夹点法手算及aspen设计换热网络实例(仅供借鉴)
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作业题:一过程系统含有的工艺物流为2个热物流和2个冷物流,数据见下表。冷热流股最小传热温差为min T ∆=15℃,试进行还热网络设计及用能评价。
物流编号 热容流率Cp(kW/℃)
初始温度Ts(℃)
终了温度Tt(℃)
H1 2.0 150 60 H2 7.0 90 55 C1 2.0 20 125 C2
3.0
25
100
一、采用问题表法确定夹点位置:
1、分别将所有热流和所有冷流的进出口温度从小到大排列: 热流体:55,60,90,150 冷流体:20,25,100,125
2、计算冷热流体的平均温度,即将热流体温度下降min T ∆/2,将冷流体温度上升min T ∆/2: 热流体:47.5,52.5,82.5,142.5 冷流体:27.5,32.5,107.5,132.5
3、将所有冷热流体的平均温度从小到大排列:
冷热流体:27.5,32.5,47.5,59.5,82.5,107.5,132.5,142.5
4、划分温区:
第一温区:142.5 — 132.5 第二温区:132.5 — 107.5 第三温区:107.5 — 82.5 第四温区:82.5 — 52.5 第五温区:52.5 — 47.5 第六温区:47.5 — 32.5 第七温区:32.5 — 27.5
5、温区内热平衡计算:))((
1i +--=∆∑∑i i H
C
T T Cp
Cp H
第一温区:1H ∆=(0-2.0)(142.5-132.5)= -20 第二温区:2H ∆=(2.0-2.0)(132.5-107.5)= 0 第三温区:3H ∆=(2.0+3.0-2.0)(107.5-82.5)= 75 第四温区:4H ∆=(2.0+3.0-2.0-7.0)(82.5-52.5)= -120
第五温区:5H ∆=(2.0+3.0-7.0)(52.5-47.5)= -10 第六温区:6H ∆=(2.0+3.0-0)(47.5-32.5)= 75 第七温区:7H ∆=(2.0-0)(32.5-27.5)= 10
6、计算外界无热量输入时各温区之间的热通量: 第一温区:输入热量=0,输出热量=20
第二温区:输入热量=20,输出热量=20+0=20 第三温区:输入热量=20,输出热量=20-75=-55 第四温区:输入热量=-55,输出热量=-55+120=65 第五温区:输入热量=65,输出热量=65+10=75 第六温区:输入热量=75,输出热量=75-75=0 第七温区:输入热量=0,输出热量=0-10=10
7、计算外界输入最小公用工程时各温区之间的热通量: 第一温区:输入热量=55,输出热量=55+20=75 第二温区:输入热量=75,输出热量=75+0=75 第三温区:输入热量=75,输出热量=75-75=0 第四温区:输入热量=0,输出热量=0+120=120 第五温区:输入热量=120,输出热量=120+10=130 第六温区:输入热量=130,输出热量=130-75=55 第七温区:输入热量=55,输出热量=55-10=45
8、确定夹点位置
第三、第四温区之间热通量为0,此处就是夹点,即夹点在平均温度82.5℃,热物流90℃,冷物流75℃处。
最小加热公用工程量为55kW ,最小冷却公用工程量为45kW 。
二、使用Aspen Energy Analyzer 设计换热网络:
1、 在Aspen Energy Analyzer 中输入冷热物流已知参数,如下图所示:
2、 输入冷热物流最小温差为15℃
3、 查看夹点计算结果:
如上图所示,最小输入热量值为55KJ/h,冷最小冷却热量值为45KJ/h。夹点处温度为热物流90℃,冷物流75℃,与问题表法计算结果相同。
4、设计换热方案:
由Aspen Energy Analyzer求解换热方案,以下为其中两种推荐方案:
三、用能评价:
如采用第一种推荐方案,其效果如下:
使用热公用工程量为82KJ/h,冷公用工程量为72 KJ/h。分别为最小值的149.1%和160.0%。