甲基叔丁基醚（MTBE）生產(chǎn)工藝中的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)計(jì)算案例目錄TOC\o"1-3"\h\u13981甲基叔丁基醚（MTBE）生產(chǎn)工藝中的換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)計(jì)算案例 1271721.1能量提取 144151.3原始換熱網(wǎng)絡(luò) 35341.4優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò) 541061.5節(jié)能總結(jié) 6194461.6換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化說明 8換熱網(wǎng)絡(luò)主要用于節(jié)約能量，減少能量浪費(fèi)，我國正處于加快向綠色低碳經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)變的步伐，節(jié)能減排的理念逐漸成為實(shí)現(xiàn)低碳經(jīng)濟(jì)的有效措施。只要在化工生產(chǎn)過程中，通常常會(huì)遇到某些冷物流需要加熱，而某些熱物流需要冷卻，如果用熱流來加熱冷流，減少公用工程量的消耗，這樣就可以盡量回收能量，節(jié)約經(jīng)濟(jì)花費(fèi)和減少項(xiàng)目資金的損失。此外，為保證過程物流達(dá)到指定的溫度要求，往往還需要設(shè)置一些輔助的加熱和冷卻設(shè)備，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)換熱流程中的換熱器、混合器和分流器的組合便構(gòu)成了換熱網(wǎng)絡(luò)[15]。另一個(gè)概念就是夾點(diǎn)溫度，1980年左右，在"UserGuideonProcessIntegrationfortheEfficientUseofEnergy"書中提出了夾點(diǎn)分析方法，夾點(diǎn)溫度的確定，是后續(xù)換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化設(shè)計(jì)過程中最關(guān)鍵的一步，在夾點(diǎn)處，系統(tǒng)的最小傳熱溫差最小、需要的冷熱公用工程的冷熱負(fù)荷最小，系統(tǒng)的可回收熱量最大，由此我們需要作出冷熱流股溫燴圖和總組合曲線，從圖中獲取小公用上程用量以及夾點(diǎn)的溫度[16]。1.1換熱網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)1.1能量提取通過能量分析軟件（AspenEnergyAnalyzer）導(dǎo)入功能對(duì)冷熱物流進(jìn)行提取，其物流如下表1.1所示：表1.1流股信息換熱器類型基礎(chǔ)負(fù)荷[kW]熱進(jìn)溫度[℃]熱出溫度[℃]冷進(jìn)溫度[℃]冷出溫度[℃]面積[m2]熱側(cè)液相冷側(cè)液相E0401C490148.7603035730402-0403AirE0403C4630128.840202540406-0407CWCT0401C143389893035229CT0401-0404AirCT0201C413949442025182CT0201-0201CWE0402C808925-25-240.1370404-0405Refrigerant1E0101H82412512420529LPSteam0101-0102E0201H12512512444501.467LPSteam0201-0202RT0401H18011751741291297MPSteamRT0401-0406RT0201H328617517411511516MPSteamRT0201-MTBEV0401HH358617517452148296MPSteamV0401H表1.2Aspen推薦的公用工程物流AirCWRefrigerant1LPSMPS初溫[℃]3020-25125175末溫[℃]3525-241241741.2能量目標(biāo)初始物流信息默認(rèn)取最小?T為10℃，通過能量分析AspenEnergyAnalyzer畫出溫焓圖，總組合曲線圖，其圖表如圖1.1，1.2所示：由下圖可得，初始換熱網(wǎng)絡(luò)冷卻負(fù)荷約為4090kW,加熱負(fù)荷約為7200kW，夾點(diǎn)溫度約為84℃。圖1.1溫焓圖圖1.2總組合曲線圖1.3原始換熱網(wǎng)絡(luò)原始換熱網(wǎng)絡(luò)（傳熱溫差為10℃）幾乎都采用公用工程進(jìn)行換熱，而且對(duì)溫度要求很嚴(yán)格的反應(yīng)熱也參加其中，所以是不合理且不經(jīng)濟(jì)的，因此需要對(duì)原始的換熱網(wǎng)絡(luò)通過一系列的優(yōu)化，使成本花費(fèi)盡量最低。初始換熱網(wǎng)絡(luò)的各項(xiàng)成本花費(fèi)模擬結(jié)果如表1.3所示，其換熱網(wǎng)絡(luò)圖如圖1.3所示：表1.3初始換熱網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果花費(fèi)與目標(biāo)值百分比性能值與目標(biāo)值百分比加熱費(fèi)用（$/y）659025.056136.090加熱[kW]9621.886135.482冷卻費(fèi)用（$/y）31642.77920078.178冷卻[kW]6578.926162.082操作費(fèi)用（$/y）690667.835142.578單元數(shù)量11.00055.000設(shè)備費(fèi)用（$）353382.34427.938外殼數(shù)量11.00047.826總花費(fèi)用（$/y）783953.05895.800面積[m2]841.47422.919圖1.3原始換熱圖1.4優(yōu)化換熱網(wǎng)絡(luò)1.1.1計(jì)算最小傳熱溫差打開AspenEnergyAnalyzer，刪去不需要參加換熱的流股，反應(yīng)器R0101中的反應(yīng)熱流股（R0101_heat_Exchanger），和閃蒸罐中V0401的熱流股(V0401_heat_Exchanger)。打開scenanio1界面，點(diǎn)擊RangeTangets，畫出總費(fèi)用與傳熱溫差圖，如圖1.4所示：可以看出最優(yōu)傳熱溫差為25-35℃。根據(jù)歷代研究者的經(jīng)驗(yàn)，最終選擇了25℃。圖1.4最小傳熱溫差圖1.1.1更新溫焓圖和總組合曲線圖由圖1.5和圖1.6可得，更新后的換熱網(wǎng)絡(luò)冷卻負(fù)荷約為5570kW，加熱負(fù)荷約為5000kW，夾點(diǎn)溫度約為126℃。圖1.5更新后的溫焓圖圖1.6更新后的總組合曲線圖1.1.1更新后的換熱網(wǎng)絡(luò)更新后的換熱網(wǎng)絡(luò)（傳熱溫差為25℃）部分采用公用工程進(jìn)行換熱，有三條流股間換熱，縮減了公用工程用量，所以各項(xiàng)成本花費(fèi)也比之前的全用公用工程進(jìn)行換熱少，總體來說比原始換熱網(wǎng)絡(luò)更經(jīng)濟(jì)。更新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果如表1.4所示，其換熱網(wǎng)絡(luò)圖如圖1.7所示：表1.4更新?lián)Q熱網(wǎng)絡(luò)模擬結(jié)果花費(fèi)與目標(biāo)值百分比性能值與目標(biāo)值百分比加熱費(fèi)用（$/y）312081.76789.247加熱[kW]4920.97397.701冷卻費(fèi)用（$/y）36321.182151.489冷卻[kW]5417.79997.908操作費(fèi)用（$/y）348408.94993.242單元數(shù)量11.00087.500設(shè)備費(fèi)用（$）249211.83359.106外殼數(shù)量16.000106.667總花費(fèi)用（$/y）414196.22385.407總面積[m2]312.13241.1661.5節(jié)能總結(jié)由表1.3和1.4可得：加熱費(fèi)用由659025.056降到312081.767，每年節(jié)約了62781658美元。冷卻費(fèi)用由31642.779增加到36321.182，每年增加了468美元。了操作費(fèi)用由690667.835降到348408.949，每年節(jié)約了342259美元。設(shè)備費(fèi)用由353382.344降到249211.833，每年節(jié)約了104167.5美元?？偦ㄙM(fèi)用由783953.058降到414196.223，每年節(jié)約了369756.8美元。加熱能量9621.886降低到4920.973，每年節(jié)省4701kW。冷卻能量6578.926降低到5417.799，每年節(jié)省1161kW。總體來說能量節(jié)約36.2%，總成本節(jié)約了47%，結(jié)果是非常令人可觀的。圖1.7更新后的換熱網(wǎng)絡(luò)圖1.6換熱網(wǎng)絡(luò)優(yōu)化說明應(yīng)器進(jìn)料預(yù)熱器E0101與甲醇回收塔的冷凝器CT0401進(jìn)行換熱，通過反應(yīng)器進(jìn)料換熱器E0101進(jìn)料流股0101的低溫，給甲醇回收塔冷凝器降溫，同時(shí)萃取塔進(jìn)料換熱器E0201也和甲醇回收塔的冷凝器CT0401進(jìn)行換熱，通過萃取塔進(jìn)料換熱器E0201的進(jìn)料流股的低溫，為甲醇回收塔冷凝器進(jìn)行降溫。催化精餾塔的再沸器RT0201和甲醇回收塔進(jìn)料換熱器E0401進(jìn)行換熱,通過甲醇回收塔換熱器E0401進(jìn)料流股0402的熱，為催化精餾塔再沸器提供熱