❖ (a)全部冷流Ⅱ由加 热公用工程加热，全 部热流Ⅰ由冷却公用 工程冷却，过程中的
❖ 第三阶段，也就是现在所处的阶段，考 虑过程系统节能，这是由于八十年代以 来过程系统工程学的发展，使人们认识 到，要把一个过程工业的工厂设计得能 耗最小、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。
❖ 因此，九十年代是过程系统节能的时代。 夹点技术已成功地应用在2500多个项目 中，在世界范围内取得了显著的节能效
果。采用这种技术对新厂设计而言，比 传统方法可节能30％～50％，节省投资 10％左右；对老厂改造而言，通常可节 能20％～35％，改造投资的回收年限一 般只有0.5～3年。
7.4 夹点的形成及其意义
❖ 7.4.1 温-焓图和复合曲线
❖ 温-焓图以温度T为纵轴，以热焓H为横轴。 热物流线的走向是从高温向低温，冷物 流线的走向是从低温向高温。物流的热 量用横坐标两点之间的距离（即焓差H） 表示，因此物流线左右平移，并不影响 其物流的温位和热量。
7 换热网络合成
7.1 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。对于一个含有换热物流的工艺流程， 将其中的换热物流提取出来，就组成了 换热网络系统，其中被加热的物流称为 冷物流，被冷却的物流称为热物流。
❖ 图7-1所示的乙烯裂解气甲烷化流程，把氢气进 料加热到310℃，以便在反应器中进行反应。 出反应器的物流先与进反应器的物流换热，以
于曲线 B的斜率；
在 T2到 T3的温区内，有三 股热流提供热量，总热量值 为(T2-T3)(A＋B＋C)=H2， 于是这段复合曲线要改变斜 率，即两个端点的纵坐标不 变，而在横轴上的距离等于 原来三股流在横轴上的距离 的叠加。即，在每一个温区 的总热量可表示为：
H i FCP (Ti Ti1 )
❖ 对于多股冷流，将它们合并成一根冷复 合曲线。下图表示了如何在温-焓图上把 三股热流合并成一根复合曲线。
设有三股热流，其热
容流率分别为A、B、 C（kw/℃），其温位 分别为（T1T3）、 （T2 T4）、（T2 T5），在T1到T2温度 区间，只有一股热流
提供热量，热量值为
（T1-T2）B=H1，所 以这段曲线的斜率等
❖ 这样就可以用温-焓图上的一条直线表示一股热 流被冷却或一股冷流被加热的过程。 FCp值越 大，T－H图上的线越平缓。
T
TS
T
TT
TT
TS
Q
H
（a）一股热流被冷却
QH （b）一股冷流被加热
❖ 在过程工业的生产系统中，通常总是有 若干冷物流需要被加热，而又有另外若 干热物流需要被冷却。
❖ 对于多股热流，将它们合并成一根热复 合曲线；
❖ 第一步是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找到能量最优解，这就是 著名的温度区间法。
❖ 第二步是对能量最优解进行调优。通过一些调 优法则，在少增加或不增加公用工程消耗的情 况下，减少系统的换热单元数，使网络设计向 操作和投资总费用最小的方向调整。
7.2 换热网络合成问题
7.2.1换热网络合成问题的描述
❖ 一组需要冷却的热物流H和一组需要加热 的冷物流C；
❖ 每条物流的热容流率FCp； ❖ 热物流从初始温度TH初冷却到目标TH终； ❖ 冷物流从初始温度TC初加热到目标温度TC终。 ❖ 通过确定物流间的匹配关系，使所有的物
流均达到它们的目标温度，同时使装置成 本、公用工程消耗成本最少。
便回收热量，然后继续冷却，以完成气、液相 的分离。
❖ 换热网络的消耗代价来自三个方面：
换热单元（设备）数；传热面积；公 Nhomakorabea工程消耗。
❖ 换热网络合成追求的目标，是使这三方 面的消耗都为最小值。实际生产装置很 难达到这一目标。通常，最小公用工程 消耗意味着较多的换热单元数，而较少 的换热单元数又需要较大的换热面积。 实际进行换热网络设计时，需要在某方 面做出牺牲，以获得一个折衷的方案。
j
式中j为第i温区的物流数
❖ 照此方法，就可 形成每个温区的 线段，使原来的 三条曲线合成一 条复合曲线，如 图 所示。以同样
的方法，也可将 多股冷流在温-焓 图上合并成一根 冷复合曲线。
7.2.4 夹点的形成
❖ 当有多股热流和多股冷流进行换热时，可将 所有的热流合并成一根热复合曲线，所有的 冷流合并成一根冷复合曲线，然后将两者一 起表示在温-焓图上。在温-焓图上，冷、热 复合曲线的相对位置有三种不同的情况，如 下图所示。
（3）夹点（Pinch Point也译为狭点，窄 点）概念以及夹点设计法的建立。 Linnhoff继温度区间法之后提出了夹点 的概念，最后发展了一套夹点设计法。
（4）人工智能方法的建立。从20世纪80年代 起，随着人工智能研究的发展，人工智能技 术也被应用到换热网络合成领域，如专家系 统模型，神经网络模型、遗传算法模型等。
7.2.2 换热网络合成的研究主要经历
（1）Hohmann的开创性工作的意义在于 从理论上导出了换热网络的两个理想状：
❖ 在温焓图上进行过程物流的热复合，找 到了换热网络的能量最优解，即最小公 用消耗。
❖ 提出了换热网络最少换热单元数的计算 公式。 从而为换热网络设计指明了方向。
(2）Linnhoff和 Flower在Hohmann的基础上， 从方法上提出分两步走。
❖ 当一股物流吸入或放出dQ热量时，其温 度发生dT的变化，则dQ=FCp·dT 式中，FCp为热容流率，单位为kw／ºC。
热容流率是质量流率与定压比热的乘积。
如果把一股物流从供给温度Ts加热或冷 却至目标温度TT，则所传的总热量为:
Q TT FCp.dT TS
若热容流率FCp可作为常数，则
Q=FCp（TT-TS）=H
7.3 换热网络合成---夹点技术
节能工作的发展经历了这样几个过程：
❖ 第一阶段，属于捡浮财的阶段，主要表 现在回收余热，但在此阶段所着眼的只 是单个的余热流，而不是整个的热回收 系统；
❖ 第二阶段，考虑单个设备的节能，例如 将蒸发设备从双效改为三效，采用热泵 装置，减少精馏塔的回流比，强化换热 器的传热，等等；