利用夹点技术分析优化碳酸二甲酯装置换热网络

利用Aspen Plus软件计算出冷流股和热流股的焓变,然后运用夹点技术对碳酸二甲酯反应精馏装置换热网络进行优化分析。计算结果表明,优化后的换热网络节能效果较好。通过小试数据,可以推断中试乃至工业化装置的换热网络节能情况。     

夹点技术在重芳烃分离装置节能改造中的应用

使用夹点技术对某重芳烃分离装置现行的换热网络进行分析优化,以夹点温差16℃,找出该装置换热网络的夹点平均温度159.5℃,其中夹点处的热流温度为167.5℃,冷物流温度为151.5℃。计算得到装置节能潜力336.6×104kJ/h。结合该装置现行的换热网络提出了2套换热网络优化改造方案,通过2套方案的比较和可行性分析,最终确立所选方案,该方案可实现节能14.0%,节能效果显著。     

甲基叔丁基醚装置的换热网络优化

采用了夹点技术对MTBE装置的现有换热网络进行了节能研究。分别计算出换热系统的夹点温度、最小传热温差以及最小公用工程负荷。找出了现有换热网络中存在的问题。通过对换热网络的分析和优化改造,实现了装置的节能减耗。改造后热公用工程消耗为63.3 kW,节能82.8%;冷公用工程的消耗为103.1 kW,节能73.7%。     

夹点技术在丙烯酸(酯)装置换热网络中的应用

利用夹点技术,采用温度-焓(T-H)图解法分析某丙烯酸(酯)装置换热系统用能现状和换热网络情况,确定了现有装置换热网络中用能不合理的情况,提出了优化改进措施,并成功进行了装置改造,从而达到节能降耗的目的。     

醋酸乙烯精馏装置节能改造中夹点技术的应用

采用夹点技术对醋酸乙烯精馏装置的换热网络进行用能分析。以夹点温差10℃,找出该装置换热网络的夹点温度在80℃和70℃处,计算得到装置的热公用工程用量从18141.28 kW减少到16201.72kW,节能潜力10.69%。结合现行换热网络结构进行设计优化,实现换热面积减少61.12 m2,热负荷减少1129.53 kW,循环水用量减少6.01×104kg.h-1。     

基于弹性分析的空分变负荷操作优化

针对空分装置变负荷过程的优化控制问题,提出用弹性分析对不同控制精度下的操作变量进行优化的方法.建立等价超结构换热网络模型用以描述多股流换热器,进而建立可用于操作分析的空分装置机理模型以准确描述空分变负荷过程.引入弹性指数表示关键操作变量的控制范围和精度,用柱形代数分解方法求解关键操作变量弹性边界的显式表达式,将复杂多变...     

轻烃回收装置换热网络的夹点分析与优化

介绍了夹点技术及其应用,并结合项目实例,对某炼厂轻烃回收单元换热网络进行了夹点分析与优化,充分利用系统内部换热。优化后的换热网络加热公用工程总消耗节省了2 157.7 k W,节能18%;冷却公用工程总能耗节省了3 080 k W,节能24.8%,公用工程耗量的减少给全厂带来可观的经济效益。     

常减压换热网络的优化节能研究

应用自行开发的换热网络软件包,对吉化炼油厂常减压装置的换热网络进行了优化节能研究,通过换热网络的合成、分析、换热器优化设计及流程模拟,找出了原有换热网络存在的问题,提出了对原有换热网络优化改进的方案,并进行了优化设计。     

夹点技术优化改造蜡油加氢裂化装置换热网络及有效能分析

针对某炼厂150万吨蜡油加氢裂化装置,采用单段串联+冷高分+常压塔+减压塔+轻烃吸收塔工艺流程,基于生产数据利用Aspen Plus软件对装置中反应部分和分离部分的各个单元模块进行模拟,通过参数的调整,使得模拟结果与标定数据达到很好的吻合,进而获得各个流股的热力学参数。结合夹点技术对其换热网络进行能效分析,进而找到该工艺流程中的用能"瓶颈",在不改变装置主要设备的前提下,对现有换热网络调优并模拟计算得到节能方案,同时利用有效能分析方法对改造前后换热网络进行用能评价。调优后,热公用工程用量为25709k W,相比原工艺流程节约了42.20%,冷公用工程用量为29863k W,相比原工艺流程节约了38.50%;总体来看改造方案相比原工艺流程节约了17.19kg EO/t的能耗。换热网络的总?损失也由原来的13530k W降低到8477k W,总?损失降低了37.35%。     

柴油加氢装置过程模拟与节能研究

针对某炼油厂处理量为3.5 Mt/a的柴油加氢装置,应用Aspen Plus流程模拟软件建立了装置的数学模型,计算得出了与现场标定数据比较吻合的模拟结果。根据计算结果,利用夹点技术对其换热网络进行节能分析与改造。首先以夹点温差为20℃,确定换热网络能量目标。该装置换热网络的夹点温度为95.4℃,最小热公用工程量为5 085.7 kW,最小冷公用工程量为20 613.9 kW,与现有换热网络热公用工程13 870.8 kW相比,存在8 785.1 kW的节能潜力。然后消除违背夹点规则的不合理换热匹配,进一步优化,并提出了改造方案。该方案新增7台换热器,可节约热公用工程8 450.5 kW,约降低了60.9%的能耗,取得了良好的节能效果。回收期为0.67年。     

Multi-period design of heat exchanger networks

Heat exchanger networks are an integral part of chemical processes as they recover available heat and reduce utility consumption, thereby improving the overall economics of an industrial plant. This paper focuses on heat exchanger network design for multi-period operation wherein the operating conditions of a process may vary with time. A typical example is the hydrotreating process in petroleum refineries where the operators increase reactor temperature to compensate for catalyst deactivation. Superstructure based multi-period models for heat exchanger network design have been proposed previously employing deterministic optimisation algorithms, e.g. (0005 and 0180). Stochastic optimisation algorithms have also been applied for the design of flexible heat exchanger networks recently (0110 and 0115). The present work develops an optimisation approach using simulated annealing for design of heat exchanger networks for multi-period operation. A comparison of the new optimisation approach with previous deterministic optimisation based design approaches is presented to illustrate the utilisation of simulated annealing in design of optimal heat exchanger network configurations for multi-period operation.     

Devise of a W serpentine shape tube heat exchanger in a hard chromium electroplating process

In a hard chromium electroplating process, a heat exchanger is employed to remove the heat produced from the high current intensity in an electroplating bath.Normally, a conventional U shape heat exchanger is installed in the bath, but it provides low heat removal.Thus, this study designs a novel W serpentine shape heat exchanger with identical heat transfer area to the conventional one for increasing heat removal performance.The performance of the heat exchange is tested with various flow velocities in a cross-section in range of 1.6 to 2.4 m·s~(-1).Mathematical models of this process have been formulated in order to simulate and evaluate the heat exchanger performance.The results show that the developed models give a good prediction of the plating solution and cooling water temperature, and the novel heat exchanger provides better results at any flow velocity.In addition, the W serpentine shape heat exchanger has been implemented in a real hard chromium electroplating plant.Actual data collected have shown that the new design gives higher heat removal performance compared with the U shape heat exchanger with identical heat transfer area; it removes more heat out of the process than the conventional one of about 23%.     

换热网络的热流均匀性因子

提出并建立了能够评价换热网络换热效能的热流均匀性因子,在两个条件下对该因子进行验证和分析。首先,在相同结构上保持换热器单元总面积之和不变的条件下模拟计算,考察热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系,并与温差均匀性因子进行比较;其次,在改变换热网络结构的条件下优化计算,考察各优化结构的热流均匀性因子与总换热量之间的对应关系。通过两个具体的换热网络实例验证该因子,结果表明：热流均匀性因子越小则对应的换热网络总体换热效能越好。由此说明本研究建立的换热网络的热流均匀性因子能够从总体上反应换热网络的换热效能,能够作为其换热效能的一种新的评价指标,并能为换热网络的综合及优化提供新的思路。     

微分进化算法优化换热网络的性能

通过分析换热网络换热器面积与综合费用之间的关系,证明了连续变量引起的换热网络非线性及非凸等特性,这些特性造成换热网络局部最优解众多。而传统的基于梯度的优化算法受初始点影响很大,容易陷入局部最优解,是换热网络最优化的障碍所在。针对优化换热网络问题难以稳定收敛的角度出发,在换热网络分级超结构模型的基础上,研究了微分进化算法求解换热网络问题的鲁棒性。通过具体的算例,在固定结构下与经典的牛顿法比较,结果表明,该方法优化结果不受初始点影响,具有很好的鲁棒性,并且年综合费用得到进一步降低。用于工业生产过程中,可以稳定有效地节约成本。     

用于超结构换热器网络热计算和网络综合的显式解

For the optimal design of a heat exchanger network, the inlet and outlet stream temperatures of each heat exchanger in the network should be known. An explicit analytical solution of stream temperatures of an arbitrary connected heat exchanger network was introduced, which is suitable for the thermal calculation of heat exchanger networks. For the heat exchanger network synthesis, this solution was further developed and coupled with the stage-wise superstructure heat exchanger networks. The new calculation procedure reduced the computer memory requirement dramatically. On the basis of this solution, a mathematical model for synthesis of heat exchanger networks with genetic algorithm was formulated, which is always feasible and no iteration is needed. Two examples were calculated with the proposed approach and better results were obtained.     

预处理方法对95%乙醇浸出大豆油工艺影响的研究

为解决95％乙醇浸出大豆油工艺中的几个难点，探索了新的油料预处理方法。将自然水分的大豆粉碎至20mesh，在1400－180℃下烘20－30min，浸出效率明显提高，溶剂比为2．5：1时，油脂质量分数18％的大豆浸出残油率为0．6％。而且油料预烘温度对浸出混合油中的磷脂含量及粕中溶剂的回收均有明显的影响，大豆经180℃预处理，混合油中磷脂质量分数为0．186％，回收后粕中乙醇残留量仅0．45％。研究的大豆预处理新工艺十分有利于用95％乙醇浸出时提高浸出效率，降低磷脂的浸出量和粕对乙醇的吸附。     

无分流换热网络的弹性设计(Ⅰ)基于温度波动情形

提出了基于温度波动的无分流换热网络的超结构模型和同步优化的弹性设计方法。对于起始温度在一定范围内波动的物流进行预处理即分段处理,并提出了分段原则;提出了基于规则的网络超结构模型并建立了弹性换热网络同步优化的数学模型;采用遗传算法求解了所提出的优化数学模型;提出了分段物流的合并及能量松弛的原则,对分段物流进行合并,并通过能量松弛方法得到优化的弹性换热网络结构。通过几个换热网络的弹性设计,说明了本方法的有效性和应用前景。     

SYNTHESIS OF FLEXIBLE HEAT EXCHANGER NETWORKS WITH STREAM NO - SPLITTING(Ⅰ) BASED ON RANGES OF STREAM SUPPLY TEMPERATURES

提出了基于温度波动的无分流换热网络的超结构模型和同步优化的弹性设计方法。对于起始温度在一定范围内波动的物流进行预处理即分段处理,并提出了分段原则;提出了基于规则的网络超结构模型并建立了弹性换热网络同步优化的数学模型;采用遗传算法求解了所提出的优化数学模型;提出了分段物流的合并及能量松弛的原则,对分段物流进行合并,并通过能量松弛方法得到优化的弹性换热网络结构。通过几个换热网络的弹性设计,说明了本方法的有效性和应用前景。     

基于场协同原理的换热网络性能评价因子

换热网络问题严重的非凸、非线性使从数学角度发现此类问题的全局最优解变得十分困难。鉴于此,本文以场协同理论为基础,建立了一种从温差场均匀性角度描述换热网络结构性能的评价因子,以期简化换热网络综合过程,获得高效的换热网络结构。首先以单体换热器的温差均匀性因子为基础,比拟出适用于换热网络的温差均匀性因子,称之为换热网络性能评价因子。继之,选择3个不同的算例,在固定结构和固定面积两个角度下分析了评价因子的有效性。最后,计算结果表明：提出的基于权重的换热网络温差均匀性因子与网络结构的总换热量之间能够形成明显的对应关系,可以准确地描述换热网络结构性能。简而言之,温差均匀性因子的值越小,对应换热网络结构的性能越好。     

Simultaneous MINLP synthesis of heat and power integrated heat exchanger networks

This paper describes the simultaneous MINLP synthesis of heat and power integrated heat exchanger networks. The objective of this work is to obtain feasible networks with optimal tradeoffs between investment, utility and power consumption caused by pressure drops in heat exchangers, and to use a detailed design model for exchangers in the synthesis in order to represent pressure drops and heat transfer coefficients as functions of exchanger design variables. In this way, the simultaneous synthesis of HEN and the detailed exchanger design become completely consistent and optimal.