能源是国民经济持续健康发展的重要保障,我国的能源人均拥有量较低,且年消耗量大,利用效率与发达国家相比差距很大,这些严重地束缚了国民经济的正常发展,节能已经是迫在眉睫。针对耗能最多的过程工业,比如石油、化工、化肥、冶金、电力、轻工等耗能大户,需要采用合理的能量利用方式,降低能耗,提高能量利用率,从而降低单位产品的成本,提高市场竞争能力。而作为上述过程工业中能量密集程度很高的换热网络,如果能有效的降低其能耗,则会对全局能量的合理使用,产生积极的影响。 针对上述节能问题,过程综合与集成在近二、三十年来得到了广泛的发展,成为当今工程节能中的主要手段。该方法的运用领域现已涉及反应器网络的综合、分离过程的综合、换热网络的综合、公用工程系统的综合以及全流程系统的综合。 本论文的研究领域为换热网络的综合,利用该方法,首先对整个系统进行用能的分析及调优,确定整个换热网络的最佳流程结构,在满足过程物流工艺要求的基础上,使它具有最少的设备投资费用和操作费用。 换热网络自提出到现在,诸多学者在换热网络综合优化问题上进行了深入的研究,已经总结了不少综合求解方法,这些方法应用于工程实际,取得了显著的经济效益。对换热网络领域的研究,到目前为止主要包括以下几方面:换热网络的最优合成、换热网络的弹性及可操作性分析与设计、换热网络的结构调优等。而采用的方法,概括起来可以分为:夹点技术法,数学规划法,热力学分析法、遗传算法,人工智能技术。本论文对这几种方法的发展历程进行了概述。其中夹点技术是发展相对成熟的技术,它是以热力学为基础,从宏观的角度分析过程系统中能量沿温度的分布,从中发现制约系统用能的瓶颈。这种方法是由Linnhoff在1978年提出的,指出了换热网络中的温度夹点问题,以及夹点限制了换热网络可能达到的最大热回收。1982—1983年间,Linnhoff比较系统地论述了用于换热网络综合的夹点技术,