第三篇第三講過程系統(tǒng)綜合與集成ppt課件

1、過程系統(tǒng)綜合過程系統(tǒng)綜合與集成與集成張冰劍張冰劍 020-8415310.1.4 問題表格法確定夾點 T-H圖確定夾點的方法雖然直觀，但是不適宜大規(guī)模換熱網(wǎng)絡夾點確實定 確定夾點位置常用的方法是問題表格法 Problem Table Algorithm問題表格法確定夾點的步驟 第一步：子網(wǎng)絡的分割，問題表格(1)； 第二步：每個子網(wǎng)絡的熱量衡算； 第三步：問題表格(2)確實立與夾點確實定。子網(wǎng)絡的根本概念 熱級聯(lián)： 每個單元都是類似的傳熱過程組成的串級構(gòu)造。每一級相當于一個子網(wǎng)絡。 熱級聯(lián)虛擬構(gòu)造，同一溫位的物流集中于同一級。D k+1T1T kT k+

2、1I1I kI k+1IKD1D kD KO kO1OkOk+1子網(wǎng)絡熱量衡算的根底概念 OK：第k個子網(wǎng)絡向外界或其他子網(wǎng)絡輸出的熱量； IK：外界或其他子網(wǎng)絡供應第k個子網(wǎng)絡的熱量； DK：第k個子網(wǎng)絡本身的赤字Deficit，即該子網(wǎng)絡為滿足熱平衡所需求的外加熱量。熱量衡算的根本公式 Ok=I k-D k 輸出=輸入-赤字 D k=(CPC- CPH )(T k-T k+1) CPC：子網(wǎng)絡k中包含的一切冷物流的熱容流率之和； CPH ：子網(wǎng)絡k中包含的一切熱物流的熱容流率之和。例題一： 一過程系統(tǒng)含有兩個熱物流和兩個冷物流，給定數(shù)據(jù)列于下表，選定冷熱物流間最小傳熱溫差為Tmin = 2

3、0 ，試確定該過程的夾點位置。物流標號初始溫度終了溫度熱負荷kW熱容流率kW/ H115060180.02.0H29060240.08.0C120125262.52.5C225100225.03.0第一步：子網(wǎng)絡的分割問題表格(1) Tmin = 20 子網(wǎng)絡序號子網(wǎng)絡序號 冷物流及其溫度冷物流及其溫度 熱物流及其溫度熱物流及其溫度 k C1 C2 / H1 H2 /SN1SN2SN3SN4SN5SN6150145120906012510070402520等于最小傳等于最小傳熱溫差熱溫差第二步：子網(wǎng)絡的熱量衡算 第一個子網(wǎng)絡： K = 1，溫度間隔為 150145 ) D 1=0-2)(150

4、-145) = -10 負赤字表示有剩余熱量10kW I 1 = 0 無外界輸入熱量 O1= I 1 - D 1= 0 -(-10) = 10 O1為正值，闡明子網(wǎng)絡1(SN1)有剩余熱量供應子網(wǎng)絡2(SN2)第二步：子網(wǎng)絡的熱量衡算 第二個子網(wǎng)絡： K = 2，溫度間隔為145120) D 2=2.5-2)(145-120) = 12.5 正赤字表示有熱量赤字12.5kW I 2 = O1= 10子網(wǎng)絡SN1有剩余熱量供應SN2 O2= I 2 - D 2= 10-12.5 = -2.5 O2為負值，闡明子網(wǎng)絡SN2有剩余的負熱量供應子網(wǎng)絡SN3即需求子網(wǎng)絡3向子網(wǎng)絡2供應熱量，但這是不能夠

5、的第二步：子網(wǎng)絡的熱量衡算 第三個子網(wǎng)絡： K = 3，溫度間隔為12090) D 3=2.5+3-2)(120-90) = 105 I 3 = O2= -2.5 O3= I 3 - D 3= -2.5-105 = -107.5 第四個子網(wǎng)絡： K = 4，溫度間隔為9060) D 4=2.5+3-2-8)(90-60) = - I 4 = O3 = -107.5 O4= I 4 - D 4= -107.5- (-) =27.5第二步：子網(wǎng)絡的熱量衡算 第五個子網(wǎng)絡： K = 5，溫度間隔為4025 ) 只需冷物流 D 5=2.5+3)(40-25) = 82.5 I 5 = O4= 27.5

6、 O5= I 5 - D 5= 27.5-82.5 = -55 第六個子網(wǎng)絡： K = 6，溫度間隔為2520) D 6=2.5(25-20) =12.5 I 6 = O5= -55 O6= I 6 - D 6= -55-12.5 = -67.5第三步：問題表格(2)確實立與夾點確實定子網(wǎng)絡序號赤字DK/kW熱量/kWIKOKSN1-10010.0SN212.510.0-2.5SN3105.0-2.5-107.5SN4-135.0-107.527.5SN582.527.5-55.0SN612.5-55.0-67.5OKOK為負值的時候傳熱為負值的時候傳熱過程無法完成，需求過程無法完成，需求外界

7、供入熱量。外界供入熱量。OK負值最大者，所負值最大者，所需從外部供入的熱量需從外部供入的熱量。溫位溫位假設(shè)外部供入的熱假設(shè)外部供入的熱量為量為107.5 kW，那，那么過程么過程OK 值不存值不存在負值。在負值。第三步：問題表格(2)確實立子網(wǎng)絡序號赤字DK/kW無外界輸入熱量/kW外界輸入最小熱量/kWIKOKIKOKSN1-10010.0107.5117.5SN212.510.0-2.5117.5105.5SN3105.0-2.5-107.5105.50SN4-135.0-107.527.50135.0SN582.527.5-55.0135.052.5SN612.5-55.0-67.552

8、.540SN1SN6SN2SN3SN4SN5SN1SN6SN2SN3SN4SN50 kW10-2.5-107.527.5-5567.5 kWQ H，min = 107.5 kW117.5105052.5Q C，min = 40kW有無外界輸入熱量時的子網(wǎng)絡傳熱表示圖第三步：夾點與公用工程冷、熱負荷確實定 調(diào)查發(fā)現(xiàn)，外界輸入最小熱量時，SN4輸入的熱量為0，其他子網(wǎng)絡的輸入、輸出熱量皆無負值，此時SN3與SN4之間的熱流量為0，即為夾點，該處的傳熱溫差為Tmin 。 夾點處熱物流溫度為90，冷物流的溫度為70 。 最小公用工程的加熱負荷QH，min =107.5 kW 最小公用工程的冷卻負荷QC

9、，min =40.0 kW例題二： 將例題一中最小傳熱溫差Tmin改為15，調(diào)查最小傳熱溫差的改動對計算結(jié)果的影響。例題二的問題表格(1)：問題表格(1) Tmin = 15 子網(wǎng)絡序號子網(wǎng)絡序號 冷物流及其溫度冷物流及其溫度 熱物流及其溫度熱物流及其溫度 k C1 C2 / H1 H2 /SN1SN2SN3SN4SN5SN6150140115906012510075452520等于最小傳等于最小傳熱溫差熱溫差例題二的問題表格(2)：子網(wǎng)絡序號赤字DK/kW無外界輸入熱量/kW外界輸入最小熱量/kWIKOKIKOKSN1-20020.080.0100.0SN2120.520.07.5100.0

10、87.5SN387.57.5-80.087.50SN4-135.0-80.055.00135.0SN5110.055.0-55.0135.025.0SN612.5-55.0-67.525.012.5選用不同最小傳熱溫差時計算結(jié)果比較Tmin / QH，min / kWQC，min / kW夾點位置/熱物流冷物流20107.5409070158012.59070Tmin越小，熱回收量越多，所需的加熱和冷卻公用工程量越少，但相應的換熱面積加大，投資費用添加，故需求確定最優(yōu)的Tmin。最優(yōu)的Tmin確定方法： 1)、根據(jù)閱歷確定，需求思索公用工程和換熱器設(shè)備的價錢、換熱介質(zhì)、傳熱系數(shù)、操作彈性等要素

11、的影響。 2)、在不同Tmin下綜合出不同的換熱網(wǎng)絡，選取總費用較低的網(wǎng)絡對應的Tmin。 3)、運用數(shù)學規(guī)劃法進展操作費用和投資費用的同時優(yōu)化。10.1.5 夾點規(guī)那么綜合換熱網(wǎng)絡夾點規(guī)那么綜合換熱網(wǎng)絡的目的：確定一個僅需求最小公用工程加熱負荷與最小公用工程冷卻負荷就可以到達最大熱回收的換熱網(wǎng)絡。物流間匹配換熱的可行性規(guī)那么一 對于夾點上方，每一夾點匹配的熱物流的熱容流率CPH要不大于冷物流的熱容流率CPC，即CPH CPC； 對于夾點下方，每一夾點匹配的熱物流的熱容流率CPH要不小于冷物流的熱容流率CPC，即CPH CPC。熱流股熱流股冷流股冷流股夾點夾點T下方下方CPH CPCH熱流股熱流股冷流股冷流股夾點夾點T 上方上方CPH CPCHCPIN CPOUT進入夾點物流的熱容流率要不大于穿出夾點物流的熱容流率。物流間匹配換熱的可行性規(guī)那么二 選擇每個匹配的熱負荷等于冷熱物流熱負荷較小者，使一次匹配換熱可以使一個物流(熱負荷較小者)由初始溫度到達終了溫度，這樣匹配系統(tǒng)所需的換熱設(shè)備數(shù)目最小，降低了投資費用。H=20kWH=100kW10020H/kW運用夾點規(guī)那么綜合換熱網(wǎng)絡 將上述規(guī)那么運用于例10-1，綜合出相應的換熱網(wǎng)絡。物流標號物流名稱初始溫度終了溫度熱負荷kW熱熔流率kW/ H1產(chǎn)品2206