基于状态空间超级结构的多流股换热网络最优设计-论文.pdf

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1、第65卷第6期化工学报Vl01．65NO．62014年6月CIESCJournalJune2014研究论文)：3)30：j3]3，j’基于状态空间超级结构的多流股换热网络最优设计李永强，王兵，一，邹雄，董宏光，姚平经(0大连理工大学化工学院，辽宁大连116024：中国石油天然气股份有限公司炼油与化工分公司，北京100007)摘要：多流股换热器以其结构紧凑、高效低耗等特点，成为过程强化研究的热门领域，但对于多流股换热的过程与设备优势所在仍然值得商榷。基于多流股换热匹配改进状态空间超级结构，将多流股换热网络综合转化为超级换热器设计。首先，构造级联多流股换热器匹配过程操作算子，通过相

2、邻换热流股匹配，传递温位效应，实现多流股间传热严格计算；借助热容流率混合分配机制，实现各流股间任意分混操作。然后，考虑散热因素，改进目标函数，引入冷热损失和保温材料费用项，清晰体现多流股换热器因换热面互相覆盖而带来的外表面封包优势。进而，建立相应非线性数学规划模型，实现公用工程、设备投资、冷热损耗同步优化。最终，通过文献示例对所提方法可行性与优越性进行验证。关键词：传热；多流股换热器；状态空间超级结构；模型；优化设计；系统工程DOI：10．3969~．issn．0438-1157．2014．06．028中图分类号：TQ021．8文献标志码：A文章编号：0438一l157(201

3、4)O6—2156—09OptimaldesignofmultistreamheatexchangernetworkbasedonstatespacesuperstructureLIYongqiang，WANGBing，一，ZOUXiong，DONGHongguang，YAOPingjing(SchoolofChemicalEngineering，DalianUniversityofTechnology，Dalian116024，Liaoning，ChinaRefiningandChemicalsCompany，PetroChina，Beijing100007，China)Ab

4、stract：Multistreamheatexchanger(MHEX)hasattractedattentionintheprocessintensificationfieldwithitscompactstructure，higheficiencyandlowheatloss．However,thepotentialadvantagesofitsprocessandequipmentarestillworthdiscussing．AnimprovedState—spacesuperstructurebasedonMHEXsprocessoperator(PO)waspro

5、posedtoconvertthenetworksynthesisintoasuper-exchangerdesign．HierarchymatchingMHEXsPOwasconstructed，andthestrictheattransfercalculationamongmultiplestreamswasimplementedthroughtemperatm'ecoordinatedefectbetweenadjacentstreams．Arbitrarysplitingandmixingofanystreamwasachievedbycorrespondingmixe

6、rsandsplitersindistributionnetwork(DN)．TheobjectivefunctionwasamelioratedbytakingheatlOSSintoconsideration．ThroughintroducingthecostofheatlOSSandthermalinsulationmaterial，theexternalsurfaceenvelopeadvantageofMHEXwaspresentedclearlyowingtocoveragebetweenadjacentheat—transfersurfaces．Then，acor

7、respondingnonlinearprogramming(NLP)mathematicalmodelwasformulatedforgeneratingtheoptimaldesignofMHEXsnetworkwhilesynthesizingtheutilities，equipmentinvestment，heatlossandthermalinsulationmaterialsimultaneously．Atlast，fourcasestudieswereperformedtove