I2=O1= I1- D1=10 SN2 D2=(2.5-2)(135-110)=12.5
I3=O2= I2- D2=-2.5
140 160 SN1
120 140 SN2
C1
物流 热容 初始 终了 热负 标号 流率 温度 温度 荷
H1 2.0 150 60 180 H2 8.0 90 60 240 C1 2.5 20 125 262 C2 3.0 25 100 225
140 135
110
H1
Ok = Ik – Dk SN2 D2=(2.5-2)(135-110)=12.5 Ik+1 = Ok
I3=O2= I2- D2=-2.5
SN3 D3=(2.5+3-2)(110-80)=105 I4=O3= I3- D3=-107.5
SN1 SN2 SN3
SN4
C2
120 140 100 120 80 100 60 80
140
135
100 120 SN3
80 100
SN4
60 80
SN5
40 60
SN6
C2
C1
20 40
H1
110
80
50 35 30
H2
I4=O3= I3- D3=-107.5 SN4 D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135
I5=O4= I4- D4=27.5
Ok = Ik – Dk Ik+1 = Ok
7 换热网络合成
7．1 化工生产流程中换热网络的作用和意义 换热是化工生产不可缺少的单元操作过程。
在所有工艺流程中，都会有一些物流需要被 加热，而另一些物流需要被冷却。
例如，图7-1所示的乙烯裂解气甲烷化流程。
对于含有换热物流的工艺流程，将其中 需要换热的物流提取出来，就组成了换热网 络系统。
在换热网络系统中： 需要被加热的物流称为冷物流； 需要被冷却的物流称为热物流。
SN5 D5=(2.5+3)(40-25)=82.5
I6=O5= I5- D5= -55
140
135
100 120 SN3
80 100
SN4
60 80
SN5
40 60
SN6
C2
C1
20 40
H1
110
80
50 35 30
H2
I5=O4= I4- D4=27.5 SN5 D5=(2.5+3)(40-25)=82.5
T(℃)
Q(kw）
H1
2.0
150
60
180
H2
8.0
90
60
240
C1
2.5
20
125
262
C2
3.0
25
100
225
一、夹点位置的确定及其意义：
1、采用问题表格法确定夹点位置 应用前提：各物料的比热可视为常数。
问题表格法求解夹点的步骤： （1）作出问题表格：
具体作法： a、分别作出冷热两侧流体标尺，标尺 的刻度相差△Tmin。
T A
H2
E
B F
C1’
H1 D
△Tm
C
I II III
C1 Ⅳ’’ Ⅴ Ⅵ
Qc.min
QN.min QR
H
(2)Linnhoff和Flower的工作
在综合和证实Hohmann工作曲线基础上，从方 法上提出分两步走。
第一步:合成能量最优的换热网络。从热力学的 角度出发，划分温度区间和进行热平衡计算。 通过简单的代数运算就能找到能量最优解(即最 小公用工程消耗)，这就是著名的温度区间法(简 称TI法)。
冷热 标标 尺尺
140 160 120 140
100 120
80 100
60 80 40 60 20 40
△Tmin=20
b、标出冷热物流及变温方向。物流 热容 初始 终了 热负
标号 流率 温度 温度 荷
热标尺
140 160 120 140
H1 2.0 150 60 180 H2 8.0 90 60 240 C1 2.5 20 125 262 C2 3.0 25 100 225
H2
（2）对每个网格进行热量衡算
定义Dk：本网格需要的热量，或称本网格冷热 物流换热赤字（相当于输出）。显然： Dk = ∑Cpcold ( Tk – Tk+1 ) –∑Cphot (Tk’ – Tk+1’)
= (∑Cpcold - ∑Cphot ) (Tk – Tk+1 )
Ik
0 冷热均衡。
DK Dk = > 0 需外部提供热量。
典型的换热网络合成问题：
热物流H：初始温度TH初
目标温度TH终
冷物流C：初始温度TC初
目标温度TC终
已知每条物流的热容流率FCp(物流流量与热容
的乘积)，通过确定物流间的匹配关系，以使所
有的物流均达到它们的目标温度，同时使装置
成本、公用工程(外部加热和冷却介质)消耗成本 最少。
7.2.2 换热网络合成的研究
Ok
< 0 有剩余热量。
Ik
DK
Ok
Ik：外界或其它网络供给 k 网的热,输入。 Ok：k网向外部或其它网排出的热量，输出。 则： 热衡式： Ik = Ok + Dk
变形：Ok = Ik – Dk （k = 1,2…N) 同时由于各网格间联系的存在，有：
Ik+1 = Ok
计算第一个网格，由于此
Ok = Ik – Dk
物流标号
H1 H2 C1 C2
热容流率 CP(kw/℃） 2.0 8.0 2.5 3.0
初始温度 T(℃) 150 90 20 25
终了温度 T(℃) 60 60 125 100
热负荷 Q(kw） 180 240 262 225
例题物流数据
物流标号 热容流率 初始温度 终了温度 热负荷
CP(kW/℃） T(℃)
SN5 D5=(2.5+3)(40-25)=82.5 I6=O5= I5- D5= -55
SN6 D6=(2.5)(25-20)=12.5 O6= I6- D6= -67.5
I1=0 SN1 D1=(0-2)(150-145)= -10
I2=O1= I1- D1=10 SN2 D2=(2.5-2)(145-120)=12.5
I3=O2= I2- D2=-2.5
SN3 D3=(2.5+3-2)(120-90)=105 I4=O3= I3- D3=-107.5
SN4 D4=(2.5+3-2-8)(90-60)= -135 I5=O4= I4- D4=27.5
7.3 换热网络合成-夹点技术
7.3.1 第一定律分析
物流的温度发生变化时将会从外界吸收或向外 界释放热量，通过第一定律可以计算该热量值。
Q=FCp(T初-T终）
T
H2
E
H1 D
A
B
C
H
Q=FCp(T初—T终）
第一定律在计算的公式中没有考虑这个事 实，即：只有热物流温度超过冷物流一定 值时，才能把热量由热物流传到冷物流。
由于落入各温度区间的物流已考虑了温度推动 力，所以在每个温度区间内，都可以把热量从 热物流传给冷物流，即热量传递总是满足第二 定律。
T A
H2
E
B F
C1’
H1 D
△Tm
C
I II III
C1 Ⅳ’’ Ⅴ Ⅵ
Qc.min
QN.min QR
H
结合例题介绍夹点设计法
例题：某换热系统，包含的工艺物流为两个冷物 流和两个热物流，相关数据见表。指定冷、热 物流间的允许最小传热温差ΔTmin =20℃ ，请设 计一个具有最大热回收的换热网络系统
前没有其他网格，故输入
Ik+1 = Ok
视为0。
物流 热容 初始 终了 热负
标号 流率 温度 温度 荷
D1 = ∑Cpcold ( Tk – Tk＋1 ) –∑Cphot (Tk’ – Tk＋1’ )
= (∑Cpcold - ∑Cphot ) (Tk – Tk＋1 )
I1=0
H1 2.0 150 60 180 H2 8.0 90 60 240
H1 2.0 150 60 180 H2 8.0 90 60 240 C1 2.5 20 125 262 C2 3.0 25 100 225
H2
d、标出各子网格界面处的虚拟界面温度。
虚拟界面温度：指相邻两子网 格间界面处冷热流体的平均温 度。
140 SN1
120 SN2
热标尺
160 140
100 120 SN3
C1
140 135
110
80
H1
H2
I3=O2= I2- D2=-2.5 SN3 D3=(2.5+3-2)(120-90)=105
I4=O3= I3- D3=-107.5
Ok = Ik – Dk Ik+1 = Ok
SN4 D4=(2.5+3-2-8)(80-50)= -135
I5=O4= I4- D4=27.5
I6=O5= I5- D5= -55
Ok = Ik – Dk Ik+1 = Ok
SN6 D6=(2.5)(25-20)=12.5
O6= I6- D6= -67.5
140
135
100 120 SN3
80 100
SN4
60 80
SN5
40 60
SN6
C2
C1
20 40
H1
110
80
50 35 30