扬子石化年产10万吨醋酸乙烯酯生产分厂项目7-节能优化与换热网络.docxVIP

节能优化与换热网络

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2019年“东华科技-恒逸石化杯”第十三届全国大学生化工设计竞赛

节能优化与换热网络

扬子石化年产10万吨醋酸乙烯酯生产分厂项目

江西理工大学·烯望之光团队

团队成员：杨林郭宝鉴郑明豪胡颖罗荣烽

指导老师：李立清陈火平邹来禧李敏朱丽华

目录

目录

TOC\o1-3\h\z\u目录 2

第一章概述 3

第二章换热流股和公用工程的确定 4

2.1换热流股的确定 4

2.2公用工程的确定 5

第三章确定能量目标 6

第四章换热网络的设计和优化 8

4.1初始设计方案的确定 8

4.2换热网络的优化 8

第一章概述

化工生产中，一些物流需要加热，一些物流需要冷却，我们希望合理匹配物流，充分利用热物流去加热冷物流，尽可能地减少公用工程加热和冷却负荷，以提高系统的热回收能力和投资费用。换热网络的主要作用就是在各种条件允许的情况下，尽可能经济地回收所有过程物流的有效能量，以减少公用工程的耗能量。

本项目为扬子石化分厂年产10万吨醋酸乙烯酯项目，该项目的主要生产工艺可以分为等离子体工艺制乙炔工段、醋酸乙烯合成工段、醋酸乙烯精制三个工段。其中采用等离子体工艺，将天然气裂解成乙炔时反应时反应温度非常高，其降温过程十分耗能。以及后面物流的降温升温过程，温度区间较大，若直接用公用工程进行换热，消耗很大，经济效益低。

为了最大程度的降低公用工程的能耗，我们通过对换热网络的优化和设计，尽量采用工艺中的冷流股和热流股进行换热，实现对内部流股热量的集成和最大化利用。

第二章换热流股和公用工程的确定

2.1换热流股的确定

利用AspenEnergyAnalyzer软件自动导入AspenPlus中模拟的总流程信息，可以得到相应的物流信息，如下表所示。

过程名称

进口温度/℃

出口温度/℃

热负荷/(Gcal/hr)

101_To_102

300

25

29.71

134_To_139

300

150

16.59

ToReboiler@T0302_TO_311

75.1

80.1

14.59

133_To_138

25

300

21.09

128_To_130

35

300

49.09

129_To_131

-42.6

0

6.541

201_To_204

25

130

5.705

217_To_218

38.5

72

0.3085

205_To_206

94.8

170

1.654

ToCondenser@T0106_TO_147

97.4

86.4

0.2595

ToCondenser@T0303_TO_315

115.7

107.6

22.86

ToCondenser@T0302_TO_309

68.2

67.4

13.28

ToCondenser@T0301_TO_306

85.9

75.4

5.841

105_To_111

25

10

2.12

ToReboiler@T0106_TO_148

154.9

173.4

35.34

ToReboiler@T0303_TO_317

118.7

118.9

27.55

ToReboiler@T0301_TO_307

120

120.8

5.644

2.2公用工程的确定

过程名称

进口温度/℃

出口温度/℃

HP

250

249

MP

175

174

LP

175

174

Air

30

35

乙二醇

-25.0

-24.0

第三章确定能量目标

将上述工艺流股信息输入到AspenEnergyAnalyzerV9，在能量分析器中，对最小传热温差进行经济评估，获得总费用-最小传热温差关系曲线如图3-1所示。

3-1总费用与ΔTmin关系曲线

由图3-1可得，当ΔTmin=10℃时，总费用最小。所以选取ΔTmin=10℃。

在设定最小的传热温差之后，可得组合曲线如图3-2所示。

3-2组合曲线

总组合曲线如图3-3所示

总组合曲线

第四章换热网络的设计和优化

4.1初始设计方案的确定

通过AspenEnergyAnalyzerV9可得到初始的换热网络，如图4-1所示。

4-1初始换热网络

该设计方案中，没有进行能量的集成，所有的工艺物流都是公用工程进行加热或者冷却，所消耗的能耗较大，费用高，需要进一步对该换热网络进行优化。

4.2换热网络的优化

通过AspenEnergyAnalyzerV9的方案推荐，除去不合理的方案，可得到以下方案。

初步选择总费用最小的方案作为优化方案如下图所示。

该换热网络的换热器数目为44