得到的換熱網(wǎng)絡(luò)如圖3.3所示公用工程能耗有所減少，冷、熱公用工程用量分別減少到了目標(biāo)用量的110.4%和 123.8%。換熱器數(shù)量由原來的69臺減少到58臺。圖3.3優(yōu)化后的換熱網(wǎng)絡(luò)以下列出58臺換熱器換熱情況:Heat Exchanger E-134 E-189 E-126 E-132 E-185 E-187 E-198 E-176 E-194 E-190 E-150 E-152 E-156 E-147 E-149 E-137 E-143 E

10、-203 Load/(kJ/h) E-134 E-189 E-126 E-132 E-185 E-187 E-198 E-176 E-194 E-190 E-150 E-152 E-156 E-147 E-149 E-137 E-143 E-203 1823657 931186 51019200 2.3E+08 12127526 5720140 21644707 2.48E+08 33081852412560.7 30167227 1736075 2907899 12879323 21409200 28957244 2956585 712789.9 Cost Index 34662.44 28

11、135.54 445155.1 2727194 35086.49 26816.67 1090342 1836418 415645 66799.9 270203.5 87010.93 110243.5 194374.5 210349.6 98382.71 116678.7 98088.46 Aera/m2 72.64113 49.46531 1857.495 11714.82 74.20571 45.01036 4603.51 7890.56 1701.395 173.3064 1049.539 301.5282 352.5332 755.103 837.7525 358.1761 453.14

12、25 299.9361 Shells 114 24 1 1 10 16 4 2 3 1 2 2 2 1 1 2 Hot Stream 12-13 16-17 8-9 T5-TOP 28-29 T7-TOP 18-19 46-47 18-19 38-39 14-15 28-29 36-37 20-21 6-7 14-15 T8-TOP 36-37 Cold Stream 26-27 T6-BOTTOM Cooling Water Cooling Water Very Low Temperature Very Low Temperature 34-35 Cooling Water Cooling

13、Water Tl-BOTTOM 2-3 26-27 T5-BOTTOM Cooling Water Cooling Water T3-BOTTOM 34-35 Tl-BOTTOM E-186 E-131 E-171 E-217 E-213 E-215 E-151 E-138 E-186 E-131 E-171 E-217 E-213 E-215 E-151 32953545 29746800 17493530 21136814 177310.9 14480554 21012867 66189.53 776129.6 611309.3 46392.7 13585.07 113346.8 1109

14、767 203.3325 3275.222 2514.619 118.1423 6.520189 435.5208 4707.208 176111 10 6 E-138 58581098 538278.8 2138.842 24-25 48-49 12-13 16-17 36-37 T2-TOP T2-TOP MP Very Low TemperatureCooling Water2-3Very Low TemperatureCooling Water Cooling Water34-3544-45E-179 E-128 E-130 E-200 E-117 E-170 E-115 E-214

15、E-162 E-158 E-218 E-178 E-180 E-182 E-184 E-177 E-169 E-118 E-195 E-157 E-140 E-146 E-202 E-220 E-221 E-222 E-223 E-224 E-227E-179 28401984 E-128 2685600 E-130 945720 E-200 10719534 E-117 4980997 E-170 3390710 E-115 47129620 E-214 48344997 E-162 8698455 E-158 30815918 E-218 29772486 E-178 507413.8 E

16、-1801.07E+08E-182 23663038 E-184 25870013 E-177 20568241 E-169 858842 E-118 2955703 E-195 2950102 E-157 16338161 E-140 49884242 E-146 1750319 E-202348602.7E-220 19630376 E-221 1.16E+08 E-222 6119549 E-223 89597519 E-224 4270383 E-227 64999745 623432.8 60984.84 30222.28 451128.2 119011.120020.87 1958

17、706 401259.7 201631 3693505 2257229 20063.21 1653393145979 393713.7 1237592 13944.45 62928.34 74611.61 174828 429668.9 23940.12 265452.7526678.7 1334255 311861.1 2977252 72286.91 672104.7 2578.151180.0689 56.67938 1889.42 465.5604 23.56509 8092.13 1626.312 792.4324 15824.71 9670.283 23.68962 7027.34

18、6516.0831 1587.2 5160.12 7.34719 188.6896 242.1172 656.4003 1775.23635.60169 1025.6412177.312 5672.922 1263.619 12818.5 231.2776 2836.338Steam 6 T8-TOP 1 42-43 1 40-41 4 46-47 1 20-21 1 T4-TOP 20 4-5 4 10-11 2 24-25 33 T8-TOP 20 T3-TOP 1 T3-TOP 15 Tl-TOP 2 MP Steam 4 12-13 12 46-47 1 T6-TOP 1 T3-TOP 1 T9-TOP 2 18-19 4 14-15 1 38-39 3 10-11 5 MP Steam 12 MP Steam 3 MP Steam 26 MP Steam 1 LP Steam 6MP SteamT4-BOTTOM Cooling Water Cooling Water32-33 T5-BOTTOMVery Low Temperature30-31 Cooling Water26-27 2-3Cooling Water26-27 T5-BOTTO