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系統識別號 U0002-2206200521490000
中文論文名稱 製程整合與能源節約技術在低溫程序上之應用
英文論文名稱 Process Integration with Application to Energy-Conserving Technology in the Cold-Temperature Processes
校院名稱 淡江大學
系所名稱(中) 化學工程與材料工程學系碩士班
系所名稱(英) Department of Chemical and Materials Engineering
學年度 93
學期 2
出版年 94
研究生中文姓名 吳承鴻
研究生英文姓名 Cheng-Hung Wu
學號 692360802
學位類別 碩士
語文別 中文
口試日期 2005-06-17
論文頁數 155頁
口試委員 指導教授-陳錫仁
委員-張志雄
委員-張煖
中文關鍵字 狹點分析  換熱器網路合成  熱能整合  空氣分離  氯丙烯製程 
英文關鍵字 Pinch Analysis  HEN Synthesis  Heat Integration  Air separation  Allyl Chloride Process 
學科別分類
中文摘要 本研究基於換熱器網路的設計程序,針對冷、熱物流之間的熱交換探討最適化的熱能回收與熱能整合。「狹點技術」乃熱量傳輸操作重要的一環,應含下列四項步驟︰1.數據擷取;2.狹點分析;3.換熱器網路合成;4.換熱器網路組態設計。本文以「空氣分離製造氧氣、氮氣、氬氣」與「丙烯與氯反應合成氯丙烯」之程序案例,析論製程整合與能源節約技術在低溫程序上之應用。
本研究採用AspenPlus 與SuperTarget兩套程序軟體進行分析,首先從AspenPlus程序模擬中,擷取換熱器冷熱物流的資料與T-Q(溫度-熱焓)數據,其次利用SuperTarget,建立冷、熱流複合曲線圖與網格圖,最後依照狹點技術的經驗法則(Heuristics)完成空氣分離製程與氯丙烯製程之程序節能研究。
英文摘要 On the basis of the heat exchanger network design process, this research focuses on the analysis of the heat exchange between the cold and the hot streams, associated with their optimal heat recovery and heat integration.
Pinch technology is one of the important issues of heat transfer operation. It consists of the following four main steps:
1.data extraction;
2.pinch analysis;
3.heat exchanger network synthesis; and
4.network configuration design.
This research deals with the process integration with application to energy-conserving technology in two different cold-temperature processes. They are (1) cryogenic air separation producing oxygen, nitrogen and argon; and (2) allyl chloride production via the chlorination of propylene and chlorine.
AspenPlus and SuperTarget were used in this study. Firstly, the cold and hot stream data and heat exchanger T-Q (temperature versus duty) data were extracted from the AspenPlus process simulation. Secondly, the composite curve diagram and the grid diagram were produced from the SuperTarget. Finally, by using the heuristics of pinch technology, we were able to complete the design for these two case studies.
論文目次 中文摘要 Ⅰ
英文摘要 Ⅱ
致謝 Ⅲ
目錄 Ⅳ
圖目錄 Ⅵ
表目錄 Ⅹ
第一章 緒論 1
1-1 前言 1
1-2 研究目的與方法 2
第二章 文獻回顧與理論基礎 4
2-1 文獻回顧 4
2-2 狹點技術 6
2-2-1 數據擷取 7
2-2-2 狹點分析 10
2-2-3 換熱器網路合成 13
2-2-4 換熱器網路組態設計 15
2-3 範例設計 15
2-3-1 數據擷取 15
2-3-2 狹點分析 18
2-3-3 換熱器網路合成 27
2-3-4 換熱器網路組態設計 27
2-4 Aspen Plus模擬軟體簡介 27
2-5 SuperTarget換熱器網路設計軟體簡介 28
2-6 製程模擬之架構與步驟 29
第三章 空氣分離製程之模擬分析與換熱器網路設計 37
3-1 前言 37
3-2 空氣分離製程描述 38
3-3 空氣分離製程之程序模擬 39
3-4 狹點技術在空氣分離製程熱能整合上之應用 43
3-4-1 數據資料之擷取 43
3-4-2 狹點分析 43
3-4-3 換熱器網路合成 66
3-4-4 換熱器網路組態設計 70
第四章 氯丙烯製程之模擬分析與換熱器網路設計 94
4-1 前言 94
4-2 氯丙烯製程描述 94
4-3 氯丙烯製程之程序模擬 97
4-4 狹點技術在空氣分離製程熱能整合上之應用 102
4-4-1 數據資料之擷取 102
4-4-2 狹點分析 102
4-4-3 換熱器網路之合成 122
4-4-4 換熱器網路組態設計 122
第五章 結果與討論 146
符號表 149
參考文獻 150
附錄A 稀有氣體物理性質 152
附錄B 稀有氣體資料 153

圖目錄
圖1-1 製程分析步驟3
圖2-1 狹點理論中所謂的最小耗能目標8
圖2-2 線性化分段示意圖9
圖2-3 單成分系統之相變化圖(假設△T=1 ℃) 11
圖2-4 最佳操作點之示意圖11
圖2-5 未經熱能整合前之範例製程流程圖16
圖2-6 熱複合曲線建立示意圖20
圖2-7 冷複合曲線建立示意圖22
圖2-8 範例製程之冷熱複合曲線24
圖2-9 範例製程之總複合曲線25
圖2-10 範例製程未經換熱器配對前(△Tmin=5℃) 26
圖2-11 熱能整合(△Tmin=5℃)後之換熱器網路合成網格圖30
圖2-12 熱能整合(△Tmin=10℃)後之換熱器網路合成網格圖31
圖2-13 熱能整合(△Tmin=15℃)後之換熱器網路合成網格圖32
圖2-14 熱能整合(△Tmin=20℃)後之換熱器網路合成網格圖33
圖2-15 熱能整合(△Tmin=10℃)後之範例製程最後組態圖35
圖2-16 製程模擬之架構與步驟圖36
圖3-1 空氣分離製程之BFD 圖40
圖3-2 空氣超低溫分離系統的程序流程圖41
圖3-3 Aspen Plus 模擬空氣分離製程流程圖42
圖3-4 空氣分離製程中換熱器E-101 之T-Q 圖49
圖3-5 空氣分離製程中換熱器E-102 之T-Q 圖49
圖3-6 空氣分離製程中換熱器E-103 之T-Q 圖50
圖3-7 空氣分離製程中蒸餾塔T-101 再沸器(E-104)T-Q 圖50
圖3-8 空氣分離製程中蒸餾塔T-101 之冷凝器(E-105)T-Q 圖51
圖3-9 空氣分離製程中換熱器E-106 之T-Q 圖51
圖3-10 空氣分離製程中蒸餾塔T-101 之再沸器(E-107)T-Q 圖52
圖3-11 空氣分離製程中換熱器E-108 之T-Q 圖52
圖3-12 空氣分離製程中換熱器E-109 之T-Q 圖53
圖3-13 空氣分離製程中蒸餾塔T-201 之冷凝器(E-201)T-Q 圖53
圖3-14 空氣分離製程中蒸餾塔T-201 之再沸器(E-202)T-Q 圖54
圖3-15 空氣分離製程中蒸餾塔T-202 之冷凝器(E-203)T-Q 圖54
圖3-16 空氣分離製程中蒸餾塔T-202 之再沸器(E-204)T-Q 圖55
圖3-17 空氣分離製程中換熱器E-205 之T-Q 圖55
圖3-18 空氣分離製程中換熱器E-206 之T-Q 圖56
圖3-19 空氣分離製程中換熱器E-207 之T-Q 圖 56
圖3-20 空氣分離製程中換熱器E-208 之T-Q 圖57
圖3-21 空氣分離製程中蒸餾塔T-203 之再沸器(E-209)T-Q 圖57
圖3-22 空氣分離製程中蒸餾塔T-203 之冷凝器(E-210)T-Q 圖58
圖3-23 △Tmin=3℃時,空氣分離製程之冷、熱複合曲線61
圖3-24 △Tmin=5℃時,空氣分離製程之冷、熱複合曲線62
圖3-25 △Tmin=7℃時,空氣分離製程之冷、熱複合曲線63
圖3-26 △Tmin=10℃時,空氣分離製程之冷、熱複合曲線64
圖3-27 △Tmin=15℃時,空氣分離製程之冷、熱複合曲線65
圖3-28 熱能整合後(△Tmin=3℃)之空氣分離製程換熱器網路合成
網格圖71
圖3-29 熱能整合後(△Tmin=5℃)之空氣分離製程換熱器網路合成
網格圖72
圖3-30 熱能整合後( △Tmin=7℃)之空氣分離製程換熱器網路合成網格圖73
圖3-31 熱能整合後(△Tmin=10℃)之空氣分離製程換熱器網路合
成網格圖74
圖3-32 熱能整合後(△Tmin=15℃)之空氣分離製程換熱器網路合
成網格圖75
圖3-33 熱能整合(△Tmin=5℃)後之空氣分離製程最後組態圖.. 93
圖4-1 氯丙烯製程之BFD 圖99
圖4-2 氯丙烯生產製造系統的程序流程圖100
圖4-3 Aspen Plus 模擬氯丙烯製程流程圖101
圖4-4 氯丙烯製程其燃燒爐H-601 之T-Q 圖107
圖4-5 氯丙烯製程其廢熱鍋爐E-602 之T-Q 圖107
圖4-6 氯丙烯製程其換熱器E-603 之T-Q 圖108
圖4-7 氯丙烯製程其換熱器E-604 之T-Q 圖108
圖4-8 氯丙烯製程其蒸餾塔T-601 之再沸器(E-605)T-Q 圖109
圖4-9 氯丙烯製程其蒸餾塔T-601 之冷凝器(E-606)T-Q 圖109
圖4-10 氯丙烯製程其換熱器E-607 之T-Q 圖110
圖4-11 氯丙烯製程其換熱器E-608 之T-Q 圖110
圖4-12 氯丙烯製程其換熱器E-609 之T-Q 圖111
圖4-13 氯丙烯製程其蒸餾塔T-603 之再沸器(E-610)T-Q 圖111
圖4-14 氯丙烯製程其蒸餾塔T-603 之冷凝器(E-611)T-Q 圖112
圖4-15 氯丙烯製程其蒸餾塔T-604 之再沸器(E-612)T-Q 圖112
圖4-16 氯丙烯製程其蒸餾塔T-604 之冷凝器(E-613)T-Q 圖113
圖4-17 氯丙烯製程其蒸餾塔T-605 之再沸器(E-614)T-Q 圖113
圖4-18 氯丙烯製程其蒸餾塔T-605 之冷凝器(E-615)T-Q 圖114
圖4-19 △Tmin=3℃時,氯丙烯製程之冷、熱複合曲線117
圖4-20 △Tmin=5℃時,氯丙烯製程之冷、熱複合曲線118
圖4-21 △Tmin=7℃時,氯丙烯製程之冷、熱複合曲線119
圖4-22 △Tmin=10℃時,氯丙烯製程之冷、熱複合曲線120
圖4-23 △Tmin=15℃時,氯丙烯製程之冷、熱複合曲線121
圖4-24 熱能整合後(△Tmin=3℃)之氯丙烯製程換熱器網路合成網
格圖123
圖4-25 熱能整合後(△Tmin=5℃)之氯丙烯製程換熱器網路合成網
格圖124
圖4-26 熱能整合後(△Tmin=7℃)之氯丙烯製程換熱器網路合成網
格圖125
圖4-27 熱能整合後(△Tmin=10℃)之氯丙烯製程換熱器網路合成
網格圖126
圖4-28 熱能整合後(△Tmin=15℃)之氯丙烯製程換熱器網路合成
網格圖127
圖4-29 熱能整合(△Tmin=7℃)後之氯丙烯製程最後組態圖.... 143

表目錄
表2-1 範例製程之冷熱物流資料表17
表2-2 範例之熱物流在各區間內之熱含量計算21
表2-3 範例之冷物流在各區間內之熱含量計算23
表2-4 範例製程之不同的最小趨近溫度比較表34
表3-1 空氣分離製程之物流資料表45
表3-2 製程之冷熱物流資料表59
表3-3 空氣分離製程在△Tmin=3℃時、換熱器網路整合資料76
表3-4 空氣分離製程在△Tmin=5℃時、換熱器網路整合資料79
表3-5 空氣分離製程在△Tmin=7℃時、換熱器網路整合資料82
表3-6 空氣分離製程在△Tmin=10℃時、換熱器網路整合資料85
表3-7 空氣分離製程在△Tmin=15℃時、換熱器網路整合資料88
表3-8 整合前各換熱器使用公用設施之種類91
表3-9 整合後各換熱器使用公用設施之種類91
表3-10 空氣分離製程之不同的最小趨近溫度之冷熱公用設施與換
熱器面積比較表92
表4-1 氯丙烯製程之物流資料表104
表4-2 製程之冷熱物流資料表115
表4-3 氯丙烯製程在△Tmin=3℃時、換熱器網路整合資料128
表4-4 氯丙烯製程在△Tmin=5℃時、換熱器網路整合資料131
表4-5 氯丙烯製程在△Tmin=7℃時、換熱器網路整合資料134
表4-6 氯丙烯製程在△Tmin=10℃時、換熱器網路整合資料137
表4-7 氯丙烯製程在△Tmin=15℃時、換熱器網路整合資料140
表4-8 整合前各換熱器使用公用設施之種類143
表4-9 整合後各換熱器使用公用設施之種類143
表4-10 氯丙烯製程之不同的最小趨近溫度之冷熱公用設施與換熱
器面積比較表144
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論文使用權限
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