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8.2.1 分离序列的基本概念

经验规则 分离方法的优先规则：优先考虑采用能量分离的方法。 有关分离组分特性的规则：首先分离具有易爆、强腐蚀、 剧毒等危险性较大的组分，最后分离难于分离的组分。 分离次序经济性规则：避免大流量反复蒸发、冷凝，优 先分离大量的组分；节约总能耗，塔顶、塔底产物的摩 尔流量越接近越好，同时要考虑切割点的关键组分具有 合理的相对挥发度，故以易分离系数或分离难度系数为 判据指标进行初步筛选。
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8.3.3 以能量回收最优为目标的换热 网络合成方法

例
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8.3.3 以能量回收最优为目标的换热 网络合成方法

换热网络合成结果
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ห้องสมุดไป่ตู้
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8.2 分离序列的合成
8.2.1 分离序列的基本概念 分离序列 将输入的多组分原料分离成某些既定组成的产品的分 离排序。 目的：在分离单元本身最优的前提下寻找分离总费用 最低的分离排序——最优的分离序列。 锐分离器与组分排列 锐分离器：只有一股进料，两股出料，且每种组分只 在一股出料中出现的分离器。 组分排列：把组分按分离方法中的关键物性的数值以 大小次序排列起来的组分。例如：蒸馏操作——沸点； 精馏——相对挥发度或沸点；萃取——溶解度。 目的：有助于相邻组分间识别可能存在的锐分离。

问题表格法步骤： 建立温度区间：根据系统流股的进出口温度按递降次 序建立温度区间，需将热流的温度降低ΔTmin/2，将冷 流温度升高ΔTmin／2作为区间的边界温度。 各温度区间作热量衡算：确定这一区间内是有热量多 余还是需要补充热量。 系统作总热量衡算和确定最小公用工程消耗。根据某 区间多余的热量只能供给下一个（低温）区间，而不 能供给上一个（高温）区间的原则，对系统进行总体 热量衡算，以确定需要从外界（公用工程）输入的热 量。
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8.2.3 调优法合成分离序列

方法： 把前后两个相邻分离器的切割点位置对调，产生新的分 离序列； 用另一种允许的分离方法替代目前所用的分离方法，从 而产生新的分离序列。 优先使用第1条，直到用第1条不能产生新的分离序列时 才能用第2条。
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8.3.3 以能量回收最优为目标的换热 网络合成方法


设计原则： 不应有跨挟点的热量传递。 以挟点为界，其上不设外冷却器，其下不设外加热器。 设计换热网络应从挟点开始向上、下两个方向进行。 冷热流股匹配原则： 原则1：热流股与匹配的冷流股必须满足CP热≤CP冷，以 避免引起传热温差小于ΔTmin。此处CP。＞ CP；而CP。 M CP卜故应与冷流股3）匹配。 原则2：使匹配流股其中一股的热量用尽，可能的话首先 用尽热流股的热量。
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8.2.1 分离序列的基本概念
分 离序列数 有N种组分进料分离成N个纯组分的分离，用P种分离方法的 分离序列数Z为： 2N 1! N 1 Z P N!N 1!

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FD FD FB
F F D B 1 FD FB

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合成策略和主要步骤： 明确分离要求，表达分离问题，确定目标函数。 根据分离要求，列出分离问题所包含的分离子问题。 按每级分离子问题均为最佳分离子问题的原则导出基本分 离序列。 用简便不失真目标函数计算基本分离序列的目标函数值。 设定初选目标函数上界。用目标函数值乘以一个安全系数， 可取1.05～1.10。 逐步画出可能的分离序列树。分枝并搜索最优分离序列， 舍去目标函数值大于上界的分枝及其下属分离序列，最后 留下少数几个最具竞争力的分离序列。 用严格精确的目标函数计算方法计算这几个最具竞争力的 分离序列的目标函数，比较可得到最优分离序列。
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8.2.1 分离序列的基本概念

易分离系数： C ES f
FD / FB , 当FD FB时 f FB / FD , 当FD FB时 分离难度系数： ( - 1) 100

C DS N min
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8.1 过程合成的基本概念

目的：从大量的可行方案中挑选一个或几个最优 或次优的方案。 一般过程合成步骤：
确定研究对象的描述方法和目标——描述问题；
建立评价过程系统的目标函数——评价方法；
将过程系统视为若干相互关联的子系统的组合——分
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8.3.4 以节能与设备投资为综合目标 的换热网络合成

能合并的设备进行合并
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8.3.5 流股分割换热器网络合成方法

在不能满足挟点匹配时用此法，将流 股分割成几股。
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8.1 过程合成的基本概念

调优合成法步骤： 首先找到或构造一个化工流程的初始方案作为新系统合 成的出发点； 建立评价该化工流程的目标函数； 寻找该初始方案中对系统经济性最不利的那些单元或子 系统，并对这些单元或子系统进行改进和优化。 将已改进的单元和子系统与初始方案中的其余部分重新 连接起来，构造成一个改进的新流程； 计算新流程的目标函数，判别是否优于本次改进前的流 程，如是，则以新流程作为以后比较的基准，重复以上 步骤直至找不到更好的流程为止。
8.2.2 分支定界法合成分离序列
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8.2.2 分支定界法合成分离序列
例8.1 六组分混合物的分离序列合成。 总流量为 678kmol/h，压力为 55.2kPa，进料温度为 53.9℃，要求分离成A、C、F、BDE四个组分，允许的分离方 法有两种：普通精馏分离和萃取精馏。试求最优分离序列。
8.3.2 基本概念
多股热流、多股冷流的组合T－H图。 平移曲线不改变曲线性能，故多流股组合为折线。

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8.3.2 基本概念

冷热组合折线确定挟点和最小公用工程用量
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8.3.2 基本概念
P! M N !( P N ) ! 可能方案的总数：
N P
N max
P! M N min N min N!( P N ) !
N P
16
N max
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8.3.2 基本概念

T-H图
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过程系统分析和过程系统合成是化工设计的两大主 要手段。 考虑两个方面问题：
如何选择最佳的单元操作设备；
如何优化组织各种单元操作构成最佳工艺路线。

研究内容：主要包括反应路径的合成、分离序列的 合成、反应器网络的合成、换热网络的合成、公用 工程系统的合成、资源分配网络的合成、生产全流 程的合成以及控制系统的合成等。
当网络的热回收量一定时，不同结构的换热网络
的总面积相差不大。因此，换热器个数成为影啊 网络设备费用的关键因素。 Nmin=Nh＋Nc＋Nuh＋Nuc＋L-S Nmin最小换热器个数；L一次换热不能剔除流股的 次数；S一次换热剔除两股流股的次数；Nh为热 流股数；Nc为冷流股数；Nuh，Nuc分别为公用工 程热、冷流股数。
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8.3.2 基本概念

问题表格法——例
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8.3.2 基本概念

ΔTmin的选择
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8.3.2 基本概念

最小换热器个数的确定
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8.3.2 基本概念

用图解法求挟点及最小公用工程用量 传热温差为ΔTmin处称为挟点，其含义是该处的温度差 限制了进一步的换热。在挟点处的热流温度称为热端温度， 冷流温度称为冷端温度， ΔTmin二分之一处的温度称为挟 点温度。
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8.2.1 分离序列的基本概念

分离子问题——实际分离单元
计算分离子问题数的通式：