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1、.夹点分析应用现状及其发展趋势1序言改革开放30年以来，我国工业得到了迅速发展，与此同时我国对能源的需求量也是快速攀升。统计资料显示：我国能源消费总量从1978年的57144万吨标准煤快速增长，在刚过去的2012年，全国能源消耗已超过36亿吨标煤，占全球能源消耗总量的20％以上[1]。目前,我国化工企业在过程用能方面普遍存在热联合或热集成条件的装置(或生产单元)孤立运行,余热、余压未能利用,运行参数控制不准确等问题,致使换热网络、生产系统和装置能耗水平高。日益匮乏的资源、能源的紧张以及环境保护都对化工过程的设计提出了更高的要求。过程工业作为能源密集型的工业，其节
2、能工作一直是其发展生产技术、提高竞争能力的重要组成部分。因此,化工企业要实现合理用能,减轻能源消耗带来的环境问题,探索化工过程能量集成途径已经成为化工行业可持续发展的必由之路。20世纪80年代以来，过程系统工程学的发展使得人们认识到要把一个过程设计的能耗费用最小和环境污染最少，就必须把整个系统集成起来作为一个有机结合的整体来看待，达到整体设计最优化。一个典型化工过程系统，可见图1.1。现在已进入过程系统节能的时代，过程集成成为热点话题。过程集成是一种新兴的技术科学，是一种总体系统中各子系统之间同步协调综合，联合优化的方法。过程系统的能量综合与优化,是化学工程，系
3、统工程和计算机科学的交叉研究领域,是近年来从化工过程系统工程中发展起来的最活跃的重要研究领域之一。过程系统的能量综合与优化,本质上是过程系统的设计优化问题,它在充分利用计算机技术，系统工程技术，模型化技术和模拟成果的基础上,主要研究如何优化选择单元操作及各单元操作之间的联结关系,以便构成一个能在最少投资，最低操作费用和能耗费用最小和环境污染最少下安全生产的化工过程系统。目前，化工过程能量集成的方法大体有3类:①夹点分析法，②数学规划法，③人工智能技术。其中，过程集成方法中最实用的是夹点分析法。本文主要对夹点分析做详细介绍。...在20世纪70年代末期,由于当时第
4、一次石油危机导致的能源危机影响,夹点技术(PinchTechnology)作为一种设计换热器网络的工具开始出现在学术界和工程应用中。夹点技术最初是由英国学者Linnhoff在20世纪70年代末提出换热网络优化的设计方法,后来又逐步发展成为化工过程能量综合的方法论。当时，英国帝国化学公司(ICI)率先在工程设计中采用这种全新的设计方法,取得了令人瞩目的节能效果。随后夹点技术在欧洲、美国、日本等工业发达国家迅速得到推广,成功地用于各种工业生产的连续和间歇工艺过程中,应用领域十分广阔,在世界各地产生了巨大的经济效益。夹点技术不仅可以用于换热网络的优化集成，而且可用于合
5、理设置热机和热泵，确定公用工程的等级和用量，去除“瓶颈”以提高生产能力，分离设备的集成，减少生产用水，减少污染排放等方面。目前，夹点分析已成为化工过程设计的一种基本工具。2夹点分析2.1夹点分析基本原理夹点技术是以热力学为基础,从宏观角度分析过程系统中能量流沿温度的分布,从中发现系统及其用能的“瓶颈”所在,并给以解“瓶颈”的一种方法。...工艺过程存在多股冷、热物流,过程综合就是要设计出能使冷热物流充分换热以尽可能回收热量,并同时满足投资费用、可操作性等方面的约束条件的过程系统。冷、热物流间的换热量与公用工程耗量的关系可用温-焓(T-H)图表示,见图1。图2.1
6、T-H图多股冷、热物流在T-H图上可分别合并为冷、热物流复合曲线,两条曲线在H轴上投影的重叠部分即为冷、热物流间的换热量,不重叠部分即为冷热公用工程耗量。当两曲线在水平方向上相互移近时,热回收量QX增大,而公用工程耗量QC和QH减小,各部位的传热温差也减小。当曲线互相接近至某一点达到最小允许传热功当量温差∆Tmin时,热回收量达到最大(QX,max),冷、热公用工程能量达到最小(QC,min,QH,min),两曲线运动纵坐标最接近的位置叫作夹点。夹点的出现将整个换热网络分成了两部分:夹点之上和夹点之下，夹点之是热端,只有换热和加热公用工程,没有任何热量流出,可看
7、成是一个净热阱;夹点之下是冷端,只有换热和冷却公用工程,没有任何冷量流出,可看成一个净热源;在夹点处,热流量为零。为了达到最小加热和冷却公用工程量，夹点技术有三条最基本的原则:(1)不应穿过夹点传热;(2)夹点之上不应采用冷公用工程;(3)夹点之下不应采用热公用工程。2.2夹点分析技术的发展回顾...夹点技术自问世以来呈现出三维的发展趋势：（1）应用范围不断扩大：从换热网络→热电联产网络→整个工艺流程→涉及若干过程和服务系统的整个工厂;（2）网络优化的评价指标逐步深入→从能量费用一投资费用→原材料费用→可操作性，弹性，安全性，可控性等定性指标→水费用→污染物排放
8、量;（3）设计类型逐渐扩
