Aspen Energy Analyzer

化工过程热集成——Aspen Energy Analyzer

主要内容§1 夹点技术 §2 夹点技术与换热网络的合成

§3 Aspen Energy Analyzer的应用

§1 夹点技术夹点技术( Pinch technology )是以热力学为基础，以最小能耗为主要目标的换热网络综合方法。

1978年，Linnhoff等提出了换热网络的夹点问题，指出夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收。

1983年，Linnhoff比较系统的提出了用于换热网络综合的夹点技术，并推广应用于整个过程的能量分

析与调优。

§1.1 基本概念和术语1. 基本概念：夹点、冷物流、热物流、热容流率

2. 温焓图 3. 复合曲线 4. 总复合曲线

1. 基本概念

夹点夹点——根据热能回收的观点，在换热网络中 冷物流 存在某一特定温度，如果热能传递通过这一温 冷物流——初始温度较低且需要加热的物流。 热物流 度将造成能源浪费，这一特定温度则称夹点。 热物流——初始温度较高且需要冷却的物流。 热容流率 热容流率——工艺物流单位时间内每变化1K所 发生的焓变，物流质量流率与比热容的乘积。光盘5-Aspen Energy Analyzer

2. 温焓图(T-H图)

B

A

△H

工艺物流在温焓图上的表示

2. 温焓图(T-H图)

冷、热物流在同一温焓图上的表示

3. 复合曲线对于多股冷、热物流的情况，需要将多股冷物流(或热物流)揉合成一条虚拟冷物流(或热物

流),即复合曲线。构造复合曲线的方法： (1)首先把热过程物流分别标绘在T-H图上； (2)然后分割成若干个温度区间；

(3)在每个温度区间内把物流的热负荷累加起来，用一个虚拟物流代表；

(4)将各温度区间的虚拟物流首尾相接。光盘5-Aspen Energy Analyzer

3. 复合曲线T

0

△H1

△H2

H

复合曲线图构造图解

4. 总复合曲线

总复合曲线是由冷、热物

T

流匹配作出的，在不同的温位，标出净热流量和该温段

的温度值，连接这些点就构成了总复合曲线。

夹点

夹点处净热负荷为零，夹0 H

点之上为热阱，夹点之下为 热源。总复合曲线图光盘5-Aspen Energy Analyzer

§1.2 夹点确定方法

夹点确定的方法主要有：

图解法 问题表格法

1. 图解法T

最小接 近温差

h c

△Hc

△Hr

△Hh

H

冷热复合曲线在某点重合 ——此时回收的热量最大，公用 冷热复合曲线在 H轴方向部分重合 ——过程的能量有部分回 冷热复合曲线在 H轴方向没有重合——过程的能量没有回收， 工程用量最小，但重合点的传热温差为零，所需的传热面 收△Hr,回收热量的程度由最小接近温差决定，其余部分用 全部用公用工程来进行冷却和加热。 积为无限大。 公用工程来进行冷却和加热。

1. 图解法T h 夹点 c 夹

点下方-热源 夹点上方-热阱

△Hc

△Hh

△ Hh—— 热公用工程用量 重合部分 —— 过程内部垂直换热，为节约能源。 △Hc——冷公用工程用量

光盘5-Aspen Energy Analyzer

2. 问题表格法当物流较多时，采用复合曲线很繁琐，且

不够准确，此时用问题表格法计算较精确。

问题表格法可以更深刻地理解夹点的实质

及特性。

问题表格法求解步骤： (1)以垂直轴为温度的坐标，把各物流按其初 温和终温标绘成有方向的垂直线。 在标绘时，处于同一水平位置的冷、热物流

之间刚好相差 ΔTmin ,这样就保证了热、冷物流间有 ΔTmin的传热温差。基于所有冷、热物流的初温

和终温作出的水平线将换热网络划分成若干个子网络。

问题表格法求解步骤： (2)依次对每个子网络进行热量衡算。Dk=(∑CPk,c-∑CPk,h)(Tk-Tk+1) Ok=Ik-Dk Ik+1=Ok Dk—— 第 k 个子网络的赤字，表示该网络为满足热平衡时 所需外加的净热量； Ik——由外界或其他子网络放出的热量； Ok——第k个子网络向外或其他子网络放出的热量； ∑CPk,c——子网络k中包含的所有冷物流的热容流率之和； ∑CPk,h——子网络k中包含的所有热物流的热容流率之和； k——子网络数目； Tk-Tk+1—— 子网络 k 的温度间隔，用该间隔的热物流或冷 物流温度之差均可。