过程工业能量系统优化:换热网络与蒸汽动力系统

第1章　绪论

1.1　过程工业 1

1.2　换热网络 2

1.2.1　夹点技术 3

1.2.2　数学规划法 3

1.3　蒸汽动力系统 4

参考文献 5



第2章　夹点技术基础知识

2.1　夹点形成及其意义 6

2.1.1　温焓图 6

2.1.2　组合曲线 7

2.1.3　夹点形成 8

2.1.4　问题表法 9

2.1.5　总组合曲线 12

2.1.6　平衡组合曲线与平衡总组合曲线 14

2.1.7　阈值问题 15

2.1.8　夹点的意义 15

2.2　数据提取 16

2.2.1　流程数据提取 16

2.2.2　数据提取原则 17

2.3　换热网络设计目标 21

2.3.1　能量目标 21

2.3.2　换热单元数目标 21

2.3.3　面积目标 22

2.3.4　经济目标 22

2.3.5　夹点温差 23

2.4　公用工程选择 25

2.4.1　公用工程类型 25

2.4.2　公用工程夹点 27

2.4.3　多级公用工程 27

2.5　蒸汽动力系统 29

2.5.1　热机 29

2.5.2　热泵 33

2.6　工艺过程改变 37

2.6.1　加减原理 37

2.6.2　精馏塔 38

2.7　换热网络优化设计 49

2.7.1　夹点设计方法 49

2.7.2　换热网络设计 51

2.7.3　换热网络调优 62

2.7.4　剩余问题分析 67

2.8　换热网络改造 71

2.8.1　改造目标 71

2.8.2　改造方法 72

2.8.3　网络夹点 75

2.9　全局分析 76

2.9.1　全局数据提取和全局温焓曲线 77

2.9.2　全局组合曲线 81

2.9.3　全局公用工程总组合曲线 84

2.9.4　全局分析路线图 85

2.9.5　全局分析示例 86

缩略语 90

符号说明 91

参考文献 92



第3章　Aspen Energy Analyzer入门

3.1　基本术语与概念 93

3.1.1　夹点分析基本术语 93

3.1.2　换热网络设计基本术语 97

3.2　软件简介 100

3.2.1　功能介绍 100

3.2.2　用户界面 101

3.2.3　项设置 103

3.2.4　对象查看菜单 107

3.3　数据提取 112

3.3.1　从Aspen HYSYS/Aspen Plus提取数据 112

3.3.2　从Excel提取数据 120

3.4　换热网络设计目标 121

3.4.1　组合曲线 121

3.4.2　能量目标 124

3.4.3　经济目标 125

3.5　换热网络设计 128

3.5.1　换热网络创建 128

3.5.2　换热网络手动设计 136

3.5.3　换热网络调优与优化 141

3.5.4　换热网络自动设计 146

3.5.5　多级公用工程 149

3.6　换热网络改造 154

3.6.1　改造目标 154

3.6.2　换热网络手动改造 157

3.6.3　换热网络自动改造 162

3.6.4　寻找网络夹点 174

3.6.5　克服网络夹点 178

3.6.6　工艺过程改变 181

3.7　换热网络运行 184

3.7.1　假设分析 184

3.7.2　趋势分析 188

3.8　入门示例 192

缩略语 201

符号说明 201

参考文献 202



第4章　夹点技术应用案例

4.1　甲烷三重整制甲醇装置换热网络优化设计 203

4.1.1　背景简介 203

4.1.2　工艺流程说明 203

4.1.3　换热网络设计 203

4.1.4　节能成效 212

4.2　变压精馏分离异丙醇-异丙醚工艺热集成 213

4.2.1　背景简介 213

4.2.2　工艺流程说明 213

4.2.3　用能状况分析 214

4.2.4　优化方案 216

4.2.5　节能成效 224

4.3　分隔壁反应精馏塔热集成 225

4.3.1　背景简介 225

4.3.2　工艺流程说明 225

4.3.3　用能状况分析 226

4.3.4　自热回收方案 229

4.3.5　节能成效 234

4.4　生物柴油装置能量系统集成优化 235

4.4.1　背景简介 235

4.4.2　工艺流程说明 235

4.4.3　反应精馏塔优化 236

4.4.4　系统集成优化 239

4.4.5　节能成效 244

4.5　丙烯腈装置精制系统塔系热集成 245

4.5.1　背景简介 245

4.5.2　工艺流程说明 245

4.5.3　塔系热集成 246

4.5.4　节能成效 249

4.6　催化重整装置换热网络优化 250

4.6.1　背景简介 250

4.6.2　工艺流程说明 251

4.6.3　现有系统用能状况分析 251

4.6.4　换热网络优化方案 258

4.6.5　经济效益分析 263

4.7　常减压装置换热网络优化 264

4.7.1　背景简介 264

4.7.2　工艺流程说明 264

4.7.3　现有系统用能状况分析 268

4.7.4　换热网络优化方案 276

4.7.5　经济效益分析 282

4.8　柴油加氢精制装置换热网络优化 283

4.8.1　背景简介 283

4.8.2　工艺流程说明 283

4.8.3　现有系统用能状况分析 285

4.8.4　换热网络节能改造 290

4.8.5　经济效益分析 295

参考文献 296



第5章　蒸汽动力系统模拟与优化

5.1　Aspen Utilities Planner用户界面 298

5.1.1　主窗口 298

5.1.2　初始化物性 299

5.1.3　模型库 301

5.2　蒸汽动力系统模拟 304

5.2.1　模拟步骤 304

5.2.2　模拟案例 308

5.3　Microsoft Excel界面 319

5.3.1　安装加载项 319

5.3.2　在Excel中运行模拟 321

5.4　蒸汽动力系统优化 326

5.4.1　数据编辑器 326

5.4.2　优化约束 333

5.4.3　优化案例 336

缩略语 339

参考文献 339



名词索引 340



例题与案例索引 342



电子版附录（线上资源，扫码获取）

附录A　换热网络优化设计的数学规划法示例 1

A.1　线性规划 1

A.2　混合整数线性规划 5

附录B　夹点技术应用案例补充——原油蒸馏装置节能改造 23

B.1　工艺流程说明 23

B.2　现有系统用能状况分析 25

B.3　换热网络集成优化方案 31

B.4　经济效益分析 36

附录C　Aspen Energy Analyzer使用指南补充 37

C.1　夹点分析基础 37

C.2　操作模式页面介绍 52

C.3　假设分析 79

C.4　趋势分析 88

C.5　物流页面和换热网络建立说明 95

C.6　数据提取 105

C.7　自动设计 108

C.8　程序内置计算的详细说明 114

附录D　Aspen Utilities Planner使用指南补充 123

D.1　供给模型 124

D.2　需求模型 125

D.3　母管模型 126

D.4　蒸汽模型 127

D.5　泵模型 129

D.6　汽轮机模型 131

D.7　换热器模型 132

D.8　燃料模型 135

D.9　通用模块 138