换热器网络综合及实际应用

论文摘要

能源是世界经济发展的原动力,是现代文明的物质基础。随着能源价格不断上涨,在产品总成本中能源费用部分自然越来越大。我国的能源供应短缺,长期处于紧张状态,而且能源的利用效率与发达国家相比有很大差距,这就严重地束缚了国民经济的正常发展,并且加重环境污染。本文从换热器网络综合的角度对化工过程的节能方法进行了研究。换热器网络作为过程系统的重要子系统,是化工、炼油等过程工业能量回收的重要组成部分。设计最优的换热器网络,使之在满足生产要求的同时,达到最合理的经济要求,对提高能源利用率具有十分重要的意义。大型复杂系统进行热集成的方案本来就十分复杂,对其进行改造就更加困难。本文对某厂硝基苯催化加氢法生产苯胺装置进行了改造,探讨了复杂系统热集成时目标系统选取的原则,形成了一套有效的对大型复杂系统换热器网络的诊断和改进方法。本文在工艺流程设计这一章中设计了一条新的甲烷氧化偶联法制乙烯分离工艺流程。该流程的特点是结构比较复杂,组分繁多。对甲苯吸收塔进行准确的模拟计算,这对于指导该生产过程的设计有着重要的意义。本文建立了吸收塔模型,而且对全流程进行了动态模拟。最后结合有效能分析对原流程进行了改进。与双流股换热器相比,多流股换热器以其高效率、结构紧凑及投资低在气体加工和石油化工等过程工业中有着广泛的应用。但是以往人们把大部分精力用于传统的双流股换热器网络综合的研究,而有关多流股换热器网络综合问题的研究目前仍然很有限。本文在流程的实际改造与设计中添加了多流股换热器,取得了良好的效果。

论文目录

• 学位论文数据集
• 摘要
• ABSTRACT
• 符号说明
• 第一章 文献综述
• 1.1 化工系统工程概述
• 1.2 过程系统节能技术
• 1.2.1 过程系统节能的意义
• 1.2.2 过程系统节能的方法
• 1.3 节能的热力学原理
• 1.3.1 热力学基本概念
• 1.3.2 热力学第一定律
• 1.3.3 有效能与热力学第二定律
• 1.3.3.1 熵的定义
• 1.3.3.2 热力学第二定律
• 1.3.3.3 有效能的概念
• 1.3.4 有效能的计算
• 1.3.5 有效能平衡方程
• 1.3.5.1 内部有效能损失
• 1.3.5.2 有效能平衡方程
• 1.3.5.3 外部有效能损失
• 1.3.6 有效能效率
• 1.4 换热器网络综合的研究意义
• 1.5 换热器网络综合的方法
• 1.5.1 启发探试法（HEURISTIC METHOD）
• 1.5.2 数学规划法（MATHEMATICAL PROGRAMMING）
• 1.5.3 人工智能法（ARTIFICIAL INTELLIGENCE）
• 1.5.4 小结
• 1.6 论文题目选取的目的和意义
• 第二章 双流股换热器网络综合
• 2.1 夹点技术
• 2.1.1 夹点的确定
• 2.1.1.1 T-H图
• 2.1.1.2 组合曲线的构造过程
• 2.1.1.3 夹点在T-H图上的几何意义
• 2.1.1.4 “问题表格法”确定夹点
• 2.1.2 夹点的意义
• 2.2 夹点设计法
• 2.2.1 夹点处物流间匹配换热的可行性规则
• 2.2.2 物流间匹配换热的经验规则
• 2.3 以热力学为基础研究换热器网络综合
• 2.3.1 多温差法
• 2.3.1.1 双温差法
• 2.3.1.2 三温差法
• 2.3.2 虚拟温度法
• 2.3.3 有效能分析法
• 第三章 多流股换热器网络匹配规则的研究
• 3.1 多流股换热器
• 3.2 最小换热面积网络的综合
• 3.2.1 热力学最小换热面积网络的综合
• 3.2.2 不同流股传热膜系数对最小换热面积网络的影响
• 3.2.3 不同换热器材质对最小换热面积网络的影响
• 3.3 应用虚拟温度法在T-H图上垂直匹配综合换热器网络
• 3.3.1 组合曲线的划分
• 3.3.2 多夹点问题与无夹点问题（门槛问题）
• 3.3.3 焓区间内流股的匹配方法
• 3.3.3.1 “一对多”的情况
• 3.3.3.2 “多对多”的情况
• 3.3.4 小负荷区间的合并
• 第四章 工程改造实例
• 4.1 系统的选取
• 4.1.1 系统选取的原则
• 4.1.2 合成苯胺装置简介
• 4.1.3 合成苯胺装置物流数据
• 4.2 系统分析
• 4.2.1 对整个系统的分析
• 4.2.2 对各个单元的分析
• 4.2.2.1 硝基苯单元
• 4.2.2.2 苯胺单元
• 4.3 换热器网络综合策略
• 4.3.1 系统选取
• 4.3.2 优化方案的确定
• 第五章 工程设计实例
• 5.1 流程背景介绍
• 5.2 工艺流程设计
• 5.3 数学模型
• 5.3.1 吸收塔数学模型
• 5.3.2 基本物性与热力学性质模型
• 5.3.2.1 流体P-V-T关系模型
• 5.3.2.2 流体的实际摩尔焓模型
• 5.3.2.3 逸度模型
• 5.3.2.4 相平衡模型
• 5.3.2.5 活度系数模型
• 5.3.3 流动模型
• 5.4 吸收塔动态数学模型求解与系统动态仿真
• 5.4.1 动态数学模型求解的体系结构及意义
• 5.4.2 动态模型与求解算法：跟踪逼近算法
• 5.4.3 控制系统仿真策略
• 5.4.4 方程组分块与序贯模块法
• 5.5 吸收塔的模拟结果
• 5.6 对原流程的改进
• 第六章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 硕士研究生学位论文答辩委员会决议书