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扰动换热网络负荷迁移规律及瓶颈辨识策略

化工学报 2023年第11期74卷 4611-4621页

作者：赵丽文刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

对于发生源/阱参数变化的换热网络(HEN),提出一种系统的干扰响应/参数调整方法,用于平衡系统盈余热量/冷量,辨识制约能量回收的瓶颈及对应的解瓶颈策略。在拓扑结构分析基础上,枚举可行的响应对象及扰动传播路径,明确换热器的负荷转移... 详细信息

对于发生源/阱参数变化的换热网络(HEN),提出一种系统的干扰响应/参数调整方法,用于平衡系统盈余热量/冷量,辨识制约能量回收的瓶颈及对应的解瓶颈策略。在拓扑结构分析基础上,枚举可行的响应对象及扰动传播路径,明确换热器的负荷转移规律。推导了换热器热阻需求(Rreq)、面积增量(?A)、系统年度总成本(Ct)与热容流率波动系数(α)之间的关系。构建热阻需求变化趋势图和经济变化图,以成本最优为目标,选择最佳的响应对象并确定其热负荷变化值,定位响应变量调整过程中因热阻制约而产生系统用能瓶颈,确定解瓶颈所需的面积增量。该方法无须复杂模拟计算即可确定扰动状态下加热/冷却介质流量需求变化值及各换热设备面积需增量,可以有效指导生产工艺的设计、优化和改造。以苯烷基化生产过程为例展示该方法的应用,当α位于[0.75,0.88]和[0.88,1.35]时,两台加热器分别是最优的响应对象,最大节省年度总成本19400 USD·a^(-1)和24024 USD·a^(-1)。

关键词：换热网络扰动负荷迁移瓶颈解瓶颈

高效太阳能电解水制氢系统及其性能的多目标优化

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化工学报 2023年第3期74卷 1260-1274页

作者：张生安刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

针对日益重要的清洁可持续绿氢生产技术需求,开发了一种基于太阳能,集发电和制氢于一体的高效系统。该系统由塔式太阳能发电和热能存储系统、质子交换膜(PEM)电解水系统和含有回热器的再热式蒸汽朗肯循环及含有回热器的有机朗肯循环余... 详细信息

针对日益重要的清洁可持续绿氢生产技术需求,开发了一种基于太阳能,集发电和制氢于一体的高效系统。该系统由塔式太阳能发电和热能存储系统、质子交换膜(PEM)电解水系统和含有回热器的再热式蒸汽朗肯循环及含有回热器的有机朗肯循环余热回收子系统组成,可实现能量梯级利用。在Aspen Plus中建立了各子系统的模拟模型,并用Fortran语言编写太阳能定日镜场和PEM电解槽数学模型,基于非支配排序遗传算法-Ⅱ(NSGA-Ⅱ)和Aspen Plus与MATLAB软件的交互和多目标优化权衡最大㶲效率、最大日净输电量、最小氢气的平准化成本(LCOH),实现该系统的优化。所建立的模型可以高效准确地模拟、分析和优化该集成系统。帕累托前沿表明,该系统最优的㶲效率、日净输电量和LCOH分别为52.19%、247.352 MWh/d和6.05 USD/kg;优化后,最佳氢气产能为4.796 t/d,㶲效率提高3.00%,日净输电量增加31.14%,LCOH降低4.87%。该研究对于大规模太阳能耦合发电和制氢工艺的开发具有重要的指导意义。

关键词：塔式太阳能发电电解制氢集成算法多目标优化

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储氢提纯和氢网络的耦合优化

化工学报 2020年第3期71卷 1143-1153页

作者：李开宇刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

基于氢网络的集成以及AB5型储氢材料LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯... 详细信息

基于氢网络的集成以及AB5型储氢材料LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15的特性,对储氢提纯在氢网络中的应用进行研究。综合考虑LaNi4.75Fe0.25及LaNi4.85Al0.15储氢/放氢动力学,建立了储氢提纯氢网络的优化方法,根据单位质量储氢材料提纯的节氢能力和公用工程节省量与提纯参数的关系,确定最优提纯氢源浓度、最大公用工程节省量、储氢材料量和吸氢时间。用该方法对某炼厂氢网络和储氢提纯单元进行优化,结果表明,最优提纯氢源浓度为70%,提纯后公用工程可节省23.72%;LaNi4.85Al0.15作为储氢提纯材料优于LaNi4.75Fe0.25,其消耗量为991.26kg。

关键词：储氢提纯优化氢源浓度氢网络

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跨越精馏单元边界分离的可行性研究

化学工程 2006年第10期34卷 1-4页

作者：邢诚刘桂莲西安交通大学化学工程系陕西西安710049

提出了判断跨越精馏单元边界分离的可行性的图像法。这种方法根据组分的挥发度分析精馏段和提馏段组成变化,从而判断分离的可行性。等挥发度曲线和挥发度顺序图被用来分析各组分挥发度的变化。结果表明,跨越精馏单元边界的分离只能从一... 详细信息

提出了判断跨越精馏单元边界分离的可行性的图像法。这种方法根据组分的挥发度分析精馏段和提馏段组成变化,从而判断分离的可行性。等挥发度曲线和挥发度顺序图被用来分析各组分挥发度的变化。结果表明,跨越精馏单元边界的分离只能从一个方向进行,可行的方向与等挥发度曲线有关。此外,利用Aspen P lus对三组分共沸系统中跨越精馏单元边界的分离进行了模拟,模拟结果与用相对挥发度顺序图分析的结果一致。

关键词：精馏单元分离可行性共沸系统模拟分析

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考虑提纯能耗的氢网络提纯优化

清华大学学报（自然科学版） 2016年第7期56卷 717-722页

作者：刘桂莲王颖佳西安交通大学化学工程与技术学院西安710049

由于环保法规的日益严格以及原油的重质化使得炼厂迫切需要降低新氢消耗，提纯回用可降低新氢消耗，但是提纯过程将增加能耗。为了权衡两者变化关系以确定系统最优提纯流量，该文根据概念法确定氢网络公用工程节省量和夹点随流量变化线... 详细信息

由于环保法规的日益严格以及原油的重质化使得炼厂迫切需要降低新氢消耗，提纯回用可降低新氢消耗，但是提纯过程将增加能耗。为了权衡两者变化关系以确定系统最优提纯流量，该文根据概念法确定氢网络公用工程节省量和夹点随流量变化线，综合考虑变压吸附提纯的相关费用，做出节省新氢费用一流量线和提纯费用一流量线，通过图像分析法确定最优的提纯流量和临界提纯流量。应用此方法对某石化企业氢网络分析结果为：该系统的临界提纯流量为4．8mol／s，最优提纯量为60．74mol／s，最优提纯流量下，新氢节约量为29．03mol／s，提纯后可节约费用2．41×10^6US$／a。

关键词：氢网络提纯能耗优化

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苯乙烯装置反应参数对精馏塔序能耗的影响

高校化学工程学报 2019年第3期33卷 594-602页

作者：吕东晖刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院

分离多组分混合物的不同精馏塔序能耗不同,且受上游反应器操作的影响。构建以反应进度为中间变量的反应参数与精馏塔序通用集成模型,可用于确定任一精馏塔序的总气相负荷与各反应进度的定量关系以及其随各反应参数的变化趋势。通过对苯... 详细信息

分离多组分混合物的不同精馏塔序能耗不同,且受上游反应器操作的影响。构建以反应进度为中间变量的反应参数与精馏塔序通用集成模型,可用于确定任一精馏塔序的总气相负荷与各反应进度的定量关系以及其随各反应参数的变化趋势。通过对苯乙烯装置建模分析,探讨了反应进口温度和催化剂活性对主要反应的反应进度以及 5 种精馏塔序总气相负荷的影响规律。在不同反应进口温度下将各塔序在 Aspen Plus 软件中进行严格流程模拟,所得各塔序能耗与操作费用相对大小与所提出模型的结论一致。

关键词：反应进度精馏塔序反应参数气相负荷

基于换热网络集成的二甲苯分离精馏塔参数优化

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化工进展 2016年第4期35卷 1062-1067页

作者：张迪刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

精馏是化工过程中重要的耗能设备,其产品温度的改变将影响换热网络的集成。针对二甲苯分离吸附的实际生产过程,利用复合曲线系统分析精馏塔DA604塔压增大至170k Pa及230k Pa后塔顶和塔底产品流股温度改变对换热网络的集成和公用工程消... 详细信息

精馏是化工过程中重要的耗能设备,其产品温度的改变将影响换热网络的集成。针对二甲苯分离吸附的实际生产过程,利用复合曲线系统分析精馏塔DA604塔压增大至170k Pa及230k Pa后塔顶和塔底产品流股温度改变对换热网络的集成和公用工程消耗量的影响,可实现精馏塔操作与换热网络的同步集成,相较与之前只考虑流股温位对换热网络的影响更加全面。结果表明,该精馏塔的塔压由110k Pa增至170k Pa时,系统的冷却公用工程用量增大1765.0k W,加热公用工程量减少1948.5k W,无需消耗加热公用工程;压力由110k Pa增加至230k Pa时,系统冷却公用工程用量增大4964.1k W,加热公用工程用量节省共计8172.4k W,此时加热公用工程用量减小为0且可在高温段向外界供给6223.9k W热量。该分析结果与夹点法的计算结果相同,由该结果可得普适性结论,当精馏塔塔顶塔底出口物流均为源时,增大塔压,系统加热公用工程减小,冷却公用工程增加,整体上有利于系统的节能。

关键词：精馏换热网络集成夹点

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考虑效率的功交换网络问题表格法

化工学报 2011年第6期62卷 1600-1605页

作者：周华刘桂莲冯霄西安交通大学化学工程系陕西西安710049

功交换网络与换热网络和质量交换网络存在类似性。本文将夹点技术推广到功交换网络,提出了确定功交换网络最小公用工程功消耗量的问题表格法。该方法中,根据功源功阱压力从高到低顺序将压力可分成若干区间,通过计算每个区间的剩余功和... 详细信息

功交换网络与换热网络和质量交换网络存在类似性。本文将夹点技术推广到功交换网络,提出了确定功交换网络最小公用工程功消耗量的问题表格法。该方法中,根据功源功阱压力从高到低顺序将压力可分成若干区间,通过计算每个区间的剩余功和亏缺功,确定系统的最小公用工程功消耗量,计算亏缺功时可同时考虑功量交换的传递效率。这种方法可同时确定功交换网络的夹点位置和最小公用工程功消耗,为功交换网络物流匹配提供依据。本文从等温功交换和绝热功交换两方面对某合成氨厂功交换网络进行分析,结果表明,功源的可回收机械能占功阱需消耗总机械能的99%以上,占现行功源可做功的72%以上。

关键词：问题表格法功交换夹点目标

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考虑新氢纯度的氢网络夹点分析

化工进展 2017年第3期36卷 887-892页

作者：梁靖靖刘桂莲西安交通大学化学工程与技术学院陕西西安710049

基于夹点法,对考虑新氢纯度的氢网络集成进行了研究。利用Aspen Plus建立了天然气蒸气转化制氢过程的模拟模型。在考虑原料气、除氧水、冷却水、副产蒸气、变压吸附、压缩机用电等主要能耗的前提下,计算出系统总费用,对整个过程进行了... 详细信息

基于夹点法,对考虑新氢纯度的氢网络集成进行了研究。利用Aspen Plus建立了天然气蒸气转化制氢过程的模拟模型。在考虑原料气、除氧水、冷却水、副产蒸气、变压吸附、压缩机用电等主要能耗的前提下,计算出系统总费用,对整个过程进行了能耗分析。通过改变产氢摩尔分数,得到相应的单位产氢量费用,进一步拟合出了新氢生产成本随产氢摩尔分数变化的定量关系式。在此基础上,对某炼厂的氢网络案例进行优化,作出不同氢源线下的节氢费用-新氢摩尔分数关系图、新氢消耗费用-新氢摩尔分数图。通过分析夹点位置随新氢摩尔分数改变的变化趋势可知,在满足氢网络要求下,节省费用随新氢摩尔分数的增大而增大,新氢消耗费用随摩尔分数的增大而减少。因此,在该氢网络中,高纯度的新氢有利于系统节能。

关键词：氢网络新氢摩尔分数制氢模拟优化