下载文档原格式
换热⽹络设计⼀.简介：化学⼯业是耗能⼤户，在现代化学⼯业⽣产过程中，能量的回收及再利⽤有着极其重要的作⽤。
换热的⽬的不仅是为了改变物流温度使其满⾜⼯艺要求，⽽且也是为了回收过程余热，减少公⽤⼯程消耗。
在许多⽣产装置中，常常是⼀些物流需要加热，⽽另⼀些物流则需要冷却。
将这些物流合理的匹配在⼀起，充分利⽤热物流去加热冷物流，提⾼系统的热回收能⼒，尽可能减少蒸汽和冷却⽔等辅助加热和冷却⽤的公⽤⼯程（即能量）耗量，可以提⾼系统的能量利⽤率和经济性。
换热⽹络系统综合就是在满⾜把每个物流由初始温度达到制定的⽬标温度的前提下，设计具有最加热回收效果和设备投资费⽤的换热器⽹络。
我们主要介绍利⽤夹点技术对换热⽹络进⾏优化。
通过温度分区及问题表求出夹点及最⼩公⽤⼯程消耗，找出换热⽹络的薄弱环节提出优化建议，寻求最优的匹配⽅法。
再从经济利益上进⾏权衡提出最佳的换热⽹络⽅案。
提⾼能量的利⽤效率。
⼆.换热⽹络的合成——夹点技术1、温度区间的划分⼯程设计计算中，为了保证传热速率，通常要求冷、热物流之间的温差必须⼤于⼀定的数值，这个温差称作最⼩允许温差△Tmin。
热物流的起始温度与⽬标温度减去最⼩允许温差△Tmin，然后与冷物流的起始、⽬标温度⼀起按从⼤到⼩顺序排列，⽣称n个温度区间，热物流按各⾃冷、个温区，n从⽽⽣成表⽰，Tn+1……T1,T2分别⽤．的始温、终温落⼊相应的温度区间。
温度区间具有以下特性:（1）.可以把热量从⾼温区间内的任何⼀股热物流，传给低温区间内的任何⼀股冷物流。
（2）.热量不能从低温区间的热物流向⾼温区间的冷物流传递。
2、最⼩公⽤⼯程消耗（1）.问题表的计算步骤如下：A：确定温区端点温度T1，T2，………Tn+1，将原问题划分为n个温度区间。
B：对每个温区进⾏流股焓平衡，以确定热量净需求量：Di=Ii－Qi=（Ti－Ti+1）（∑FCPC－∑FCPH）C：设第⼀个温区从外界输⼊热量I1为零，则该温区的热量输出Q1为：Q1=I1－D1=－D1根据温区之间热量传递特性，并假定各温区间与外界不发⽣热交换，则有：Ii+1=QiQi+1=Ii+1－Di+1=Qi－Di+1利⽤上述关系计算得到的结果列⼊问题表(2).夹点的概念（⾃⼰画图7-3）从图中可以直观的看到温区之间的热量流动关系和所需最⼩公⽤⼯程⽤量，其中SN2和SN3间的热量流动为0，表⽰⽆热量从SN2流向SN3。
换热网络夹点技术
换热网络夹点技术是一种应用于传热系统中的先进技术，用于改善传热系统的效率和可靠性。
它可以提高传热效率，减少发动机失速，保证系统安全运行。
有效的换热器夹点技术可以使系统效率提高20％以上。
换热网络夹点技术具有多种优点，其中最为显著的一点就是可以提高系统效率。
在汽车发动机或空调系统中，采用这种技术可以有效提高汽车的加速和降温能力，从而提高系统的可靠性和性能。
此外，换热网络夹点技术还可以降低系统的抗冲击能力，提高系统可靠性，这将有助于降低故障概率。
换热网络夹点技术的安装和维护也相对简单，因为它不需要复杂的设备和工具，也不需要大量的电力和特殊的材料。
在安装过程中，只需根据设备的指示和规定，将整个换热网络以及换热网络夹点的部件连接起来，这样就可以保证系统的可靠性和性能。
换热网络夹点技术的缺点也不容忽视，其中最大的缺点是成本较高。
换热网络夹点技术设备需要专门设计与深入研究，而且施工也相对复杂，价格成本高，考虑到这些因素，使用这种技术可能会带来投资回报期较长的问题。
总而言之，换热网络夹点技术是一种先进而有效的技术，可以提高传热系统的可靠性和性能，但也会带来一定的成本。
在决定是否使用这种技术时，应该考虑到设备价格、系统成本和可靠性等因素，并根据实际情况形成合理的决策。
夹点技术原理及其在换热网络优化中的应用工093 林媛10091707摘要：能源危机的到来，节能降耗已是大势所趋。
夹点技术是换热网络、水网络优化最实用的节能技术。
本文主要介绍了夹点技术的基本原理以及近几年在工程设计中的广泛应用和良好前景。
关键词：夹点技术；换热网络；过程工程；节能系统1 前言能源与人类文明和社会的发展一直紧密地联系在一起，是社会发展的物质基础。
在当今的世界上，能源问题更是渗透到社会生活的各个方面，直接关系到整个社会经济发展和人们物质文化生活水平的提高。
随着能源危机日益加深，过程集成方法成为热点话题，而夹点技术以其独有的实用、简单、直观和灵活⋯的优点正在被广泛使用，经过20多年的发展，夹点技术已从热回收的特殊工具发展成为一种卓有成效的过程设计方法，它是过程系统综合的强有力方法，其研究和应用对促进企业技术进步、增加经济效益、提高竞争能力等都有重大意义，在我国的工业和企业中有着广阔的应用前景。
夹点技术(Princh Technology，pinch又译作窄点、狭点、挟点)是英国Bodo Linnhoff 教授等人于70年代末提出的换热网络优化设计方法，后来又逐步发展成为化工过程综合的方法论。
夹点技术是能量回收系统分析的重大突破，80年代以来夹点技术在欧洲、美国、日本等工业发达国家迅速得到推广应用，现已成功地用于各种工业生产的连续和间歇工艺过程，应用领域十分广阔，在世界各地产生了巨大的经济效益。
2 夹点技术基本原理工艺过程存在多股冷、热物流，过程综合就是要设计出能使冷热物流充分换热以尽可能回收热量，并同时满足投资费用、可操作性等方面的约束条件的过程系统。
夹点技术是以化工热力学为基础，以经济费用为目标函数，对换热网络的整体进行优化设计。
优化过程包括冷热物流之间的匹配，冷热公用工程的类型和能级选择；加热器、冷却器及系统中一些分离器、蒸发器等设备在网络中的合适放置位置；节能、投资和可操作性的i维权衡。
换热器温度的夹点换热器温度的夹点是指在热交换过程中，热源和冷源之间存在的温度差。
它是影响换热效率的重要因素之一。
在实际应用中，为了提高换热效率，需要控制夹点温度，使其达到最优值。
夹点温度的影响因素夹点温度的大小取决于热源和冷源的温度以及流量等因素。
在换热器设计和运行过程中，需要考虑以下因素：1. 热源和冷源的温度：夹点温度随着热源温度的升高而升高，随着冷源温度的降低而降低。
2. 热源和冷源的流量：当热源和冷源的流量变化时，夹点温度也会发生变化。
当流量增加时，夹点温度也会升高；当流量减少时，夹点温度也会降低。
3. 换热器的结构和材料：换热器的结构和材料也会对夹点温度产生影响。
优秀的换热器应该具有良好的热传导性和适当的压降，以保证夹点温度的稳定。
4. 换热介质的性质：不同的换热介质具有不同的热传导系数和比热容等性质，这些都会对夹点温度产生影响。
夹点温度的控制方法为了提高换热效率，需要控制夹点温度，使其达到最优值。
常见的控制方法包括：1. 改变流量：通过改变热源和冷源的流量，可以调节夹点温度，以达到最佳换热效果。
2. 改变温度：通过改变热源和冷源的温度，可以调节夹点温度，以达到最佳换热效果。
3. 采用优秀的换热器：优秀的换热器具有良好的热传导性和适当的压降，可以保证夹点温度的稳定。
4. 选择合适的换热介质：不同的换热介质具有不同的热传导系数和比热容等性质，选择合适的换热介质可以使夹点温度更加稳定。
夹点温度的优化在实际应用中，为了实现最佳的换热效果，需要优化夹点温度。
优化夹点温度的方法包括：1. 调整流量：通过调整热源和冷源的流量，可以使夹点温度达到最优值。
2. 调整温度：通过调整热源和冷源的温度，可以使夹点温度达到最优值。
3. 优化换热器结构和材料：优化换热器的结构和材料，可以提高换热器的效率和稳定性，从而达到最佳的夹点温度。
4. 选择合适的换热介质：选择合适的换热介质可以使夹点温度更加稳定，从而提高换热效率。
)(s t p T T Wc Q H -==∆利用夹点温度合成换热网络
摘要：化工生产中存在着大量的需要换热的工段，有些需要加热，有些需要冷却或冷凝。
如果能够合理地设计好换热网络系统，就可以最大限度地减少公共供热或供冷，而且还可能减少设备投资，达到节能的目的。
夹点技术（Pinch Technology ）是合成换热网络常用的综合设计技术。
利用该技术设计合成公共供热或供冷最小的换热网络，在降低能耗，减少投资，保护环境等方面成效显著。
关键词：夹点技术、夹点的确定及意义、换热网络合成
1.夹点技术
夹点技术是以热力学为基础，从宏观的角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统的用能“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。
夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收。
用夹点技术设计合成的换热网络，可推广应用于整个过程系统的能量分析与调优。
目前，夹点技术在实际中应用广泛，取得较好的成效。
我国高校，设计部也已将夹点分析方法用于原油预热系统的节能改造，取得满意效果。
1.1温焓图
用温焓图（T-H 图）能够简单明了地描述过程系统中换热网络中物流的热特性。
在温焓图上可以用一段线段或曲线描述物流的换热过程。
例如，当某一工艺物流从供应温度Ts 加热或冷却到目标温度Tt,其所需的热量或冷量（该过程的
焓差）为
式中，W 为质量流率kg/h;Cp 为比热容,kJ/kg.K;
由此，就可在温焓图中画出表示物流温度及热量的变化的直线。
若Q 为负值，表示物流被冷却，需要冷量，在图中的直线为有一条箭头指向左下方的直线；若Q 为正值，表示物流被加热，需要热量，在图中的直线为有一条箭头指向右上方的直线。
若为一水平线，则表示为饱和物质流体的焓变，过程中温度保持不变。
若为曲线，则表示为多组分物质流体的热量变化。
1.2组合曲线
在一个过程系统中，会有多股热物流和冷物流，在研究过程中，常常把多股物流在温焓图中有机结合在一起，同时考虑冷热物流的匹配换热问题，这样才更有意义。
因此，即需在温焓图中画出组合曲线。
在温焓图中，可做出多股热物流和多股冷物流的热组合曲线和冷组合曲线。
即把相同温度间隔内物流的热负荷累加起来，然后在该温度间隔中用一个具有累加热负荷值的虚线物流来代表即可。
2、夹点的确定及意义 2.1夹点的确定 （1）作图法
夹点的位置可以在温焓图中直观的确定出来。
为确定夹点温度，需知道最小传热温差。
在温焓图中先根据所给的温度作出热物流组合曲线和冷物流组合曲线，让两条物流曲线在水平方向上相互靠近，当两物流曲线在某处的垂直距离正好等于
时，该处即为夹点。
由此即可确定热流体的夹点温度和冷流体的夹点温度，
热冷流体的夹点温差刚好等于。
确定夹点后，还可以在温焓图中确定过程系统中所需最小公用工程加热量Q H,min ，最小公用工程冷却量Q C,min 以及最大回收热量Q R,max 。
夹点把过程系统分隔成了两部分，即夹点上方和夹点下方。
夹点上方为热端，只需用公用工程加热，夹点下方为冷端，只需用公用工程冷却。
（2）表格法
① 确定区间温度
将所有冷流体的供应温度和目标温度上升/2,将所有热流体的供应温度和目标温度下降/2，将调整后的温度从高到低排列，得到若干温度区间。
② 计算所需热量或冷量
在每个温度区间的热平衡内，计算各温去所需热量或冷量。
公式为
有正有负，一般，夹点就在小于0的区间。
③ 计算热级联
找到最小的的外加热量，使原来的输出热量为负值的区间变成输出热量为零的区间，该区间的下限温度就是夹点的温度。
2.2夹点的意义
夹点的意义有如下2点：
（1）夹点出热冷物流间传热温差最小，为，它限制了过程系统能量的回收，成为了系统用能的“瓶颈”。
为此，需要改善夹点，以“解瓶颈”。
（2）夹点处过程系统的热流量为零。
即夹点处没有热流流过。
3、换热网络合成
换热网络的合成就是利用夹点技术设计出能够回收最大热量的换热网络。
而换热网络是有很多的，所以需要对换热网络进行优化。
所谓的
m in T ∆m in T ∆m in T ∆m in T ∆m in T ∆∑∑+--=∆)
)((1i i C H i T T CP CP H i H ∆i H ∆m in T ∆
换热网络的优化，是在完成规定换热任务下可能换热器数目最小，也有可能是公用工程消耗的能量最小，或是总操作费用最小。
目前，最常用的是公用工程能量消耗最小及总操作费用最小两个指标。
由上述已可确定夹点，由此即可设计换热网络。
根据夹点的意义，在换热网络设计时，应遵循以下原则：
（1）夹点上方不能引入任何冷工用工程； （2）夹点下方不能引入任何热工用工程； （3）在夹点处不能有跨越夹点的传热。
此外，在进行设计应用时，还应遵循换热器的流股匹配法则： ① 夹点之上的所有的热流在夹点处只能和那些热容流率比自己大或相等的 冷流相匹配；即保证在传热过程中传热温差大于最小传热温差；即C H CP CP ≤
② 夹点之下的所有的冷流在夹点处只能和那些热容流率比自己大或相等的热流相匹配；即保证在传热过程中传热温差大于最小传热温差；即H C CP CP ≤
除此之外，还须满足一个要求，即最大限度地满足其中一个流股的换热，使这一流股的热量尽量用一台换热器用尽。
如果在夹点之上，则先满足热流股；如果在夹点之下，则先满足冷流股。
根据所述的设计原则、匹配法则、基本要求，即可合成换热网络。
虽然利用夹点技术可以设计出最大能量回收系统的换热网络，但从经济上讲，并不是最优的系统，所以，还可以对换热网络进行改善，使其更优化。
结论
换热网络的合成需要利用夹点技术。
夹点技术是以热力学为基础，从宏观的角度分析过程系统中能量流沿温度的分布，从中发现系统的用能“瓶颈”所在，并给以“解瓶颈”的一种方法。
夹点的确定需要在温焓图中利用热冷物流的组合曲线确定。
让热冷两条物流曲线在水平方向上相互靠近，当两物流曲线在某处的垂直距离正好等于时，该处即为夹点。
夹点确定后，即可确定过程系统中所需最小公用工程加热量Q H,min ，最小公用工程冷却量Q C,min 以及最大回收热量Q R,max 。
利用所确定的夹点，就可以合成换热网络。
致谢 感谢韩媛媛老师的教导
参考文献
【M 】张卫东 孙巍 刘君鹏等 化工过程分析与合成 【M 】北京 化学工业出版社2016，277~287
【M 】方利国 化工过程系统分析与合成 【M 】北京 化学工业出版社 2013，,102~115 【M 】都健 化工过程分析与合成 【M 】大连 大连理工大学出版社2012,202~211
m in T ∆
附：
附：
解：根据表格法步骤，将2、4热流体的供应温度和目标温度下降，得195,175,85,55；将1、3冷流体的供应温度和目标温度上升，得175,170,115,55。
将两个温度序列合并从高到低进行排列:195,175,170,115,85,55;共6个温度，5个温度区间，整理后填入表中
由表得，第4级的输入热量为0，所以夹点就在第4级的上限温度115℃处，由此得到热流体在夹点处的温度为120℃，冷流体在夹点处的温度为110℃。
最小热公用工程为20kW,最小冷公用工程为60kW 。
2/m in T ∆2/m in T ∆。
