过程系统的能量综合和优化

本文论述了从能量变化的角度分析过程系统以及按照Ｙｏｎｇ经济学关系建立系统优化的目标函数和约束条件的必要性，概述了按照过程系统能量结构特点所建立的三环节Ｙｏｎｇ经济分析模型，及其在四类子系统－单元过程设备两级能量综合优化中的应用。然后讨论了全局综合优化问题，介绍了以Ｙｏｎｇ经济学为基础提出的３个全局综合优化策略：子系统分解协调优化、复合措施和全局改进方案的Ｙｏｎｇ经济评价调优，及这一系统方法的研究、     

过程系统能量集成同步最优综合法

将换热网络超结构混合整数非线性规划多目标同步最优综合方法进一步扩展到与过程系统的联合优化,提出了改进的过程热集成同步综合方法,并以反应分离过程与换热网络能量集成为例,建立了同步优化超结构模型,采用混合整数非线性规划的遗传算法求解,可同时得到热集成系统最优的流程结构和操作条件。     

天然气终端处理厂能量系统分析与优化

天然气终端处理厂包括蒸馏、脱碳和压缩等一序列的高耗能过程。在当前可持续发展的大背景下,企业节能需求日益强烈。本文采用三环节能量流结构模型对天然气终端处理厂进行用能分析,分别提出工艺能量利用环节、能量转换环节和能量回收环节的用能优化改进措施,实现天然气终端处理厂系统节能超过12%。     

不同型面纵肋管束的综合能量特性研究

在研究得出梯形和矩形两种型面纵肋管束传热性能及流阻性能的基础上，依据换热过程的热力学能量原理，着重分析两肋片管束换热器的能量特性，探讨管束节距、肋高及厚度等结构参数和雷诺数及热流密度等工况参数对其能量利用的影响。研究结果表明：同为纵肋管束，但由于肋片截面形式不同，梯形和矩形纵肋管束综合能量利用程度差异较大；在相同的结构和工况条件下，梯形纵肋管束表现出良好的能量综合利用性能     

原油储运库的全能流模型

将过程系统分析理论应用于原油储运库的用能分析,提出原油储运库全能流模型概念.按照分解-综合-分解的模式,将系统分解为最基本的单元设备,分析用能实质、划分用能过程,建立单元模型;以原油、能量在系统中的转移为线索,结合工艺流程将单元设备综合为系统结构模型;最终给出系统计算框图,结合实际运行数据,确定系统各个节点的水力、热力...     

综合考虑经济性与效率的换热网络多目标约束优化方法

换热网络优化中不仅要考虑能量回收的“量”,还要考虑能量回收过程中“质”的耗散问题。在换热网络最大能量回收的前提下,基于不可逆传热过程中的耗散理论,以代表能量回收品质的效率最高为目标,建立综合能量回收数量、品质并同时考虑换热网络经济性的多目标混合整数非线性规划（MOMINLP）模型。根据模型目标有主次之分的特点,基于ε约束法对模型进行分步优化并结合BARON软件进行精确求解,依次求解换热网络的最大能量回收量(MER)与最低年均总成本(TAC),再将所得结果乘以松弛系数ε_i作为缩小搜索区域的约束条件,获得能量与成本约束下效率的Pareto前沿。通过对经典10SP1案例进行计算求解,最终得到最大能量回收量下,费用松弛系数为1.05时费效比最小的优化方案,而且本文的多目标约束优化方法能够更快求得综合的最优解。最后通过T-Q图中的换热网络组合曲线对比不同优化方案的效率,将换热网络划分为内部换热部分与剩余流股部分,多目标约束优化方法能够降低内部换热不可逆损失,提高剩余流股的温度。     

过程工业的集成供应链管理研究

分析了过程工业的特点和供应链管理在过程工业的应用现状,提出过程工业应通过采用集成供应链管理获得效益,即结合过程工业自身的特点,根据过程系统的功能层次模型和流结构模型,建立过程系统在投资决策、市场运营、管理控制3个不同运行层次上的集成供应链模型,并采用适当的优化策略求解,以求得企业在全生命周期内最大的综合效益。最后介绍了面向智能体的过程工业集成供应链建模方法以及求解策略。     

以煤为原料中型合成氨厂节能分析

运用夹点技术分析了某化工厂中型合成氨装置的换热网络，发现现有换热网络中有较多能量利用不合理的地方。本文提出两套节能改造方案，方案一不改变现有装置的蒸汽利用系统，适当改变现有换热系统的物流匹配，充分利用现有换热网络余热，使合成氨综合能耗下降１０％；方案二根据工艺过程要求优化蒸汽利用系统，进行热电联产，合成氨综合能耗降低１７．９％。节能改造的投资回收期一年左右。     

颗粒流体两相流能量最小多尺度作用(EMMS)模型简介

颗粒流体两相流能量最小多尺度作用模型(EMMS模型)认为,不均匀两相流系统中存在多尺度的相互作用,通常的动量质量守恒条件并不足以确定系统的状态,稳定性条件是必要的。该模型实现了对不均匀两相流状态的定量描述和对聚式散式流态化系统的统一关联,并揭示了不均匀结构、饱和夹带、流型过渡等重要现象的机理。本文简述了该模型的基本思想和要点。     

泡状入流条件下旋流泵能量转换特性研究

探究泡状入流条件下旋流泵流场演化机理和能量转换特性，对优化旋流泵结构和提升其气液混输性能具有重要意义。采用混合多相流模型与种群平衡模型进行耦合计算了旋流泵气液两相流场，结合能量梯度理论、熵产分析与流场演化规律，获得了泡状入流条件下旋流泵的能量转换特性。结果表明，循环流在无叶腔内呈涡带分布，其中涡室附近的循环流强度较高，涡带分布范围广且结构稳定，而无叶腔小半径处的循环流涡带强度较弱，仅存在于部分流道。随着入口体积含气率的增加，无叶腔内涡团面积逐渐增大，涡核数量有所增加。但当入口体积含气率增加到10%后，继续提高含气率，则循环流数量没有明显变化。在高入口体积含气率下，气相在后缩腔叶轮内聚集，使得后缩腔与无叶腔外缘能量梯度函数值增大，脉动熵产损失提高，流场更加紊乱，旋流泵效率与压差下降。     

化工能量系统集成

本文叙述了讨论由换热网络及蒸汽动力系统,冷却,冷冻等公用工程系统组成的能量系统的优化集成方法作者着重阐述了广泛应用于工程节能的夹点技术及其有关的各种先进软件,通过列举多个工厂的实例,展示了能量系统集成在化工企业节能降耗工作中的重要作用。     

化工过程能量集成途径与实证

阐述了化工过程能量集成理论,指出化工企业能量集成有效途径。并结合磷化工企业黄磷尾气综合利用和硫铁矿制酸企业硫酸装置余热利用实践取得能量优化和污染物减排效果,揭示了化工企业实现节能减排路线,为化工企业解决用能瓶颈、制定化工过程系统能量集成策略提供科学依据。     

过程系统工程在焦化厂的应用途径

重点针对焦化工艺设计集成、质量预测模型、节能控制等方面论证了传统焦化企业应用过程系统工程方法的有效途径。结果表明,以过程系统的观点把握焦化厂的流程设计和集成的方向,系统层次可得到进一步优化。而应用神经网络或遗传算法等先进的过程系统工程手段建立煤焦生产中焦炭质量预测模型,会使预测模型的实用性得到进一步提升。从过程系统工程观念出发,应用各种优化节能技术,可使焦化厂节能工作进入崭新阶段。     

The FluxMax approach for simultaneous process synthesis and heat integration: Production of hydrogen cyanide

Resource and energy efficiency are essential in process synthesis of chemical plants as they combine economic with ecological benefits. The two main targets of the process synthesis problem—mass and energy flux optimization—are typically split into two steps: single unit optimization and subsequent energy integration preventing the identification of the globally optimal solution. This article presents a single-step procedure for resource-efficient process synthesis through simultaneous heat and mass flux optimization called FluxMax approach (FMA), which is demonstrated for the production of hydrogen cyanide (HCN). The impact of simultaneous heat integration on the optimal process structure is demonstrated and two resource-optimal processes for HCN production are identified consisting of a combination of different reactor and recycling strategies reducing total variable cost by 68%. For convex objective functions, the globally most resource-efficient process is identified highlighting the potential of the FMA for site planning and retrofitting of existing plants.     

基于系统节能的冶金过程监测与模拟技术研究进展

从冶金企业能源管理系统的研究和应用现状、冶金过程的数值模拟方法与应用等方面,综述了基于系统节能的冶金过程监测与模拟技术的研究进展,分析了冶金工艺流程的过程模拟技术、冶金关键设备的计算流体力学(CFD)模拟技术及两者集成的研究现状以及数值模拟技术在冶金过程系统节能中的应用与不足之处. 结果表明,过程模拟技术可分析冶金工艺整体生产流程的参数变化,但忽略了操作单元物理特性、空间变化等因素;CFD模拟可分析单个冶金设备运行机理和优化工艺参数,但不能实现上下工序之间操作参数的关联. 采用时间序列方法集成过程模拟与CFD模拟技术可综合两者的优点,是研究冶金过程系统节能研究的重要方向.     

电厂CO2捕集工艺夹点分析与过程集成节能

电厂一乙醇胺（MEA）法烟气CO2捕集（CCS）工艺换热网络能量流密集,固有能耗高,对该工艺进行过程集成节能研究,具有重要意义。对CO2捕集工艺换热网络的夹点分析说明该换热网络存在跨越夹点的热量传递。冷热物流的总复合曲线特征说明了CO2捕集工艺固有能耗高的特性。对换热网络进行调优并提出了节能技术方案：（1）在夹点之上利用MEA贫液的部分高温位热量加热预吸附塔再生气;(2)采用MEA再生塔产生的湿CO2混合物作为驱动热源,跨越夹点设置一台氨吸收式制冷机以替代CO2液化所需部分制冷量。基于过程集成节能提出的换热集成节能措施可有效降低CO2捕集工艺固有能耗,使蒸汽耗量降低21%,冷却水耗量降低17.2%,CO2液化所需低温冷却公用工程降低43.4%。     

Design of mixed energy‐integrated batch process networks by Pseudo‐direct approach

In this article, a novel framework for the design of mixed (combined direct and indirect) integration for batch process systems is presented. The framework is based on the concept of pseudo‐direct energy integration (PDEI) which reformulates indirect integration as direct integration using pseudo‐process streams. Two algorithms are presented to achieve energy integration for batch processes operating cyclically (in a campaign mode). The first algorithm targets maximization of energy recovery and overcomes the limitations of some of the existing contributions for design of mixed integrated systems. The second algorithm provides a network reduction methodology to generate a cadre of integrated designs while exploring the trade‐off between capital (number of heat exchangers and storage units) and operating costs (utility consumption). The proposed framework is illustrated using a benchmark example of two hot and two cold streams. © 2017 American Institute of Chemical Engineers AIChE J, 63: 55–67, 2018     

Process integration technology review: background and applications in the chemical process industry

Process integration is a holistic approach to process design and operation which emphasizes the unity of the process. Process integration design tools have been developed over the past two decades to achieve process improvement, productivity enhancement, conservation in mass and energy resources, and reductions in the operating and capital costs of chemical processes. The primary applications of these integrated tools have focused on resource conservation, pollution prevention and energy management. Specifically, the past two decades have seen the development and/or application of process integration design tools for heat exchange networks (HENs), wastewater reduction and water conservation networks, mass exchange networks (MENs), heat‐ and energy‐induced separation networks (HISENs and EISENs), waste interception networks (WINs) and heat‐ and energy‐induced waste minimization networks (HIWAMINs and EIWAMINs), to name a few. This paper provides an overview of some of these developments and outlines major driving forces and hurdles. The fundamental aspects of this approach along with their incorporation in an overall design methodology will be discussed. The paper also highlights several recent applications of process integration to industrial processes. Copyright © 2003 Society of Chemical Industry     

带涡流管的新型加氢流程数值研究

加氢站对车载高压气瓶充注之前,需先对高压氢进行预冷,以防加氢过程的气体升温带来的车载气瓶的结构性损伤。提出了一种基于涡流管预冷的新型加氢流程,该流程采用涡流管取代了传统的预冷装置。并采用计算流体力学的方法对加氢流程中的关键部件涡流管开展了数值计算。计算结果表明,高压加氢流程工况下的涡流管同样具有能量分离效应。且随着加氢过程的进行,涡流管出口背压提高,能量分离效应减弱,即冷端降温减缓。该过程恰好与气瓶充气增压过程升温减缓相吻合。数值计算结果初步证明了该流程的可行性。     

过程工业中具有能量集成的用水网络优化设计

Effective utilization of water and energy is the key factor of sustainable development in process industries, and also an important science and technology problem to be solved in systems engineering. In this paper,two new methods of optimal design of water utilization network with energy integration in process industries are presented, that is, stepwise and simultaneous optimization methods. They are suitable for both single contaminant and multi-contaminant systems, and the integration of energy can be carried out in the whole process system, not only limited in water network, so that energy can be utilized effectively. The two methods are illustrated by case study.