化工過程分析與合成ppt課件

1、第七章 換熱網(wǎng)絡(luò)合成,1,7.1 化工生產(chǎn)流程中換熱網(wǎng)絡(luò)的作用和意義,換熱是化工生產(chǎn)不可缺少的單元操作過程。 對(duì)于一個(gè)含有換熱物流的工藝流程，將其中的換熱物流提取出來，組成了換熱網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 其中被加熱的物流稱為冷物流，被冷卻的物流稱為熱物流。,2,換熱的目的不僅是為了使物流溫度滿足工藝要求，而且也是為了回收過程余熱，減少公用工程消耗。 基于這種思想進(jìn)行的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)稱為換熱網(wǎng)絡(luò)合成。 換熱網(wǎng)絡(luò)合成的任務(wù)，是確定換熱物流的合理匹配方式，從而以最小的消耗代價(jià)，獲得最大的能量利用效益。,3,換熱網(wǎng)絡(luò)的消耗代價(jià)來自三個(gè)方面：換熱單元（設(shè)備）數(shù)，傳熱面積，公用工程消耗，換熱網(wǎng)絡(luò)合成追求的目標(biāo)，是使這三方面

2、的消耗都為最小值。 實(shí)際進(jìn)行換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，需要在某方面做出犧牲，以獲得一個(gè)折衷的方案。,4,7.2 換熱網(wǎng)絡(luò)合成問題,7.2.1 換熱網(wǎng)絡(luò)合成問題的描述 一組需要冷卻熱物流H和一組需要加熱的冷物流C，每條物流的熱容流率FCp，熱物流從初始溫度TH初冷卻到目標(biāo)TH終，冷物流從初始溫度TC初加熱到目標(biāo)溫度TC終。 通過確定物流間的匹配關(guān)系，使所有的物流均達(dá)到它們的目標(biāo)溫度，同時(shí)使裝置成本、公用工程（外部加熱和冷卻介質(zhì)）消耗成本最少。,5,7.2.2 換熱網(wǎng)絡(luò)合成的研究,Hohmann的開創(chuàng)性工作。 在溫焓圖上進(jìn)行過程物流的熱復(fù)合，找到了換熱網(wǎng)絡(luò)的能量最優(yōu)解，即最小公用消耗； 提出了換熱網(wǎng)絡(luò)最少換

3、熱單元數(shù)的計(jì)算公式。 意義在于從理論上導(dǎo)出了換熱網(wǎng)絡(luò)的兩個(gè)理想狀態(tài)，從而為換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)指明了方向,6,Linnhoff和Flower的工作,合成能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)。 從熱力學(xué)的角度出發(fā)，劃分溫度區(qū)間和進(jìn)行熱平衡計(jì)算，這樣可通過簡(jiǎn)單的代數(shù)運(yùn)算就能找到能量最優(yōu)解（即最小公用工程消耗），這就是著名的溫度區(qū)間法（簡(jiǎn)稱TI法） 對(duì)能量最優(yōu)解進(jìn)行調(diào)優(yōu)。,7,夾點(diǎn)（Pinch Point ）概念以及夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法的建立 人工智能方法的建立,8,7.3 換熱網(wǎng)絡(luò)合成夾點(diǎn)技術(shù),7.3.1 第一定律分析,9,如果沒有溫度推動(dòng)力的限制，就必須由公用工程系統(tǒng)提供165kW的熱量 第一定律計(jì)算算法沒有考慮一個(gè)事實(shí)，即：只有

4、熱物流溫度超過冷物流時(shí)，才能把熱量由熱物流傳到冷物流。 因此所開發(fā)的任何換熱網(wǎng)絡(luò)既要滿足第一定律，還要滿足第二定律,10,7.3.2 溫度區(qū)間,首先根據(jù)工程設(shè)計(jì)中傳熱速率要求，設(shè)置冷、熱物流之間允許的的最小溫差Tmin 將熱物流的起始溫度與目標(biāo)溫度減去最小允許溫差Tmin，然后與冷物流的起始、目標(biāo)溫度一起按從在到小排序，分別用T1、T2、Tn+1表示，從而生成n個(gè)溫度區(qū)間。 冷、熱物流按各自的始溫、終溫落入相應(yīng)的溫度區(qū)間（注意，熱物流的始溫、終溫應(yīng)減去最小允許溫差Tmin）。,11,落入各溫度區(qū)間的物流已考慮了溫度推動(dòng)力，所以在每個(gè)溫度區(qū)間內(nèi)都可以把熱量從熱物流傳給冷物流，即熱量傳遞滿足第二定

5、律。 每個(gè)區(qū)間的傳熱表達(dá)式為,12,溫度區(qū)間具有以下特性：,可以把熱量從高溫區(qū)間內(nèi)的任何一股熱物流傳給低溫區(qū)間內(nèi)的任何一股冷物流。 熱量不能從低溫區(qū)間的熱物流向高溫區(qū)間的冷物流傳遞。,13,例7-1 最小允許溫差Tmin為10 ， 劃分溫度區(qū)間,將熱物股的初、終溫度分別減去Tmin后，與冷物流的初、終溫度一起排序，得到溫度區(qū)間的端點(diǎn)溫度值 T1=180 T2=170 T3=140 T4=105 T5=60 T6=30,14,15,7.3.3 最小公用工程消耗,一、問題表 1. 確定溫區(qū)端點(diǎn)溫度T1、T2、Tn+1，將原問題劃分為n個(gè)溫度區(qū)間。 2. 對(duì)每個(gè)溫區(qū)進(jìn)行流股焓平衡，以確定熱量?jī)粜枨罅?/p>

6、,16,Di 區(qū)間的凈熱需求量 Ii 輸入到第i個(gè)溫區(qū)的熱量，這個(gè)量或表示從第i-1個(gè)溫區(qū)傳遞的熱量，或表示從外部的加熱器獲得的熱量； i 從第i個(gè)溫區(qū)輸出的熱量。這個(gè)量或表示傳遞給第i+1個(gè)子溫區(qū)的熱量，或表示傳遞給外部冷卻器的熱量。,17,3. 設(shè)第一個(gè)溫區(qū)從外界輸入的熱量I1為零，則該溫區(qū)的熱量輸出Q1為： （74） 在根據(jù)溫度區(qū)間之間熱量傳遞特性，并假定各溫度區(qū)間與外界不發(fā)生熱量交換，則有： （75） （76） 利用上述關(guān)系計(jì)算得到的結(jié)果列入問題表。,18,4. 若i為正值，則表示熱量從第i個(gè)溫區(qū)向第i+1個(gè)溫區(qū)，這種溫度區(qū)間之間的熱量傳遞是可行的。 若i為負(fù)值，則表示熱量從第i+1個(gè)

7、溫區(qū)向第i個(gè)溫區(qū)傳遞，這種傳遞是不可行的。 為了保證i均為正值，可取步驟3中計(jì)算得到的所有i中負(fù)數(shù)絕對(duì)最大值作為第一個(gè)溫區(qū)的輸入熱量，重新計(jì)算。 如果上一步計(jì)算得到的i均為正值，則這步計(jì)算是不必要的,19,例7-2:利用例7-1中的數(shù)據(jù)，計(jì)算該系統(tǒng)所需的最小公用工程消耗。假設(shè)熱公用工程為蒸汽，冷公用工程為冷卻水，它們的品位及負(fù)荷足以滿足物流的使用,解：按問題表計(jì)算步驟，得到的問題表7-2,20,從表7-2可得到以下信息,第3列最下面的數(shù)字表示由第一定律得到的該熱回收網(wǎng)絡(luò)所需的最小冷卻量； 第4列最上面的數(shù)字表示該熱回收網(wǎng)絡(luò)所需的最小外加熱量； 第5列最下面的數(shù)字表示該熱回收網(wǎng)絡(luò)所需的最小外冷卻

8、量； 若熱回收網(wǎng)絡(luò)達(dá)到最大能量回收，則所需要的公用工程消耗等于表中最小外加熱、冷卻量。,利用問題表方法可以計(jì)算換熱網(wǎng)絡(luò)所需的最小公用工程消耗值。此時(shí)，系統(tǒng)內(nèi)部的能量得到最大程度的回收,21,二、 夾點(diǎn)的概念,表7-2的第4列、第5列表示公用工程消耗最小時(shí)，高溫區(qū)與低溫區(qū)之間以及與環(huán)境之間熱量流動(dòng)。這種熱量流動(dòng)可以用溫區(qū)熱流圖來表示,22,從圖7-3中可以直觀地看到溫區(qū)之間的熱量流動(dòng)關(guān)系和所需最小公用工程用量。 其中SN2和SN3間的熱量流動(dòng)為零，表示無熱量從SN2流向SN3。這個(gè)熱流量為零的點(diǎn)稱為夾點(diǎn)。 對(duì)熱物流來說，此點(diǎn)為150，對(duì)于冷物流來說，此點(diǎn)為140,23,從熱流圖中可以看出，夾點(diǎn)將

9、整個(gè)溫度區(qū)間分為了兩部分 夾點(diǎn)之上需要從外部獲取熱量，而不向外部提供任何熱量，即需要加熱器； 夾點(diǎn)之下可以向外部提供熱量，而不需要從外部獲取熱量，即需要冷卻器。 夾點(diǎn)的物理意義可以通過溫焓圖（T-H圖）來描述,24,7.3.4 溫焓圖與組合曲線,對(duì)于同一個(gè)溫度區(qū)間的冷物流或熱物流，由于溫差相同，只需將冷熱流、熱物流的熱容流率分別相加再乘上溫差，就能得到冷物流或熱物流的總熱量 冷物流或熱物流的熱量與溫差的關(guān)系可以用TH圖上的一條曲線表示，稱之組合曲線,25,TH圖上的焓值是相對(duì)的?；鶞?zhǔn)點(diǎn)可以任何選取 對(duì)于熱物流，取所有熱物流中最低溫度T，設(shè)在T時(shí)的H=HH0，以此作為焓基準(zhǔn)點(diǎn)。從T開始向高溫區(qū)移

10、動(dòng)，計(jì)算每一個(gè)溫區(qū)的積累焓，用積累焓對(duì)T作圖，得到熱物流的組合曲線 對(duì)于冷物流，取所有冷物流中最低溫度T，設(shè)在T時(shí)的H=HC0（HC0 HH0），以此作為焓基準(zhǔn)點(diǎn)。從T開始向高溫區(qū)移動(dòng)，計(jì)算每一個(gè)溫區(qū)的積累焓，用積累焓對(duì)T作圖，得到冷物流的組合曲線,26,例7-3 根據(jù)例7-2的數(shù)據(jù)，用TH圖表示冷、熱物流的組合曲線,解： 熱物流的最低溫度T=40，設(shè)其對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)焓HH00。 冷物流的最低溫度T=30，對(duì)應(yīng)的基準(zhǔn)焓HC0=1000。 用溫度區(qū)間的端點(diǎn)溫度對(duì)各溫區(qū)的積累焓在TH上作圖，得到冷、熱物流的組合曲線,27,28,T,H,29,由于TH圖上的H值為相對(duì)值，因此曲線可以沿H軸平移而不會(huì)改變

11、換熱量?；谶@一特點(diǎn)，可以用TH圖來描述夾點(diǎn) 將冷物流的組合曲線沿H軸向左平移，這時(shí)兩條曲線之間的垂直距離隨曲線的移動(dòng)而逐漸減小，也就是說傳熱溫差T逐漸減小 當(dāng)兩條曲線的垂直最小距離等于最小允許傳熱溫差Tmin時(shí)，就達(dá)到了實(shí)際可行的極限位置。這個(gè)極限位置的幾何意義就是冷、熱物流組合曲線間垂直距離最小的位置 這個(gè)最窄的位置就是夾點(diǎn),30,0,50,100,150,200,H,kW,T,QCmin=225kW,Tmin,最大回收熱量 495kW,QHmin=60kW,31,兩條曲線端點(diǎn)的水平差值分別代表最小冷、熱公用工程，以及最大熱回收量（即最大換熱量）。 這個(gè)位置的物理意義表示為一個(gè)熱力學(xué)限制點(diǎn)

12、。這一點(diǎn)限制了冷、熱物流進(jìn)一步作熱交換，使冷、熱公用工程都達(dá)到了最小值，這時(shí)物流間的匹配滿足能量利用最優(yōu)的要求,32,相同溫度區(qū)間的物流間的組合稱為過程物流的熱復(fù)合。如果不進(jìn)行過程物流的熱復(fù)合，只是把兩股冷流和兩股熱流進(jìn)行常規(guī)匹配，則存在兩個(gè)熱力學(xué)限制 1. 過程物流熱復(fù)合可以減少整個(gè)換熱過程的熱力學(xué)限制數(shù) 2. 經(jīng)熱復(fù)合后只剩一個(gè)熱力學(xué)限制點(diǎn)，即夾點(diǎn)。這時(shí)，過程需要的公用工程用量可達(dá)到最小,33,7.3.5夾點(diǎn)的特性,夾點(diǎn)的能量特性 夾點(diǎn)限制了能量的進(jìn)一步回收，它表明了換熱網(wǎng)絡(luò)消耗的公用工程用量已達(dá)到最小狀態(tài)。求解能量最優(yōu)的過程就是尋找夾點(diǎn)的過程,34,夾點(diǎn)的位置特性,夾點(diǎn)把整個(gè)問題分解成了

13、夾點(diǎn)上熱端與夾點(diǎn)下冷端兩個(gè)獨(dú)立的子系統(tǒng) 在夾點(diǎn)之上，換熱網(wǎng)絡(luò)僅需要熱公用工程，因而是一個(gè)熱阱。在夾點(diǎn)之下，換熱網(wǎng)絡(luò)只需要冷公用工程，因而是一個(gè)熱源 夾點(diǎn)以上熱物流與夾點(diǎn)下冷物流的匹配（熱量穿過程夾點(diǎn)），將導(dǎo)致公用工程用量的增加,35,設(shè)有x單位熱量從夾點(diǎn)流過，根據(jù)焓平衡，必將使夾點(diǎn)之上熱公用工程用量增加x單位，同時(shí)也使夾點(diǎn)之下的冷公用工程用量增加x單位。,36,結(jié)論,避免夾點(diǎn)之上熱物流與夾點(diǎn)之下冷物流間的匹配 夾點(diǎn)之上禁用冷卻器 夾點(diǎn)之下禁用加熱器,37,夾點(diǎn)的傳熱特性,組合曲線上斜率發(fā)生變化的點(diǎn)，稱為角點(diǎn) 凡是流股進(jìn)入處或離開處，均引起組合曲線熱容流率的變化，從而形成角點(diǎn) 夾點(diǎn)一定出現(xiàn)在角點(diǎn)

14、或組合曲線的端點(diǎn)處,38,夾點(diǎn)是整個(gè)換熱網(wǎng)絡(luò)傳熱推動(dòng)力T最小的點(diǎn) 所以在夾點(diǎn)附近從夾點(diǎn)向兩端的T是增加的。這是由于在夾點(diǎn)的一側(cè)，流入夾點(diǎn)流股的熱容流率之和總是小于或等于流出夾點(diǎn)流股的熱容流率之和,39,對(duì)沒有流入夾點(diǎn)的流股4我們稱這為從夾點(diǎn)進(jìn)入的流股，流股1和2為通過夾點(diǎn)的流股 對(duì)任意一條組合曲線而言，流入夾點(diǎn)的流股數(shù)應(yīng)小于或等于流出夾點(diǎn)的流股數(shù) （7-9）,1,4,2,3,流出,流入,FCp=2,60,夾點(diǎn),流出,流出,流入,FCp=4,FCp=3,FCp=2.6,2,1,2+4,1,T,Q,1+3,40,7.4 夾點(diǎn)法設(shè)計(jì)能量 最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò),目標(biāo)：在公用工程用量最少的前提下尋求設(shè)備投資最

15、少（即換熱單元數(shù)最少）。 包括：一是公用工程消耗最少，二是換熱單元數(shù)最少。 實(shí)際上，這個(gè)目標(biāo)很難同時(shí)滿足，也就是說，當(dāng)公用工程消耗最少時(shí)，不能保證換熱單元數(shù)最小。為了減少換熱單元數(shù)，往往要犧牲一些能量消耗。,41,因此在設(shè)計(jì)換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，存在能量與換熱設(shè)備數(shù)的折衷問題。 在實(shí)際進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)時(shí)，一般是先找出最小公用工程消耗，即先設(shè)計(jì)能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)，然后再采取一定的方法，減少換熱單元數(shù)，從能量和設(shè)備數(shù)上對(duì)換熱網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行調(diào)優(yōu)。,42,7.4.1 匹配的可行性原則,因?yàn)閵A點(diǎn)處溫差最小，限制最嚴(yán)，一旦離開夾點(diǎn)，選擇余地就加大了。由于夾點(diǎn)處的特性，導(dǎo)致夾點(diǎn)處的匹配不能隨意進(jìn)行 為了保證設(shè)計(jì)出的換熱網(wǎng)絡(luò)能量

16、最優(yōu)，可以把原問題分解成兩個(gè)部分分別進(jìn)行設(shè)計(jì),43,夾點(diǎn)匹配與非夾點(diǎn)匹配 (a) 夾點(diǎn)匹配;(b)匹配(2)不是夾點(diǎn)匹配 (c) 匹配(3)不是夾點(diǎn)匹配,44,1） 總物流數(shù)可行性原則,某些過程流通過夾點(diǎn)時(shí)，為了達(dá)到夾點(diǎn)溫度，必須利用匹配進(jìn)行換熱,45,因?yàn)閵A點(diǎn)之上使用外部冷卻器會(huì)使總公用工程消耗增大，從而達(dá)不到能量最優(yōu)的目的 利用流股分割可以避免夾點(diǎn)之上使用冷卻器 為了保證能量最優(yōu)，夾點(diǎn)之上的物流數(shù)應(yīng)滿足 NH為熱流股數(shù)或分支數(shù)，NC冷流股數(shù)或分支數(shù)。 流股的分割可以保證上式成立,46,相反，為了避免在夾點(diǎn)之下使用加熱器，以保證能量最優(yōu)，夾點(diǎn)之下的流股數(shù)應(yīng)滿足,47,夾點(diǎn)上下的總物流數(shù)可行性

17、原則可歸并成下式（夾點(diǎn)一側(cè)） （7-12） 若上式不滿足，則必須對(duì)流出夾點(diǎn)的流股作分割。是對(duì)夾點(diǎn)一側(cè)的流股數(shù)進(jìn)行比較的,48,2. FCp可行性原則,夾點(diǎn)處的傳熱推動(dòng)力達(dá)到最小允許傳熱溫差Tmin，在離開夾點(diǎn)處應(yīng)有 為了保證傳熱推力T不小于Tmin,每個(gè)夾點(diǎn)匹配流股的熱容流率FCp必須滿足下列FCp不等式 夾點(diǎn)之上： 夾點(diǎn)之下： FCpH 為熱流股或分支的熱容流率 FCpC為冷流股或分支的熱容流率,49,50,同樣，F(xiàn)Cp可行性原則也可歸并（夾點(diǎn)一側(cè)）： （7-16） 如果流股間的各種匹配組合均不能滿足上式，則需利用流股分割來改變流股的FCp值 注意，上式僅適用于夾點(diǎn)匹配。非夾點(diǎn)匹配時(shí)溫差較大

18、，對(duì)匹配的限制不象夾點(diǎn)處那樣苛刻,51,夾點(diǎn)處設(shè)計(jì)過程,52,53,7.4.2 流股的分割FCp表,例7-4 利用夾點(diǎn)設(shè)計(jì)方法對(duì)表7-4中的物流進(jìn)行匹配,54,最小允許傳熱溫差Tmin 為20 利用問題表法計(jì)算得到：最小加熱量為107.5 kW，最小冷卻量為40kW，夾點(diǎn)位置在90-70 對(duì)于夾點(diǎn)之上物流匹配情況如圖所示 對(duì)于夾點(diǎn)之下的2條熱物流，只有流股2的熱容流率大于冷物流，它可以與任意一條冷物流匹配，問題是剩下的物流則無法進(jìn)行匹配。 因此需要對(duì)夾點(diǎn)之下的熱物流作分割,55,56,57,采用FCp表來分割物流,把夾點(diǎn)之上或夾點(diǎn)之下的冷、熱物流的熱容流率按照數(shù)值的大小分別排成兩列列入FCp表

19、，將可行性判據(jù)列于表頭。 每個(gè)FCp值代表一個(gè)流股，那些必須參加匹配的FCp值用方框圈起 夾點(diǎn)匹配表現(xiàn)為一對(duì)冷、熱流股FCp值的結(jié)合，分割后的流股熱容流率寫在原流股熱容流率旁邊。,58,59,由于熱流股數(shù)可大于冷流股數(shù)，所以圖c中的冷流股（FCp=2.5）的分割在最終設(shè)計(jì)中是可以省略的。 需要強(qiáng)調(diào)指出的是，F(xiàn)Cp表只能幫助我們識(shí)別分割的流股，而并不真正代表最終設(shè)計(jì)中分割流股的分流值（即分支的FCp值）。,60,61,62,7.4.3 流股的匹配勾銷推斷法,通過FCp表，確定了夾點(diǎn)處可分割的對(duì)象流股。 在具體安排匹配時(shí)，必須盡量減少換熱單元數(shù)。圖d中的FCp值進(jìn)行流股分流和匹配，換熱單元數(shù)為5，

20、多出了一個(gè)換熱單元。因此不能直接按FCp表中的FCp值進(jìn)行分流和匹配。 勾銷推斷法是以最小換熱單元數(shù)Umin為目標(biāo)進(jìn)行匹配的直觀推斷法則，它可以指導(dǎo)我們進(jìn)行流股的匹配。,63,勾銷推斷法,如果每個(gè)匹配均可使其中一個(gè)流股達(dá)到其目標(biāo)溫度或達(dá)到排給公用工程的要求，那么該流股在以后的設(shè)計(jì)中不必再考慮，可以勾銷。 夾點(diǎn)匹配通?？蛇x擇匹配熱負(fù)荷等于兩匹配流股中熱負(fù)荷小的那個(gè)流股的熱負(fù)荷，從而可使該流股在匹配中被勾銷。,64,夾點(diǎn)設(shè)計(jì)法綜合能量最優(yōu)熱回收網(wǎng)絡(luò)的歸納,熱回收網(wǎng)絡(luò)綜合問題在夾點(diǎn)處分解成冷端和熱端兩個(gè)子問題 對(duì)冷端和熱端分別進(jìn)行設(shè)計(jì)。利用可行性準(zhǔn)則確定分割流股 用勾銷推斷法確定夾點(diǎn)匹配的熱負(fù)荷 非

21、夾點(diǎn)匹配通常是較自由的，可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行匹配,65,66,7.5 換熱網(wǎng)絡(luò)的調(diào)優(yōu),7.5.1 最小換熱單元數(shù) 在利用夾點(diǎn)法設(shè)計(jì)能量最優(yōu)的換熱網(wǎng)絡(luò)時(shí)，原問題被分解成兩個(gè)子系統(tǒng)（冷端和熱端），這兩個(gè)子系統(tǒng)是不相關(guān)的（它們之間不允許匹配）。 所以它的最小換熱單元數(shù)為兩個(gè)子網(wǎng)絡(luò)的最少換熱單元數(shù)之和,67,可知： 若夾點(diǎn)上無熱流股，且夾點(diǎn)以下無冷流股，則 若夾點(diǎn)在換熱網(wǎng)絡(luò)的一端，即不存在夾點(diǎn)以下或夾點(diǎn)以下部分，則 當(dāng)夾點(diǎn)上、下同時(shí)存在冷、熱流股時(shí)，有,68,即換熱網(wǎng)絡(luò)不能同時(shí)滿足能量最優(yōu)和單元數(shù)最少的要求。 能量最優(yōu)可保證操作費(fèi)用最低，單元數(shù)最少可使設(shè)備費(fèi)用最低，因而存在著操作費(fèi)和設(shè)備費(fèi)之間的權(quán)衡 夾點(diǎn)設(shè)

22、計(jì)法得到的結(jié)構(gòu)處于最小公用工程消耗狀態(tài)，而勾銷推斷法基本上可以保證兩個(gè)子系統(tǒng)中換熱單元數(shù)最少。當(dāng)兩個(gè)子系統(tǒng)組合成原系統(tǒng)時(shí)引起了換熱單元數(shù)的過剩,69,7.5.2 能量與設(shè)備數(shù)的權(quán)衡,Linnhoff結(jié)論： 換熱網(wǎng)絡(luò)實(shí)際換熱單元數(shù)比最少換熱單元數(shù)每多出一個(gè)單元，都對(duì)應(yīng)著一個(gè)獨(dú)立熱負(fù)荷回路。 換熱負(fù)荷可以沿?zé)嶝?fù)荷回路進(jìn)行“加”、“減”， “加”、“減”地遷移，而不改變?cè)摶芈返臒崞胶?70,上例中匹配1和匹配4構(gòu)成一個(gè)熱負(fù)荷回路，匹配4可以向匹配1遷移并與其合并，從而可減少一個(gè)換熱單元。,71,此時(shí)，T1與T2間的溫差為18，違反了最小允許傳熱溫差（Tmin=20）的約束。 所以這樣簡(jiǎn)單地合并是不可

23、行的，還必須借助于“能量松弛法”來恢復(fù)最小傳熱溫差,72,能量松弛法,把換熱網(wǎng)絡(luò)從最大能量回收的緊張狀態(tài)“松弛”下來 通過調(diào)整參數(shù)，使能量回收減少，公用工程消耗加大，從而使傳熱溫差加大，在TH圖上表現(xiàn)為冷、熱組合曲線拉開距離。 為此，要在打開回路的基礎(chǔ)上找到一個(gè)熱負(fù)荷通路，使外部加熱器與外部冷卻器通過違反溫差的匹配而相互連通（匹配1）。,73,如果使匹配1減少熱負(fù)荷x單位，根據(jù)熱平衡，熱負(fù)荷通路上的加熱器與冷卻器要相應(yīng)地增加熱負(fù)荷x單位。 匹配1的熱負(fù)荷Q為 通過能量松弛法，將T1與T2間的溫差恢復(fù)到20，并減少了一個(gè)換熱器，但這是通過增加4個(gè)單位加熱量和冷卻量獲得的（匹配4）,74,綜上，對(duì)

24、已滿足最小公用消耗的換熱網(wǎng)絡(luò)，如果換熱單元數(shù)不是最少，可采用以下步驟調(diào)整 1）找出獨(dú)立的熱負(fù)荷回路 2）沿?zé)嶝?fù)荷回路增加或減少熱負(fù)荷來斷開回路 3）檢查合并后的換熱單元是否違反最小傳熱溫差Tmin 4）利用能量松弛法求最小能量松弛量，恢復(fù)Tmin,75,在實(shí)際設(shè)計(jì)中，對(duì)于合并的回路是否一定要進(jìn)行能量松弛來恢復(fù)最小傳熱溫差，取決于合并后換熱單元的傳熱溫差值是否可行。如上例中匹配4的最小溫差變?yōu)?8, 在實(shí)際應(yīng)用中，這一溫差仍是可行的，因此不必進(jìn)行能量松弛 圖7-22b是換熱單元與加熱器構(gòu)成的回路，同樣換熱單元與冷卻器也可構(gòu)成回路。圖7-22c是換熱單元與冷卻器和加熱器構(gòu)成的回路，后面第7.6.3節(jié)的老廠改造問題例子就涉及到這種類型的回路,76,比較復(fù)雜的回路,77,當(dāng)x等于L2或L3時(shí)可以斷開回路，即將