过程系统综合与集成

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1、过程系统综合与集成张冰剑020-84113653zhbingj@mail.sysu.edu.cn10.1.4问题表格法确定夹点T-H图确定夹点的方法虽然直观，但是不适合大规模换热网络夹点的确定确定夹点位置常用的方法是问题表格法（ProblemTableAlgorithm）1问题表格法确定夹点的步骤第一步：子网络的分割，问题表格(1)；第二步：每个子网络的热量衡算；第三步：问题表格(2)的确立与夹点的确定。2子网络的基本概念热级联：每个单元都是相似的传热过程组成的串级结构。每一级相当于一个子网络。热级联－虚拟结构，同一温位的物流集

2、中于同一级。Dk+1T1TkTk+1I1IkIk+1IKD1DkDKOkO1OkOk+13子网络热量衡算的基础概念OK：第k个子网络向外界或其他子网络输出的热量；IK：外界或其他子网络供给第k个子网络的热量；DK：第k个子网络本身的赤字（Deficit），即该子网络为满足热平衡所需要的外加热量。4热量衡算的基本公式Ok=Ik-Dk输出=输入-赤字Dk=(∑CPC-∑CPH)(Tk-Tk+1)∑CPC：子网络k中包含的所有冷物流的热容流率之和；∑CPH：子网络k中包含的所有热物流的热容流率之和。5例题一：一过程系统含有两个热物流和

3、两个冷物流，给定数据列于下表，选定冷热物流间最小传热温差为△Tmin=20℃，试确定该过程的夹点位置。物流标号初始温度℃终了温度℃热负荷kW热容流率kW/℃H115060180.02.0H29060240.08.0C120125262.52.5C225100225.03.06第一步：子网络的分割问题表格(1)△Tmin=20℃子网络序号冷物流及其温度热物流及其温度kC1C2/℃H1H2/℃SN1SN2SN3SN4SN5SN6150145120906012510070402520等于最小传热温差7第二步：子网络的热量衡算第一个子网

4、络：K=1，（温度间隔为150～145℃)D1=（0-2)×(150-145)=-10（负赤字表示有剩余热量10kW）I1=0（无外界输入热量）O1=I1-D1=0-(-10)=10O1为正值，说明子网络1(SN1)有剩余热量供给子网络2(SN2)8第二步：子网络的热量衡算第二个子网络：K=2，（温度间隔为145～120℃)D2=（2.5-2)×(145-120)=12.5（正赤字表示有热量赤字12.5kW）I2=O1=10（子网络SN1有剩余热量供给SN2O2=I2-D2=10-12.5=-2.5O2为负值，说明子网络SN2有

5、剩余的负热量供给子网络SN3（即需要子网络3向子网络2供给热量，但这是不可能的）9第二步：子网络的热量衡算第三个子网络：K=3，（温度间隔为120～90℃)D3=（2.5+3-2)×(120-90)=105I3=O2=-2.5O3=I3-D3=-2.5-105=-107.5第四个子网络：K=4，（温度间隔为90～60℃)D4=（2.5+3-2-8)×(90-60)=-135I4=O3=-107.5O4=I4-D4=-107.5-(-135)=27.510第二步：子网络的热量衡算第五个子网络：K=5，（温度间隔为40～25℃)只有

6、冷物流D5=（2.5+3)×(40-25)=82.5I5=O4=27.5O5=I5-D5=27.5-82.5=-55第六个子网络：K=6，（温度间隔为25～20℃)D6=2.5×(25-20)=12.5I6=O5=-55O6=I6-D6=-55-12.5=-67.511第三步：问题表格(2)的确立与夹点的确定子网络序号赤字DK/kW热量/kWIKOKSN1-10010.0SN212.510.0-2.5SN3105.0-2.5-107.5SN4-135.0-107.527.5SN582.527.5-55.0SN612.5-55.0

7、-67.5OK为负值的时候传热过程无法完成，需要外界供入热量。OK负值最大者，所需从外部供入的热量。温位若外部供入的热量为107.5kW，则过程OK值不存在负值。12第三步：问题表格(2)的确立子网络序号赤字DK/kW无外界输入热量/kW外界输入最小热量/kWIKOKIKOKSN1-10010.0107.5117.5SN212.510.0-2.5117.5105.5SN3105.0-2.5-107.5105.50SN4-135.0-107.527.50135.0SN582.527.5-55.0135.052.5SN612.5-5

8、5.0-67.552.54013SN1SN6SN2SN3SN4SN5SN1SN6SN2SN3SN4SN50kW10-2.5-107.527.5-5567.5kWQH，min=107.5kW117.5105013552.5QC，min=40kW有无外界输入热量时的