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由于间歇过程具有灵活性高和适应性强的特点,大量的药品、食品、精细化学品的生产过程均采用间歇过程。近年来,人们对高附加值、低产量产品的需求日益增多,间歇生产过程的使用随之增加,间歇过程的节能研究得到了重视。
储热技术对间歇过程节能优化非常重要,是不同时间段流股换热的桥梁。通过储热进行间接换热与直接换热相比,可以克服冷、热流股的时间不一致性,增加节能机会。但是,进行间接换热会产生额外的换热温差,现有的夹点分析方法考虑额外换热温差后,仍难以得到可行且经济的储热集成方案。
本文围绕间歇过程储热集成问题展开研究,改进和完善现有的夹点分析方法。针对间歇过程储热系统和换热网络设计,提出考虑间接换热额外换热温差的储热集成方法。针对间歇过程能量系统分析,提出考虑任意时间段间间接换热的自动目标化模型和考虑间接换热额外换热温差的自动目标化模型。本文的主要工作如下:
(1)在与时间有关的热级联分析法的基础上,提出考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成方法。该方法首先针对不同时间段间的间接换热,考虑额外换热温差,进行热级联分析,准确计算储热集成后的最小公用工程用量,并确定储热位置和储热量。建立时间段温焓图,确定储热单元温度,完成储热系统设计。然后,依据储热量和储热单元温度,将储热流股转化为放热时间段的冷流股和需热时间段的热流股,按照夹点设计法完成换热网络设计和优化,得到可行且经济的储热集成方案。最后,选用两个经典实例,验证所提方法的可行性和有效性。实例研究表明,该方法能够减少间歇过程公用工程用量,降低总费用。
(2)在间歇过程自动目标化模型的基础上,提出考虑任意时间段间间接换热的自动目标化模型和考虑间接换热额外换热温差的自动目标化模型。该模型是热级联分析的数学规划问题形式,通过分层多目标优化,得到最小公用工程用量、最小储热量和特定条件下的储热位置。由于该模型属于线性规划问题,若全局最优解存在,则能够确保得到该最优解。选用相同实例验证所提模型的可行性和有效性。实例研究表明,该模型能够完善现有的间歇过程夹点分析法,提高间歇过程能量分析效率,指导间歇过程储热集成。
储热技术对间歇过程节能优化非常重要,是不同时间段流股换热的桥梁。通过储热进行间接换热与直接换热相比,可以克服冷、热流股的时间不一致性,增加节能机会。但是,进行间接换热会产生额外的换热温差,现有的夹点分析方法考虑额外换热温差后,仍难以得到可行且经济的储热集成方案。
本文围绕间歇过程储热集成问题展开研究,改进和完善现有的夹点分析方法。针对间歇过程储热系统和换热网络设计,提出考虑间接换热额外换热温差的储热集成方法。针对间歇过程能量系统分析,提出考虑任意时间段间间接换热的自动目标化模型和考虑间接换热额外换热温差的自动目标化模型。本文的主要工作如下:
(1)在与时间有关的热级联分析法的基础上,提出考虑间接换热额外换热温差的间歇过程储热集成方法。该方法首先针对不同时间段间的间接换热,考虑额外换热温差,进行热级联分析,准确计算储热集成后的最小公用工程用量,并确定储热位置和储热量。建立时间段温焓图,确定储热单元温度,完成储热系统设计。然后,依据储热量和储热单元温度,将储热流股转化为放热时间段的冷流股和需热时间段的热流股,按照夹点设计法完成换热网络设计和优化,得到可行且经济的储热集成方案。最后,选用两个经典实例,验证所提方法的可行性和有效性。实例研究表明,该方法能够减少间歇过程公用工程用量,降低总费用。
(2)在间歇过程自动目标化模型的基础上,提出考虑任意时间段间间接换热的自动目标化模型和考虑间接换热额外换热温差的自动目标化模型。该模型是热级联分析的数学规划问题形式,通过分层多目标优化,得到最小公用工程用量、最小储热量和特定条件下的储热位置。由于该模型属于线性规划问题,若全局最优解存在,则能够确保得到该最优解。选用相同实例验证所提模型的可行性和有效性。实例研究表明,该模型能够完善现有的间歇过程夹点分析法,提高间歇过程能量分析效率,指导间歇过程储热集成。