碘硫循环是热化学循环制氢的一种,目前已经被日、法、韩等国列为核能制氢研发中的首选方案。循环过程包括了Bunsen反应、硫酸分解反应和氢碘酸分解反应三个部分,过程中涉及多个化学反应和多种化学组分,热力学性质复杂。实验研究很难完成整体流程的工艺设计和优化,因此,利用化工模拟对碘硫循环过程进行研究具有重要意义。另一方面,碘硫循环制氢工艺的能耗决定过程的制氢效率,通过换热网络的综合设计与优化,尽可能地回收余热,以达到节约能量,提高制氢效率的目的。清华大学核能与新能源技术研究院(INET)进行了多年核能制氢的研究,已建立了产氢率为100NL/h的集成实验室规模碘硫循环制氢台架。本论文利用化工模拟软件Aspen plus完成了碘硫循环制氢系统中各个单元操作的建模分析以及局部和整体工艺流程的模拟优化,得到物料和能量衡算结果,模拟中使用的热力学方法为OLI数据库混合电解质模型。通过模拟计算得到物料和能量衡算结果,进行热量分析。利用夹点设计法进行换热网络的综合优化。根据经验原则确定最小传热温差为20℃,对装置进行夹点计算和分析。硫酸分解部分初始流程中的冷、热公用工程分别为797.71KJ/mol-H2与1099.66KJ/mol-H2,经过初步的换热网络设计与参数优化后所需总冷、热公用工程分别为326.33 KJ/mol-H2与632.98 KJ/mol-H2,则冷、热公用工程能耗分别降低了471.38 KJ/mol-H2(59.09%)和466.68 KJ/mol-H2(42.44%)。氢碘酸分解部分初始流程中冷、热公用工程分别高达5728.17KJ/mol-H2和6295.69mol-H2,提高过程中氢碘酸转化率、采用塔顶气相出料并且进行换热网络设计后,冷、热公用工程降至为2360.38 KJ/mol-H2与1852.36 KJ/mol-H2,冷、热公用工程能耗分别节约了3367.89 KJ/mol-H2(53.50%)和4443.33KJ/mol-H2(70.58%)。