夹点技术研究

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1、专业：化学工程专业：化学工程学生：马海鹏（学生：马海鹏（20032003级）级）导师：张华民导师：张华民 研究员研究员夹点技术研究夹点技术研究 Seminar主要内容主要内容 研究背景研究背景 夹点技术夹点技术 夹点技术应用夹点技术应用 发展及趋势发展及趋势参考文献参考文献研究背景研究背景能源需求上升能源需求上升能源资源匮乏能源资源匮乏能源价格上涨能源价格上涨节约能源节约能源可持续发展可持续发展节能原则、途径节能原则、途径增加高附加值、低能耗的高新技术产品比重；增加高附加值、低能耗的高新技术产品比重；增加高附加值、低能耗的高新技术产品比重；增加高附加值、低能耗的高新技术产品比重；装置采用先进的

2、工艺路线，并向规模大型化发展；装置采用先进的工艺路线，并向规模大型化发展；装置采用先进的工艺路线，并向规模大型化发展；装置采用先进的工艺路线，并向规模大型化发展；对现有生产装置进行整体优化综合，即实现全过程系对现有生产装置进行整体优化综合，即实现全过程系对现有生产装置进行整体优化综合，即实现全过程系对现有生产装置进行整体优化综合，即实现全过程系统的能量集成；统的能量集成；统的能量集成；统的能量集成；对各类人员进行节能技术与法规的培训。对各类人员进行节能技术与法规的培训。对各类人员进行节能技术与法规的培训。对各类人员进行节能技术与法规的培训。节能初级阶段：节能初级阶段： 生产过程中直接能耗设备，

3、提高单机能源效率；生产过程中直接能耗设备，提高单机能源效率；节能深入：节能深入： 分析系统能量供求关系，改进现有工艺设备，合分析系统能量供求关系，改进现有工艺设备，合理有效利用能量。理有效利用能量。夹点技术夹点技术 夹点技术夹点技术（Pinchtechnology）是以是以热力学为基础，从宏观角度分析过程系统热力学为基础，从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度曲线的分布，从中发现系中能量流沿温度曲线的分布，从中发现系统用能的统用能的“瓶颈瓶颈”（Bottleneck）所在，所在，并给以并给以“解瓶颈解瓶颈”（Debottleneck）的的一种方法。一种方法。 主要通过构造冷、热物流组合曲线，主要

4、通过构造冷、热物流组合曲线，总组合曲线和平衡组合曲线来对工艺过总组合曲线和平衡组合曲线来对工艺过程进行能量分析，制定节能设计和改造程进行能量分析，制定节能设计和改造方案。方案。过程系统的夹点及其意义过程系统的夹点及其意义工艺物流温焓曲线工艺物流温焓曲线工艺物流组合曲线与夹点工艺物流组合曲线与夹点夹点：冷流组合曲线与夹点：冷流组合曲线与热流组合曲线间传热动热流组合曲线间传热动力力T T达到最小值的点，达到最小值的点，它限制了进一步回收过它限制了进一步回收过程系统的能量，构成系程系统的能量，构成系统用能的统用能的“瓶颈瓶颈”所在，所在，若想进一步增大过程系若想进一步增大过程系统的能量回收，减少公统

5、的能量回收，减少公用工程负荷，就要改善用工程负荷，就要改善夹点，以夹点，以“解瓶颈解瓶颈”。夹点上下两个分离子系统热力学特性夹点上下两个分离子系统热力学特性夹点之上子系统是一个热阱系统，热公用工程向其夹点之上子系统是一个热阱系统，热公用工程向其夹点之上子系统是一个热阱系统，热公用工程向其夹点之上子系统是一个热阱系统，热公用工程向其输入热能，而没有任何热流流出；输入热能，而没有任何热流流出；输入热能，而没有任何热流流出；输入热能，而没有任何热流流出；夹点之下子系统是一个热源系统，由冷公用工程从夹点之下子系统是一个热源系统，由冷公用工程从夹点之下子系统是一个热源系统，由冷公用工程从夹点之下子系统是

6、一个热源系统，由冷公用工程从系统中带走热能，而没有任何热流从外界流入；系统中带走热能，而没有任何热流从外界流入；系统中带走热能，而没有任何热流从外界流入；系统中带走热能，而没有任何热流从外界流入；在夹点处，两子系统间没有热流流动。如果有热流在夹点处，两子系统间没有热流流动。如果有热流在夹点处，两子系统间没有热流流动。如果有热流在夹点处，两子系统间没有热流流动。如果有热流跨越夹点传热，则会加大公用工程消耗；跨越夹点传热，则会加大公用工程消耗；跨越夹点传热，则会加大公用工程消耗；跨越夹点传热，则会加大公用工程消耗；若在夹点之上热阱系统设置冷却器向外界移去热量若在夹点之上热阱系统设置冷却器向外界移去

7、热量若在夹点之上热阱系统设置冷却器向外界移去热量若在夹点之上热阱系统设置冷却器向外界移去热量或在夹点之下热源系统设置加热器向系统供热，都或在夹点之下热源系统设置加热器向系统供热，都或在夹点之下热源系统设置加热器向系统供热，都或在夹点之下热源系统设置加热器向系统供热，都会增加能耗，且增加设备投资。会增加能耗，且增加设备投资。会增加能耗，且增加设备投资。会增加能耗，且增加设备投资。夹点设计、优化基本原则夹点设计、优化基本原则不要有跨越夹点的传热；不要有跨越夹点的传热；不要有跨越夹点的传热；不要有跨越夹点的传热；不要在夹点之上子系统设置任何公用工程冷却器；不要在夹点之上子系统设置任何公用工程冷却器；

8、不要在夹点之上子系统设置任何公用工程冷却器；不要在夹点之上子系统设置任何公用工程冷却器；不要在夹点之下子系统设置任何公用工程加热器。不要在夹点之下子系统设置任何公用工程加热器。不要在夹点之下子系统设置任何公用工程加热器。不要在夹点之下子系统设置任何公用工程加热器。总组合曲线总组合曲线划分温度间隔划分温度间隔各分区热流量各分区热流量作出总组合曲线作出总组合曲线 总组合曲线从宏观上形象总组合曲线从宏观上形象地描述了过程系统中不同温地描述了过程系统中不同温位处的能量流，提出在什么位处的能量流，提出在什么温位需要补充外加热量，以温位需要补充外加热量，以及在什么温位可以回收能量及在什么温位可以回收能量的

9、定量信息。的定量信息。平衡的总组合曲线平衡的总组合曲线公用工程总组合曲线公用工程总组合曲线公用工程总组合曲线公用工程总组合曲线平衡的总组合曲线平衡的总组合曲线 平衡的总组合平衡的总组合曲线描述了全系统曲线描述了全系统公用工程流股与过公用工程流股与过程流股间可以匹配程流股间可以匹配的温位和负荷，可的温位和负荷，可获得有效利用能量获得有效利用能量的总体方案。的总体方案。夹点技术的特点夹点技术的特点简单灵活，易学实用，可发挥工程设计人员的实简单灵活，易学实用，可发挥工程设计人员的实简单灵活，易学实用，可发挥工程设计人员的实简单灵活，易学实用，可发挥工程设计人员的实践经验；践经验；践经验；践经验；可得

10、出换热网络最大热回收量和最小公用工程消可得出换热网络最大热回收量和最小公用工程消可得出换热网络最大热回收量和最小公用工程消可得出换热网络最大热回收量和最小公用工程消耗量；耗量；耗量；耗量；所得方案即使不是最优解，也接近最优，在此基所得方案即使不是最优解，也接近最优，在此基所得方案即使不是最优解，也接近最优，在此基所得方案即使不是最优解，也接近最优，在此基础上调优也不致太困难。础上调优也不致太困难。础上调优也不致太困难。础上调优也不致太困难。 工艺工艺工艺工艺 装置装置装置装置 节能（万美元节能（万美元节能（万美元节能（万美元/ /每年每年每年每年）投资投资投资投资（万美元）（万美元）（万美元）

11、（万美元）石油化工石油化工石油化工石油化工 改造改造改造改造 240 240 180180常压原油塔常压原油塔常压原油塔常压原油塔 改造改造改造改造 120 120 节省节省节省节省无机产品无机产品无机产品无机产品 新设计新设计新设计新设计 32 32 节省节省节省节省精细化工精细化工精细化工精细化工 新设计新设计新设计新设计 160 160 节省节省节省节省 节能（万美元节能（万美元节能（万美元节能（万美元/ /每年每年每年每年）投资（万美元）投资（万美元）投资（万美元）投资（万美元） 回收期（月）回收期（月）回收期（月）回收期（月）石油化工石油化工石油化工石油化工 105 50 6105

12、50 6有机产品有机产品有机产品有机产品 100 60 7100 60 7无机产品无机产品无机产品无机产品 124 183 18124 183 18精细化工精细化工精细化工精细化工 13.9 5.7 513.9 5.7 5夹点技术应用夹点技术应用ICIICI公司应用情况公司应用情况公司应用情况公司应用情况联碳公司应用情况联碳公司应用情况联碳公司应用情况联碳公司应用情况大公司：赫斯特、拜尔大公司：赫斯特、拜尔 、联碳、蒙山都、杜邦、联碳、蒙山都、杜邦、ICIICI等等工程设计公司：凯洛洛、鲁姆斯、千代田、东洋等工程设计公司：凯洛洛、鲁姆斯、千代田、东洋等实例改造应用实例改造应用发展及趋势发展及趋

13、势7070年代末：提出换热器网络中的温度夹点问题，指出年代末：提出换热器网络中的温度夹点问题，指出年代末：提出换热器网络中的温度夹点问题，指出年代末：提出换热器网络中的温度夹点问题，指出夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收；夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收；夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收；夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收；8080年代：比较系统的阐述了用于换热网络综合的夹点年代：比较系统的阐述了用于换热网络综合的夹点年代：比较系统的阐述了用于换热网络综合的夹点年代：比较系统的阐述了用于换热网络综合的夹点技术并推广应用；技术并推广应用；技术并推广应用；技术并推广应用；909

14、0年代：提出全局夹点概念，将夹点技术应用范围扩年代：提出全局夹点概念，将夹点技术应用范围扩年代：提出全局夹点概念，将夹点技术应用范围扩年代：提出全局夹点概念，将夹点技术应用范围扩大，包括了反应器、分离循环系统、换热网络和公大，包括了反应器、分离循环系统、换热网络和公大，包括了反应器、分离循环系统、换热网络和公大，包括了反应器、分离循环系统、换热网络和公用工程在内的整个系统；用工程在内的整个系统；用工程在内的整个系统；用工程在内的整个系统；趋势：夹点技术不仅用于节能、改造，也逐渐应用于趋势：夹点技术不仅用于节能、改造，也逐渐应用于趋势：夹点技术不仅用于节能、改造，也逐渐应用于趋势：夹点技术不仅用

15、于节能、改造，也逐渐应用于减少投资，环境保护和水循环优化等方面。减少投资，环境保护和水循环优化等方面。减少投资，环境保护和水循环优化等方面。减少投资，环境保护和水循环优化等方面。主要参考文献主要参考文献11姚平经姚平经姚平经姚平经. . . .全过程系统优化综合全过程系统优化综合全过程系统优化综合全过程系统优化综合. . . .大连：大连理工大学出版大连：大连理工大学出版大连：大连理工大学出版大连：大连理工大学出版社，社，社，社，199519951995199522尹洪超，袁一尹洪超，袁一尹洪超，袁一尹洪超，袁一. . . .过程系统能量集成同步最优综合法过程系统能量集成同步最优综合法过程系统

16、能量集成同步最优综合法过程系统能量集成同步最优综合法. . . .化工化工化工化工学报学报学报学报.1997.1997.1997.1997（2 2 2 2）：）：）：）：35-4035-4035-4035-403Mubarak3MubarakEbrahim.PinchEbrahim.Pinchtechnology:anefficienttoolfortechnology:anefficienttoolforchemical-plantenergyandcapital-costsaving.Appliedchemical-plantenergyandcapital-costsaving.Appl

17、iedEnergy,2000Energy,2000（6565）:45-49:45-494D.M.Fraser.RetrofitofMassExchangeNetworksUsing4D.M.Fraser.RetrofitofMassExchangeNetworksUsingPinchTechnology.AIChE,2000(46):2112-2117PinchTechnology.AIChE,2000(46):2112-21175Koufos,D.Practicalenergyandwatermanagement5Koufos,D.Practicalenergyandwatermanagem

18、entthroughpinchanalysisforthepulpandpaperthroughpinchanalysisforthepulpandpaperindustry.WaterScienceAndTechnology:aJournalOfTheindustry.WaterScienceAndTechnology:aJournalOfTheInternationalAssociationOnWaterPollutionResearch,InternationalAssociationOnWaterPollutionResearch,2001(43):327-3322001(43):32

19、7-3326C.6C.Bengtsson,etcBengtsson,etc.Co-ordinationofpinchtechnologyand.Co-ordinationofpinchtechnologyandtheMINDmethodappliedtoaSwedishboardmilltheMINDmethodappliedtoaSwedishboardmillAppliedThermalEngineering,2002(22):133-144AppliedThermalEngineering,2002(22):133-1447H.7H.Axelsson,etcAxelsson,etc.Po

20、tentialforgreenhousegasreductionin.Potentialforgreenhousegasreductioninindustrythroughincreasedheatrecoveryand/orindustrythroughincreasedheatrecoveryand/orintegrationofcombinedheatandpower.AppliedThermalintegrationofcombinedheatandpower.AppliedThermalEngineering,2003(23):65-87Engineering,2003(23):65

21、-8788DetchasitDetchasit Prakotpol,GAPinchPrakotpol,GAPinch:geneticalgorithmtoolbox:geneticalgorithmtoolboxforwaterpinchtechnology.ChemicalEngineeringandforwaterpinchtechnology.ChemicalEngineeringandProcessing,2004(43)203-217Processing,2004(43)203-21799JuttaJutta Geldermann,etcGeldermann,etc.Integratedtechniqueassessment.Integratedtechniqueassessmentbasedonthepinchanalysisapproachforthedesignofbasedonthepinchanalysisapproachforthedesignofproductionnetworks.JournalofOperationalResearch,Inproductionnetworks.JournalofOperationalResearch,InPress,2005Press,2005谢谢 谢谢 ！