什么是换热网络？

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，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。

换热的目的不仅是为了使物流温度满足工艺要求，而且也是为了回收过程余热，减少公用工程消耗。基于这种思想进行的换热网络设计称为换热网络合成。换热网络合成的任务， 是确定换热物流的合理匹配方式，从而以最小的消耗代价，获得最大的能量利用效益 。

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、公用工程消耗 。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，以获得一个折中，也就是“最优化”的方案。这又涉及到最优化的问题了，就不扯那么远了，有兴趣的同学去看看《化工过程分析与合成》

如何进行换热网络合成？

在进行化工设计中，换热网络设计是必不可少的一部分，同时也是占分比较大的一部分，换热网络一般来说都是使用夹点技术进行分析。换热网络设计的目的就是节能能量与费用，要达到两个目标：一是换热设备数最少，二是公用工程消耗量最少。

一些理论知识这里就不多说了，自己可以去了解和学习

夹点的意义就是换热网络中的一个能量限制点，夹点之上需要从外部获取热量，而不向外部提供任何热量，即需要加热器；夹点之下可以向外部提供热量，而不需要从外部获取热量，即需要冷却器。

流股数据导入AEA

要进行换热网络合成，就先要把全流程模拟中的换热流股提取出来，导入到AEA中

这里的前提是全流程已经可以稳定跑通，包含公用工程的设置，已经完成了塔参数优化，这个时候的换热网络就是改造前的方案，务必要保留，因为最后要做一个对比

在全流程正确运行之后，打开能量分析按钮，分析完毕之后进入能量分析界面：

保证框选的地方全部为正确无错误，然后点上方的详细按钮

如果有警告或者错误，检查公用工程的设置是否正确，换热器设置是否正确

点击详细按钮之后点击是，会自动打开AEA软件并导入所有的流股信息，如图所示：

中间这花花绿绿的线就是所有的换热流股换热方案，蓝色的小球为冷却器，红色的小球为加热器，如果有黄色的小球，那就是不可用换热器，就说明这个换热器有问题，需要修改

左边的就是换热方案管理器，下面的是一些换热方案的数据和操作按钮

这就是我们导入到AEA的初始方案，可以看到他的图标是无色的，上面那个自定义方案的图标是黄色的，无色代表方案可用，黄色代表方案不可用

如果我们遇到刚导入到AEA的方案就是黄色的，那么说明你的公用工程有些地方设置的不正确，可以尝试去修改一下然后重新导入

这里要注意一下，每次Aspen进行能量分析的时候，会在源文件的文件夹里生成一大堆乱七八糟的缓存文件，如果要重置运行，建议全部删掉缓存，只留一个bkp文件，保证缓存不会影响后续的计算结果

分析组合曲线

那么什么是组合曲线呢？冷物流或热物流的热量与温差的关系可以用温焓图上的一条曲线表示，称之组合曲线

温焓图上的焓值是相对的。基准点可以任何选取。对于热物流，取所有热物流中最低温度 T 设在 T 时的 H=H(H0) 以此作为焓基准点。从 T 开始向高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对 T 作图，得到热物流的组合曲线。对于冷物流，取所有冷物流中最低温度 T 设在 T 时的 H=H(C0)， H(C0)>H(H0) 以此作为焓基准点。从 T 开始向高温区移动，计算每一个温区的积累焓，用积累焓对 T 作图，得到冷物流的组合曲线。这些都是理论，当然不需要你去自己作图，AEA会给你画好

由于温焓图上的 H 值为相对值，因此曲线可以沿 H 轴平移而不会改变换热量。基于这一特点，可以用 温焓图来描述夹点。将冷物流的组合曲线沿 H 轴向左平移，这时两条曲线之间的垂直距离随曲线的移动而逐渐减小，也就是说传热温差 △T 逐渐减小，当两条曲线的垂直最小距离等于最小允许传热温差 △Tmin 时 就达到了实际可行的极限位置 。这个极限位置的几何意义就是冷 、 热物流组合曲线间垂直距离最小的位置，这个最窄的位置就是夹点

点击方案文件夹，就会跳转到组合曲线上

两条曲线端点的水平差值分别代表最小冷、热公用工程，以及最大热回收量（即最大换热量）。

图中冷热曲线最接近的这个位置的物理意义表示为一个热力学限制点。这一点限制了冷、热物流进一步作热交换，使冷、热公用工程都达到了最小值，即就是夹点，这时物流间的匹配满足能量利用最优的要求

组合曲线中可以看到有一些平台区，就是曲线为横直线的部分，节能就主要是尽可能消除平台区或者减小平台区

鼠标放到曲线的相对应位置上，会显示出这是哪个流股，然后就可以去做节能措施了

节能措施包括热泵精馏（最常用，几乎必用）、双效精馏、内部热耦合、隔壁塔等

换热网络推荐

节能措施做完之后，就可以进行换热方案推荐与改造了，即就是流股间换热

打开做完节能措施的全流程模拟，流股数据导入AEA，查看组合曲线，看看前后的变化，并保留对比，写文档和制作PPT可能要用到

接下来分析最小传热温差，使用的是总费用与最小传热温差曲线，目的是让总设备和公用工程的费用最小

在组合曲线界面点击这个进入费用曲线

点击这个开始计算

计算之后如果发现曲线过于“挤”，看不清最小温度，可以通过如下设置更改横坐标：

第一行为最低温度，必须大于零，第二行为最高温度，第三行为每个点的温度区间，根据自己的曲线去设置

图中我第一二行设置反了，所以软件无法运行

更改坐标之后，曲线就很清晰了，可以看到费用最小时，最合适的温度区间为14摄氏度，那么就要去设置一下，就在界面的左下角：

一般来说默认是10度，而且根据经验值，这个温度区间不能低于8度，所以取值不对的同学们要注意哦

那么夹点温度在哪看呢，在总组合曲线中：

夹点温度就是总组合曲线中与纵坐标相交的点，也就是能量限制为0的点

如果你的夹点不止一个，或者夹点温度很离谱，那么就要注意了，要进行修改公用工程和流程

接下来就是推荐换热方案了

左边一栏中就是参与换热网络合成的冷热流股，旁边的数字是每一个流股匹配的分支数，一般来说越少越好，推荐都改成1，右上角的数字是推荐的方案数，默认即可，设置完成之后点击Solve进行运算

可以看到，推荐出来的方案图标都是黄色的，不可用状态，那么接下来就到本文的重点了，怎么改造推荐方案让他可用

改造不可用方案

右键一个不可用的方案，进入改造模式

可以发现此时方案已经变为可用，同时有一个提示的弹窗，不用管它，关掉即可

如果后续确实需要自己去手动调整某个方案，那么直接点击这个弹窗里的Enter就可以进入改造模式了

同理，将所有的不可用方案改成可用，在这个改造过程中，很多数据会发生变化，所以在对比推荐方案之前要把需要对比的方案都进行改造之后才可以

需要注意的是，这个方法属于奇技淫巧，它的正确性和合理性有待考究，所以如果通过修改流程和公用工程无法使方案可用，实在没有办法了，可以考虑使用本方法

那么改造前后发生了什么变化呢首先是公用工程数据：

前 后

还有就是换热器的换热面积（黄色不可用状态的）：

前 后

loop回路问题

在换热网络设计中，往往在自动推荐的方案中有loop回路，这个必须要消除，不然可能会扣分，而且答辩的时候老师也可能会问道

那么什么是loop回路呢，就是在两个流股间不止有一台换热器进行换热，也就是换热器冗余了，需要消除，两条流股间进行多次换热，虽然能量利用率高，但是设备和操作费用更高，一般在实际工业中需要消除loop回路

查看换热方案有没有loop回路很简单，直接在换热网络界面鼠标右键：

就表示这个方案中有这么多回路

例如这个就是一个loop回路，一般来说，消除loop回路的最简单最直接的办法就是直接删除一台换热器即可，但是很多时候，删除了一台换热器会导致流股变成虚线，换热量不优，如图所示，我删掉了右边那个换热器：

这个时候双击变化的换热器：

然后勾选进出口温度固定，虚线即可变成实线

如果在这个过程中换热器由绿色变成了红色，或者出现了更多的虚线，或者双击之后发现换热器的进出口温度已经固定，那么就需要自己手动去调整换热器，或者更改公用工程，这是一个非常麻烦的事情，所以在打流程和设置公用工程的时候一定要确定、谨慎、合理。

总结

除了自动推荐方案之外还可以自己手动设计换热方案，也就是自己去手动连接小球，设计一些换热器，创建流股分支，这里就不细说了，可以去自己了解学习一下

换热网络设计真的很费时费力，而且需要极大的耐心，请务必照顾好做换热网络设计的队友，防止他暴走~

我是乙醇，本文就到这里，如果有什么错误请批评指正，请轻点喷~