用虚拟温度法进行优化间歇过程换热网络

邢秉茂

（北京众联盛化工工程有限公司太原分公司，山西太原 030006）

用虚拟温度法进行优化间歇过程换热网络

邢秉茂

（北京众联盛化工工程有限公司太原分公司，山西太原 030006）

间歇过程在生产中高度灵活，使其在化工生产中所占的比重越来越大。研究了用虚拟温度法得到的间歇过程换热网络，寻找各时间间隔的子换热器网络内的热负荷回路，以一定的规则断开回路，对总换热器网络进行结构优化，使得到的总换热网络的换热单元数目减少。

结构优化；间歇过程；换热网络；虚拟温度法

1 间歇过程换热网络结构优化

1.1 基于虚拟温度法的间歇过程换热网络

虚拟温度法[1-2]是基于换热器结构不同及流股不同传热系数等因素导致的价格不同，确定不同流股在换热过程中贡献给温差的数值，对流股温度进行修正，对系统的不同温位能量进行重新分配，使各个换热器的温差分布更加合理，优化换热网络结构。

换热器网络综合[3]的目标函数为最小的年度化总费用，费用的内容有公用工程费用，设备的费用，换热面积的费用。

1.2 换热网络结构优化回路断开的规则

在虚拟温度法的基础上，寻找换热网络中的热负荷回路，通过一定的规则断开回路，得到最终换热网络，计算其总费用。

（1）换热网络中，在保证热负荷为正和换热过程中温度差低于约束条件的前提下，如存在分流，断开回路的方法采用在回路断开后存在分流的方式，如行不通，则用断开后不存在分流的方式进行断开。

（2）对于换热网络中的二级回路及二级回路以上回路的情况，在满足热负荷非负和换热温差约束的条件下，优先去掉其中热负荷最小的换热设备；当热负荷量最小的换热设备有约束条件不能被去除时，再考虑去掉其他热负荷量较小的换热设备。

（3）对于间歇过程，如果在一级回路中两个换热器都是非共用的，则用上面提到的第1条断开回路；如果在回路中有非共用换热器，则对非共用换热器优先去掉；如果都是共用换热器，则根据换热网络中各共用时间间隔的最大面积来确定需要断开的换热器。

2 间歇过程的换热网络优化实例

例子中的换热网络的数据如表1所示。

实例中所示的换热网络有共有5个时间间隔，只有第四个时间间隔有热负荷回路，因此只需要对第四个时间间隔进行结构优化。

找到一级回路（1，7），根据上面的规则，去掉7号换热器，检验相关热负荷和传热温差进行检验，均满足要求。继续寻找回路，找到二级回路（8，6，5，1），根据规则去掉8号换热器（热负荷最小），经检验也满足要求。换热网络优化前后结果如表2所示。

表1 例题数据

表2 实例换热网络优化前后结果对比

由表2可以看出，对换热网络进行优化后，总的换热器减少了两个，总换热面积在以前基础上增加了 4.24m2。总投资费用减少了 1 306.00$/a。

3 结束语

文章在以间歇生产过程换热器网络的基础上，对换热网络结构进行结构优化，降低了换热网络年度总费用。

本文提出了对间歇过程中换热网络结构优化的三条规则，并利用规则对间歇过程实例进行优化后，总的换热器减少了两个，总的换热面积增加了 4.24m2，总投资费用减少了 1 306.00$/a，表明文章的三条规则适用于间歇过程换热网络的优化。

[1] 王 莉， 王 玲，姚平经， 等 .一 种 具 有 不 同 传 热 膜 系 数 网 络 的 新 设计方法 —— 虚拟温度法 [J].大连理工大学学报，1995，35（2）：203-20.

[2] 李晖，王莉，姚平经 .采用虚拟温度法设计换热器网络 [J].高校化学工程学报，1997，11（l）：100-103.

[3] 姚 平 经 . 化 工 过 程 系 统 工 程 [M]. 大 连 ：大 连 理 工 大 学 出 版 社，1992.

The Structure Optimization of Heat Exchange Network Based on the Pseudo-temperature for Batch Process

Xing Bing-mao

Batch processes take an increasing proportion of chemical production processes.On the basis of the heat exchanger network of batch processes based on the pseudo-temperature，this paper studies the structure optimization of heat exchange network for batch process.The thermal load loops can be found within each time interval of the heat exchanger network.According to certain rules to disconnect loop of the heat exchanger network for each time interval，the number of the units for the fi nal network after structure optimization is reduced.

structure optimization ；batch process ；heat exchange network ；pseudo-temperature method

TK172

：A

：1003–6490（2017）07–0168–02

2017–05–15

邢秉茂（1989.4），男，山西平遥人，助理工程师，主要从事化工装备设计工作。