5wta异丙醇生产工艺换热网络的优化

论文总字数：15254字

摘 要

本文5万吨/年异丙醇生产工艺进行换热网络设计，根据异丙醇全流程运用夹点技术导出原始换热网络，得到原始换热网路公用工程用量577556.6kw，其中使用热公用工程199852.8kw，冷公用工程29166.7kw，接着根据冷热流股组合去曲线得出最小传热温差4℃，从总组合曲线图得出夹点温度冷端196.4℃，热端200.4℃，经过换热网络设计优化后，优化后换热网络使用公用工程49019.5kw，节约了15.13%，其中热公用工程使用19852.78kw，节约了18.06%，冷公用工程使用了29166.7，节约了13.01%，冷热流股间增加了三台换热器，优化后操作费用比原换热网络降低了5.82%，总花费比原换热网络节省了14.17%。

关键词：异丙醇；夹点技术；换热网络；能量集成；

Abstract

In this paper, the heat exchanger network is designed for the production process of 50000 t / an isopropanol. According to the whole process of isopropanol, the original heat exchanger network is derived by using grip technology, and the utility consumption of the original heat exchanger network is 577556.6kw, in which the hot utility is 199852.8kw and the cold utility is 29166.7kw. then the minimum heat transfer temperature difference of 4 ℃ is obtained according to the combination curve of cold and hot flow units, and the pinch temperature cold end is 196.4 ℃ from the total combination curve. The hot end is 200.4 ℃. After the optimization of the heat exchanger network design, the optimized heat exchanger network uses utilities 49019.5kW, saving 15.13%, in which the hot utilities use 19852.78kW, saving 18.06%, and the cold utilities use 29166.7, saving 13.01%. Three heat exchangers are added between hot and cold flow units, and the operation cost after optimization is 5.82% lower than that of the original heat exchanger network. The total cost is 14.17% lower than that of the original heat exchanger network.

Key words: isopropanol; pinch technology; heat exchanger network; energy integration

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1换热网络的研究进展 1

1.2 研究的主要内容 1

1.3换热网络的作用和意义 1

第二章 夹点技术的应用 2

2.1 换热网络的研究方法 2

2.2 异丙醇工艺流程状况 2

2.3 各曲线分析 4

2.4 夹点技术的使用准则 8

第三章 换热网络的模拟与优化 9

3.1 异丙醇工艺流程用能分析 9

3.1.1生产流程换热网络分析 9

3.2 利用夹点技术设计换热网络 9

3.2.1 从Energy Analysis到夹点分析软件 9

3.2.2 工艺流股信息提取 10

3.2.3 公用工程的选择 11

3.2.4 确定换热网络能量目标 12

3.3换热网络的设计优化 15

3.3.1 换热网络优化思路 17

3.3.2 优化设计方案 19

第四章 结果与讨论 22

4.1 优化方案比较 22

4.2 优化后换热网络应用到原流程 24

4.3 总结 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1换热网络的研究进展

能源是我国经济发展的重要基础，随着人们的生活水平提高，生产的飞速发展，人们对能源的需求越来越大，专家们开始高度重视能源的科学管理和利用。节能可以提高能源的利用率，减少环境污染，换热网络是过程系统中能量回收的重要系统，其设计水平的高低决定了过程系统的能耗和经济性。[1]

在化工公用生产中，总有物料需要被加热或被冷却。为了使部分能量回收，就会进行化工生产中冷热物流间的换热，这样可以节约成本。而冷热物流间的换热往往会达不到工艺流程中所需要的温度，这时就要加入公用工程进行换热从而达到工艺要求，这样就形成热公用工程，冷公用工程，冷热流股内部换热的换热网络。[2]

在炼油，冶金，化工，制药等行业，换热网络应用广泛，起到了回收最大能耗，降低成本的重要作用。[3] 换热网络系统大多数是按给定流程，设计出最小投资费用和运行成本的换热网络。但是换热网络在实际运行过程中，总是因为一些原因而偏离设计工况，从而导致换热网络性能降低运行费用增加，有时甚至还不能满足工艺要求[3]。

1.2 研究的主要内容

本文根据Aspen Plus模拟异丙醇生产工艺流程设计换热网络，本项目采用直接水合法以丙烯丙烷和水生产异丙醇，工艺流程分为三段；原料预热到一定温度送入反应工段进行反应，得到粗异丙醇，再送入精制工段进行分离，最后得到高纯度异丙醇。

本文是基于夹点技术利用Aspen Energy Analyzer V11软件对模拟运行的流程换热网络的能耗进行了分析，[2]提出了合理的优化改造方案，并对优化方案进行了选择和分析，最终得到了合理、高效、经济的换热器网络解决方案。

夹点设计法：

（1）运用Aspen Plus能量分析对工艺进行分析，得出公用工程；导入换热网络软件

（2）会得到原始换热网络，并进行夹点分析，可以确定夹点温度。

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