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换热网络的设计——第一部分:主要是Aspen导入与自动设计1.启动Aspen Energy Analyzer2.新建HI Case/HI Project3.工具介绍4.从Aspen 流程中导入数据（也可直接输入物流信息与公用工程）从Hysys 流程中导入数据从Aspen 流程中导入数据从Excel 中导入数据 打开目标查看窗口 打开复合曲线窗口 打开总复合曲线窗口打开公用工程复合曲线窗口打开换热网络网格图窗口第一行：选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件第二行：设定详细的选项第三行：选择流程第四行：改变公用工程或添加公用工程第五行：选择加热器的公用工程第六行：选择冷却器的公用工程第七行：选择换热器的经济数据右下角“Tips”有较详细介绍在点击最右下角“Next”中之前，需要判断要导入的Aspen Plus流程模拟文件：模拟文件必须收敛，且没有错误；是否有不必要的物流和不必要的单元操作；是否有隐藏物流（在Aspen Plus流程里，右键——Reved Hidden objects，可将隐藏物流显示）；模拟文件在稳态模式；是否有内部物流，是否有多流股换热器，不支持内部物流和多流股换。
热器；是否有循环及循环精度是否合适。
检查完成可以点击“Next”右下角“Browse”是要导入的文件路径，其左侧是要导入的文件名称点击“Next”第一项里选only streams with phase changes 只考虑相变，忽略过热过冷（注：若后期不能进行自动设计，则选上面Do not segment，在自动设计方法里有详细步骤）第二项里全选第三项里选lgnore 忽略泵第四项里全不选点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“Next”点击“finish”至此，数据已导入完成。
保存文件。
5.目标查看窗口数字1:物流名称，不需要的可以删除，比如流量太小或能量太少数字2:冷热物流符号，蓝色代表冷物流，红色代表热物流，箭头弯的代表有相变，点击弯箭头可显示该物流的区间能量变化数据数字3和4:代表进出口温度数字5:温度每度能量变化值数字6:该物流总的能量数字8:该物流质量流量数字9:该物流比热6.复合曲线窗口7.总复合曲线窗口公用工程复合曲线8.换热网络网格图窗口9.换热器参数设定窗口点击换热网络网格图窗口里换热器图标可显示换热器参数设定窗口10.换热网络网格图11.自动设计换热网络——首先将Case文件转换为Project文件12.HI Project13.右击Case1选择Recommended Designs14.Recommend Designs参数设置窗口15.自动设计方案窗口16.自动设计方案无法正常运行在导入Aspen plus模拟流程时选择Do not seqment 如下图导入以后点击convert to H1project可以先将公用工程不用的物流删除，如本设计不用空气将工艺物流中能量太小或为0的物流删除点击下方或在Case 1上右键点击“Recommend Designs”出现界面Recommend Near-optimal Designs界面将分离数改为5，设计方案为3或更多点击“Solve”出现警告如下主要是塔设备塔顶冷凝器或再沸器温差太小，适当加大温差，本例加大2°C再次点击“Recommend Designs”，可以显示自动设计的三个方案如左上侧各方案比较：分析三个方案的数据——可比较总费用、换热器面积、换热单元数、设备投资费用、冷热公用工程费用、操作费用，还可查看各参数目标值。
夹点技术（下）换热网络设计详细教程（附Aspen源程序文件）本教程以丙烯环氧化工段为例对换热网络的夹点设计过程进行详细说明，模拟的源文件来源于某一届化工设计大赛国赛特等奖作品。
本教程重在过程，夹点的原理已在本人的夹点技术原理与应用一文进行了详细介绍，因此本文不再进行解释说明。
另本教程参考了熊杰明老师及包宗宏老师的相关书籍，大家有什么不懂可以买来参考。
有兴趣学习的同学可以在本文文末获取Aspen源程序文件。
下面正式开始介绍使用Aspen Energy Analyzer进行换热网络设计的过程。
1、修改单位在进行设计之前，根据需要我们可以对单位进行修改，修改的方法具体为T ools/Preference/Variables/Variables/Units/Available Unit Sets页面下选用或者修改单位集。
本例采用默认的单位集。
2、数据导入本例采用直接从Aspen plus的模拟文件导入的方法，具体过程如下：（1）首先新建一个热集成文件，即点击Creat New HI Case创建新文件，出现如图的界面图1 新建文件其中上面的图标表示的含义从左往右依次是：从Hysys流程中导入数据、从Aspen流程中导入数据、从Excel中导入数据、打开目标查看窗口、打开复合曲线窗口、打开总复合曲线窗口、打开公用工程复合曲线窗口、打开换热网络网格图窗口。
（2）从Aspen流程中导入数据图2 从Aspen流程中导入数据图3 数据导入在左侧的Steps栏中，是导入的具体步骤，每一步都有相应的提示，从上往下步骤依次为选择文件类型，公用工程文件，模拟文件，经济文件、设定详细的选项、选择流程、改变公用工程或添加公用工程、选择加热器的公用工程、选择冷却器的公用工程、选择换热器的经济数据。
在右下角中的Tips中会提示你提供的模拟文件必须收敛，没有错误等等，有兴趣的可以将此提示看看，此处不再详细介绍。
点击“Next”，选择文件的路径。
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。
换热网络设计说明1.综述尊敬的评委老师，您好！为了防止您在对我们小组的作品评分时出现失误，而导致我们小组作品不必要的失分，所以我们特意在此对我们小组的换热网络设计过程进行说明，希望您能够耐心的阅读完这个说明。
2.用夹点技术分析过程将Aspen 模拟文件（不带流股间换热）导入Aspen Energy Analysiser 中，删去能量较小的流股。
得到未实施热集成技术前的组合曲线如下图所示：图一未实施热集成技术组合曲线此时夹点温度为80℃对于该换热网络，我们分析夹点温差与节能综合效益的关系，得到如下曲线图2 温度与经济效益关系图根据这一结果确定夹点温差为17℃。
并得到实施热集成技术的组合曲线如下图所示：图3 热集成技术组合曲线最后，使用软件对全厂进行换热网络设计，得到十种设计方案，如下所示：图4 全厂换热网络设计方案最终我们比较换热面积，费用，设备数等因素得到了最优的换热网络如下：图5 最优换热网络设计结果选择了最优设计方案后进入Retrofit 模式进行优化，确定最终的换热网络方案。
3、用夹点分析结果对工艺流程进行优化针对冷热物流组合曲线，该组合曲线存在一个温度接近的平台，如下所示;图6 冷热物流组合曲线于是我们对流程中反应器出口物流进行流股间换热，得到组合曲线如下所示：图7 换热后组合曲线接着我们分析了夹点温度与经济效益的关系，得到如下曲线：图8 夹点温度与经济效益关系图通过软件设计了十种换热方案，并根据费用，设备数，换热面积等进行比选，得到换热网络如下：图9 自动设计换热网络如上图绿色标识所示，我们对换热网络进行优化，去除回路，以及车间间换热等，得到优化后的换热网络如下：图10 优化后换热网络最终我们将换热网络结果返回到Aspen模拟中，结果如下所：图11 Aspen模拟带换热网络。
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。
这个流量为零的点就称为夹点。
3、温焓图与组合曲线只需将由于温差相同，对于同一个温度区间的冷物流或热物流，冷物流、热物流的热容流率分别相加再乘上温差，就能得到冷物流或热物流的总热量。
因为△H =∑Qi=(T 终-T初)∑FCpi所以冷物流或热物流的热量与温差关系可以用T—H图上的一条曲线表示，称之为组合曲线。
T—H图上的焓值是相对的。
为了在图上标出焓值，需要为冷物流和热物流规定基准点。
步骤如下：（1）对于热物流，取所有热物流中最低温度T，设在T时的H=H ，以此作为焓基准点。
从T开始想高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对T作图，得到热物流组合曲线。
（2）对于冷物流，取所有冷物流中最低温度T，设在T时的H=H ，（HCO）以此作为焓基准点。
从T开始想高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对T作图，得到冷物流组合曲线。
结论：1.过程物流热复合可以减少整个换热过程的热力学限制数；2.经过热复合后只剩下一个热力学限制点，即夹点，此时，过程需要的公用工程用量可以达到最小。
4、夹点特性（1）夹点的能量特性夹点限制了能量得进一步回收，它表明了换热网络消耗得公用工程用量已达到最小状态。
可以说，求解能量最优的过程就是寻找夹点的过程。
．（2）夹点的位置特性夹点位置和最小公用工程消耗量可采用图解法（T-H图）或问题表格算法（Problem Table Algorithm）来确定。
夹点把换热网络分隔成夹点上方（热阱）及夹点下方（热源）两个独立的子系统，而夹点处是设计工作中约束最多的地方（即“瓶颈”）。
夹点以上的热股流于夹点以下的冷股流的匹配（热量穿过夹点），将导致公用工程用量的增加。
这一事实可以分别通过对夹点之上和夹点之下子系统进行焓平衡得到。
为了使公用工程消耗最小，设计时需遵循以下三个基本原则：1、避免夹点之上热股流于夹点之下冷股流间的匹配；2、夹点之上禁用冷却器3、夹点之下禁用加热器（3）夹点的传热特性夹点是整个换热网络传热推动力△Tmin最小的点，所以在夹点附近从夹点向两端得△T是增加的。
这是由于在夹点一侧，流入夹点流股的热容流率之和，总是小于或等于流出夹点流股的热容流率之和，即有下式成立：∑CP流出≥∑CP流入对没有流入夹点的流股我们称之为从夹点进入的流股，其余流股为通过夹点的流股。
很明显，要满足上式则必须要有从夹点进入的流股，这样才能增加流出夹点流股的热容流率之和。
反之，由于流股消由此可以得出推论对任意一条组合失而产生的角点绝不会成为夹点。
．曲线而言，流入夹点的流股数应小于或等于流出夹点的流股数，即：N流出≥N流入三、夹点法设计能量最优的换热网络1、匹配的可行性原则（1）总物流数的可行性原则某些过程流通过加点是，为了达到夹点温度，必须利用匹配进行换热。
夹点之上使用外部冷却器会使总公用工程消耗增大，从而达不到能量最优的目的。
利用流股分割可以避免夹点之上使用冷却器。
也就是说为了保证能量最优、避免夹点之上使用冷却器，夹点之上的物流数应满足下式：NH≤NC式中NH----热流股数或分支数NC----冷流股数或分支数相反，为了避免在夹点之下使用加热器，以保证能量最优，夹点之下物流数应满足下式：NH≥NC上述两式合并后可得（夹点一侧）：N流出≥N流若上式不满足，则必须对流出夹点的流股作分割。
（2）、热容流率可行性原则为了保证传热推动力△T≥△Tmin，每个夹点匹配热容流率要满足：FCPC≤FCPH 夹点之上：夹点之下：FCPH≥FCPC式中FCPH---热流股的热容流率FCPC---冷流股的热容流率合并上述两式，可得：FCP流出≥FCP流入如果流股间的各种匹配组合不能满足上式，则需利用股流分割来改变流股的FCP值。
（此式只适用于夹点匹配。
非夹点匹配时温差较大，对匹配的限制不象夹点处那样苛刻。
）2、流股的分割——FCP表根据夹点匹配原则，可以得到夹点之上和夹点之下物流匹配的步骤，由下图可知当夹点之上或夹点之下的物流不满足条件时，需要对物流进行分割。
采用Linnhoff提出FCP表来分割物流，FCP表就是把夹点之上或夹点之下的冷热物流的热容流率，按照数值的大小分别排成两列列入FCP表，将可行性判锯列与表头。
每个FCp值代表一个流股，那些必须参加匹配的FCp值用方框圈起（如夹点之上的每个热流股必须参加匹配）。
夹点匹配表现为一对冷、热物流股FCp值的结合，分割后的流股热容流率写在原流股的热容流率旁边。
如果热流率股数大于冷流股数，则冷流股的分割在最终设计中是可以省略的。
需要强调指出的是，FCP表只能帮助我们识别分割的流股，而并不代表最终设计中分割流股的分流值（即分支的FCP值）。
3、流股的匹配——勾销推断法表，确定了夹点处可分割流股的对象流股。
在具体安FCP 通过排匹配时，必须尽量减少换热单元数。
不能直接按FCP表中的FCP 值进行分流和匹配，勾销推断法是以最小换热单元数Umin为目标进行匹配的直观推断法则，它可以指导我们进行流股的匹配。
该法则表述为：如果每个匹配均可使其中的一个流股达到其目标温度或达到最小公用工程的要求，那么流股在以后的设计中不必再考虑，可以勾销。
夹点匹配通常可选择匹配热负荷等于两股匹配物流流股中负荷小的热负荷，从而可使该流股在匹配中被勾销。
根据上述夹点特性及设计基本原则夹点设计的要点可归纳如下：1）给定一初始最小允许传热温差△Tmin ，确定夹点位置；2）在夹点处把网络分隔开，形成的两个独立系统（热端和冷端）分别处理；3）对每个子系统，设计先从夹点开始进行，采用夹点匹配可行性规则及经验规则，选择匹配物流，决定物流是否需要分支；4）离开夹点后，约束条件减少，选择匹配物流自由度较大，允许设计者更灵活地原则换热方案。
这时可采用经验规则，但在传热温差约束仍较紧张的场合（即某处传热温差比允许的△Tmin 大不了多少的情况），仍需遵循可行性原则；5）设计时需要考虑系统的可操作性、安全性及生产工艺中有无特殊规定；四、换热网络的调优对于一个最大能量回收的初始网络进行调优的目的，就是使其中但这常常会引以减少设备投资，所含的换热设备数降致或接近最低，起操作费用增加，因此必须对最大能量回收的公用工程费用与设备费用进行权衡。
1.最小换热单元数最小换热单元数为两个子网络的最小换热单元数之和，即：UE,min=（NH+NC-1)夹点上+(NH+NC-1)夹点下从上式可以知道：（1）若夹点之上无热物流，且夹点以下无冷物流，则UE,min= NH+NC-2＜Umin（2）若夹点在换热网络的一端，即不存在夹点以下或夹点以下部分，则UE,min=Umin（3）当夹点上、下同时存在冷、热流股时，有UE,min ＞Umin即换热网络不能同时达到能量最优和换热单元数最小时.能量最优可保证操作费用最低，单元数最少可使设备费用最低，因而存在着操作费用和设备费用之间的权衡。
夹点设计法得到的结构处于最小公用工程状态，而勾销推断法基本可以保证两个子系统中换热单元数最少。
当两个子系统组合成原系统时引起了换热单元数的过剩。
2.能量与设备数的权衡Linnhoff证明了一条重要的结论：热回收网络实际换热单元数比最少换热单元数每多出一个单元，都对应着一个独立的热负荷回路。
热负荷可以沿负荷回路进行“加”、“减”、“加”、“减”……的迁移，而不改变回路的热平衡。
．对于夹点问题，不管△Tmin 为何值，总是即需要加热器又需要冷却器。
为了满足系统最小换热设备数的要求，往往需要跨越夹点传热，这会使公用工程费用增加，此时可以找出一个跨越夹点的最佳换热量x，从而使总费用达到最小。
可以用“能量松驰法”来恢复最小传热温度。
所谓“能量松弛法”，就是把换热网络从最大能量回收的紧张状态“松弛”下来。
通过调整参数，使能量回收减少，公用工程消耗加大，从而使传热温差加大（在T——H图上表现为冷、热组合曲线拉开距离）。
为此，要在打开回路的基础上找到一个热负荷通路，使外部加热器与外部冷却器通过违反温差的匹配而相互连通。
因此，对于已满足最小公用工程消耗的换热网络，如果换热单元数不是最少，可以采用以下步骤进行调整：1.找出独立的热负荷回路；2.沿热负荷回路增加或减少热负荷来断开回路；3.检查合并后的换热单元是否违反最小传热温差△Tmin ；4.若违反△Tmin ，则利用能量松弛法求最小能量松弛量，恢复△Tmin 。
