论文总字数：18273字

摘 要

本文对年产15万吨醋酸乙烯工艺进行换热网络的模拟与优化，应用夹点技术设计新的醋酸乙烯换热网络，以夹点温度10℃，通过冷热温焓图找出该工艺换热网络的夹点温度为热端75.5℃，冷端65.5℃，最终得出装置的公用工程用量从1907.3kW减少到1275.5kW，节能潜力达到33.12%。其中冷公用工程用量622.5kW，节能346.4kW，节能比例为35.75%；热公用工程653.1kW，节能285.3kW，节能比为30.40%。优化后的换热网络能耗方面是有所下降的，比原来节约33.12%的公用工程用量。虽然新增三台物流间换热的换热器，但是总的换热单元数比之前少，换热面积有所增大。优化前后的公用工程投资费用以及操作费用的投资都有所下降，公用工程投资费用较之前节约13.89%，操作费用较之前降低10.64%，总花费也节省约18.35%。

关键词：醋酸乙烯；Aspen Plus；夹点技术；换热网络；能量集成

Optimization of Heat Transfer Network for Aspen Plus Annual Production of 15wt/a Vinyl Acetate

Abstract

In this paper, the annual output of 150000 tons of vinyl acetate process simulation and optimization of heat exchange network, through the cold and hot temperature, enthalpy diagram to find out the process of heat exchange network hot end of pinch point temperature of 75.5℃, 65.5℃ cold end, draw a pinch point temperature 10℃, calculate the utilities consumption reduced from 1907.3 kW to 1275.5 kW, the energy saving potential of 33.12%. Among them, the consumption of cold utility engineering is 622.5kW, energy saving is 346.4kW, and the energy saving proportion is 35.75%. Thermal utility 653.1kW, energy saving 285.3kW, energy saving ratio of 30.40%. The utility energy consumption of the optimized heat exchange network is 33.12% less than the original one. For the newly added three interflow heat exchangers, the investment cost of public engineering is 13.89% lower than before, the operation cost is 10.64% lower than before, and the total cost is about 18.35% lower.

Keywords: Vinyl Acetate; Aspen Plus; Pinch Technology; Heat Exchange Network; Energy Integration

目 录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪 论 1

1.1 Aspen Plus在工艺流程中的应用 1

1.2 研究的主要内容 2

1.3 换热网络在化工生产流程中的作用与意义 2

第二章 夹点技术的应用 3

2.1 换热网络的研究现状 3

2.1.1 换热网络的研究进展 3

2.2 醋酸乙烯工艺流程状况 4

2.3 各曲线分析 6

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 10

3.1 醋酸乙烯工艺流程用能分析 10

3.1.1 生产流程换热网络分析 10

3.2 利用夹点技术设计换热网络 10

3.2.1 从Energy Analysis到夹点分析软件 10

3.2.2 工艺流股信息提取 12

3.2.3 公用工程的选择 12

3.2.4 确定换热网络能量目标 13

3.2.5 夹点的计算 14

3.3换热网络的设计优化 17

3.3.1 换热网络优化思路 19

3.3.2 手动设计方案 20

3.3.3 原换热网络优化 20

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 23

4.3 总结 24

致 谢 25

参考文献 26

第一章 绪 论

1.1 Aspen Plus在工艺流程中的应用

由于Aspen Plus软件功能的强大、使用方便，所以这一成熟的流程模拟软件正在被越来越多的学者应用于科学研究、工艺的设计、模拟及优化上。许多学者利用Aspen流程模拟软件对各工艺的模拟优化。

张盈等^[2]应用Aspen Plus以某厂2400t/a甲醇制丙烯中试分离流程和试验数据为依据，对年产52万吨大型工业化甲醇制丙烯的分离流程进行模拟和优化。结果表明：利用Aspen Plus模拟所得到的结果与中试结果只有5%的误差，验证了该模型的可靠性。同时，对于中试工艺中存在的问题，如：气相产物冷却效果差，工艺流程较长以及所需能耗过高等问题进行优化模拟。最终得到99.80%的高纯度丙烯，同时该工艺流程能耗被降低了31.29%。

林凯强等^[3]利用Aspen Plus对正丁醇—异丁醇—水体系分离进行流程开发和模拟。通过对常规分离方法和传统方法精馏进行工艺流程建立并模拟并对得到的重要参数进行分析优化，结果表明，这两种分离方式都有一个共同的缺点：所需要消耗的能耗较高。为此提出了一种新的节能型萃取精馏流程，并应用Aspen Plus软件对这种新的节能型流程进行模拟优化。从模拟结果可以看出这种新型节能萃取精馏流程比前两种传统分离流程能耗降低很多，将新流程与共沸精馏作经济性对比可以看出新流程大约每年可以节约50.29%的操作费用，与传统萃取精馏相比较节约了67.98%。

张程等^[4]应用Aspen Plus软件对现场常减压蒸馏装置以及扩能后的装置进行了流程模拟，确定了现场工况的可行性，并为扩能后的塔板/填料设计提出了合理的改造方案。同时，还利用夹点技术对现场换热网络进行设计优化，最终得到了高效且能耗较低的扩能后常减压蒸馏装置流程。

高飞^[5]利用Aspen Plus软件对连续反应精馏生产丁酸酐的工艺进行了深入的研究并针对传统间歇工艺生产丁酸酐的工艺的不足提出了具体的优化方案。通过流程模拟软件得到了可靠地反应动力学模型，通过对模拟后得出的结果作分析，适当的加大进料的酸酐比有利于降低塔底产品的量，反应转化率提高，得到纯度高的丁酸酐产品。通过对工艺流程的模拟优化得到了生产设备较少、投资花费较少、能耗低的连续化生产过程。

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