化工过程系统多目标夹点分析方法案例.pdf

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1、万方数据第28卷第12期2011年12月28日什算机与矗一化学ComputersandAppliedChemisUyV01．28．No12December．2011化工过程系统多目标夹点分析方法的案例研究贾小平1，刘彩洪2，钱宇’(1．青岛科技大学环境与安全工程学院。山东，青岛．2660422．兖矿国宏化工有限责任公司．山东，济宁．273500；3华南理工大学化工学院，广东，广州．510640)摘要：提出水夹点、热夹点和碳夹点的内在联系。利用序贯方法．依照多目标夹点分析方法及其步骤，通过案例对此方法进行验证。主要分如下3个步骤：(”运用水夹点技术确定出最小新鲜水用量．井运用

2、修正的NNA算法确定出水网络；(2)由得到的水网络图，提取备物流数据．运用热夹点技术确定出最小冷热公用工程用量；(3)由热公用工程数据和二氧化碳排放目标，利用碳夹点技术确定最小清洁能源用量和能源分配方案。通过实例分析．晟终得到实例的系统需求最小新鲜水125．94kg／s、最小热公用工程为5289kW，最小冷公用工程为336kW。在二氧化碳排放限制的情况下．得出能源合理分配方案．以及最小请洁能源用量2029IO／s。同时得到节水效率为23．“％，热公用工程削减8134％．冷公用工程削减99．98％．节能效率显著。关键词：序贯方法，多目标夹点分析方法，节水效率，节能效率中围分类

3、号：TQ0218：TP3919文献标识码：A文章臻号：1001-4160(2011)12．1573．15761引言减少水、能源和资源利用是化工生产过程中面临的最重要的挑战，笔者对化工系统进行分析，提出了多目标夹点分析方法⋯。根据所给出的方法，可确定出水夹点、热夹点和碳夹点的内在联系，将化工过程系统中水、热和能源的同时最小化问题分成3个步骤如图1所示：(1)运用水夹点确定出最小新鲜水用量，并运用修正的NNA算法确定出水网络：(2)由得到的水网络图，提取各物流数据，运用热夹点技术确定出最小冷热公用工程用量；(3)由热公用工程数据和二氧化碳排放目标，利用碳夹点技术，确定晟小清洁能

4、源用量和能源分配方案。本文通过对案例进行分析，同时确定了化工过程系统中最小新鲜水用量、最小废水排放量、最小公用工程以及最小清洁能源使用量。^_¨i-g．1¨Krcl4Ll。山址p“H。k【，lmhmdⅫb岫emissionpinchinchemicalprocesses．图1化工过程系统中水、热和碳夹点之间的联系2案例分析从文献【2】选取数据如表1所示。表1基础数据TablelBasicdata操作极限进口浓极限出口浓杂质负荷操作温单元度C=(mg．n)度Codme／1)M《mg／s)度州℃)12580200040225902880100)25200400080450100

5、30006055080030000506400800500090740060020007080100100050新鲜水．0．20废水-302．1确定最小新鲜水用量在文献[3】中介绍的累积流量．累积质量负荷图的夹点分析技术．根据表l数据计算出每个操作单元的极限流量R(kg／s)，分别以极限进口浓度c』。(rag／1)逐渐增加的顺序和极限出I=1浓度cj。(mgn)浓度逐渐增加的顺序对流股进行排列并分别计算累积流量和累积质量负荷埘(mg／s)，并绘制进出ra组合曲线如图2所示，通过平移出口组合曲线，直到所有进口极限点都在出口极限点的上方，并且使得出口组合曲线与进口组合曲线相切如

6、图3所示。这时得到夹点浓度为出口某一极限浓度100mg，l，平移距离为125．94，即为最小新鲜水用量125．94kg／s，2个曲线的末端的距离为废水排放量，其值为125．94kg／s。(只考虑水的回用，不考虑水再生、再生循环)。‘2．2水网络设计在文献【3】详细介绍了水网络进行设计的方法和步收稿日期：2011-10-20；修回日期：2011-12．08基金项目：华南理工大学传热强化与过程节能教育部重点实验室开放基金资助项目(KF0801)，国家自然科学基金项目(2113603)作者厦联系人简介：贾小平(1974一)·男·博士，从事过程系统工程和工业生态学研究E-mail：

7、cnjiaxp@yahooc,om∞万方数据1574·计算机与应用化学骤。但是这种方法只能保证水网络中的质量守恒和和流量守恒，不能够使整个网络的能量最小。根据修正的NNA算法分别以夹点之上和夹点之下的进出口流股进行设计，得到了夹点之上和夹点之下的水网络分配图如图4图5所示。70000r——一～——一I_]60000}：蓄昌蠡售曲线，／f望50000吕耀40000g恕30000毳2000010000050100150200250累积流量kedsFig．2Compositecurves．图2进出口组合曲线瓷g柱《删蝗滔