英國曼徹斯特大學Bodo Linnhoff教授及其同事於20世紀70年代末在前人研究成果的基礎上提出的換熱網路最佳化設計方法， 並逐步發展成為化工過程能量綜合技術的方法論，即夾點技術。
過程工業為了降低生產成本、合理利用資源，已從對單台設備的操作最佳化集成發展到對整個系統的集成最佳化，即採用過程集成技術，英國曼徹斯特大學BodoL innhoff 教授及其同事於20世紀70年代末在前人研究成果的基礎上提出了換熱網路最佳化，並逐步發展成為化工過程能量綜合技術的方法論即夾點技術。採用這種技術對於新裝置設計而言，比傳統方法節能30%—50%；同時，近幾年逐漸套用於老裝置的節能改造中， 其改造投資低， 卻能取得較好的節能目的。
基本介紹
- 中文名：夾點技術
- 方法：過程集成技術
技術原理,最新套用,發展前景,
技術原理
2.1夾點的定義
化工工藝過程中存在多股冷、熱物流，冷、熱物流間的換熱量與公用工程耗量的關係可用溫- 焓( T - H) 圖表示。溫-焓圖以溫度T為縱軸，以熱焓H為橫軸。熱物流線的走向是從高溫向低溫，冷物流線的走向是從低溫到高溫。物流的熱量用橫坐標兩點之間的距離（即焓差ΔH）表示，因此物流線左右平移，並不影響其物流的溫位和熱量。多股冷、熱物流在T - H 圖上可分別合併為冷、熱物流複合曲線,兩曲線在H 軸上投影的重疊即為冷、熱物流間的換熱量,不重疊的即為冷熱公用工程耗量。當兩曲線在水平方向上相互移近時,熱回收量Qx 增大,而公用工程耗量Qc和QH減小,各部位的傳熱溫差也減小。當曲線互相接近至某一點達到最小允許傳熱功當量溫差△Tmin 時,熱回收量達到最大( Qx,max) ,冷、熱公用工程消耗量達到最小( Qc ,min , QH,min) ,兩曲線運動縱坐標最接近的位置叫作夾點。
2.2夾點的確定
確定夾點位置的方法主要有兩種：T-H圖法和問題表法。
(a) T-H圖法
在T-H圖上可以形象、直觀地表達過程系統的夾點位置。為確定過程系統的夾點，需要給出下列數據：所有過程物流的質量流量、組成、壓力、初始溫度、目標溫度、以及選用的冷熱物流間匹配換熱的最小允許傳熱溫差。用作圖的方法在T-H圖上確定夾點位置的步驟如下：
1) 根據給出的冷、熱物流的數據，在T-H圖上分別作出熱物流組合曲線及冷物流組合曲線。
2) 熱組合曲線置於冷組合曲線的上方，並且讓兩者在水平方向相互靠攏，當兩組合曲線在某處的垂直距離剛好等於時，該處即為夾點。
(b) 問題表法
當物流較多時，採用複合溫焓線很煩瑣，且不夠準確，此時常用問題表法來精確計算。問題表法的步驟如下：
1) 以冷、熱流體的平均溫度為標尺，劃分溫度區間。冷熱流體的平均溫度相對熱流體，下降
△Tmin，相對冷流體上升 △Tmin，這樣可保證在每個溫區內熱物流比冷物流高△Tmin。
2) 計算每個溫區內的熱平衡，以確定各溫區所需的加熱量和冷卻量，計算式為：
式中：Hi—第i區間所需加入的熱量，kW；
CPc，CPH—分別為該溫區內冷、熱物流熱容流率之和，kW/℃；
Ti，Ti+1—分別為該溫區的進、出口溫度。
3) 進行外界無熱量輸入時的熱級聯計算，即計算外界無熱量輸入時各溫區之間的熱通量。此時，各溫區之間可有自上而下的熱通量，但不能有逆向的熱通量。
4) 為保證各溫區之間的熱通量≥0，根據第3)步計算結果，確定所需外界加入的最小熱量，即最小加熱公用工程用量。
5) 進行外界輸入最小加熱公用工程量時的熱級聯計算。此時所得最後一個溫區流出的熱量，就是最小冷卻公用工程用量。
6) 溫區之間熱通量為零處，即為夾點。
由上述的計算步驟可見，根據問題表可以精確的確定夾點溫度、最小加熱公用工程和最小冷卻公用工程的量，並可看出熱流量沿溫位的分
2.3夾點技術的基本設計原則
夾點把網路系統分成兩個在熱力學上相互分離的兩個子系統。夾點上方的子系統是熱阱系統, 熱公用工程向其輸入熱能, 而沒有任何熱能流出, 夾點下方的子系統是熱源系統, 由冷公用工程從系統帶走熱能, 而沒有任何熱能從外界流入。為了達到最小公用工程消耗, 實現最大能量回收,利用夾點技術對換熱網路進行設計時, 需遵循3 個基本原則：
(1)不應有跨越夾點的傳熱；
(2)夾點之上不應設定任何公用工程冷卻器；
(3)夾點之下不應設定任何公用工程加熱器。
及2條經驗規則：
(1)每個換熱器的負荷應與匹配的冷、熱流股中負荷最小者相同：
(2)選擇熱容流率相近的流股匹配換熱。
最新套用
3.1套用現狀
目前, 夾點技術已在造紙企業、連續蒸煮設備傳熱網路、化肥生產企業及其他化工領域獲得了廣泛的套用, 並取得了顯著的效益。夾點技術在國外工業界也受到重視,國際上知名的化工公司和建築公司均普遍採用夾點技術,英國曼徹斯特大學設有工藝集成研究中心，專門從事夾點技術研究。據統計,世界上已有100 多家公司在至少1000 多個工程項目上使用夾點技術進行了新廠設計,老廠改造或可行性研究,一些大型工程公司和PIL、魯姆斯、凱洛格、千代田、東洋等都有專門小組從事夾點技術設計，目前夾點技術已成為世界性的工程設計標準。
1) 夾點技術的套用範圍在拓展。目前用於換熱網路的夾點分析已趨成熟, 夾點技術研究的熱點轉向傳質網路分析。通過夾點分析, 一個階段的工藝流股也能用於另一階段, 以此回收或利用流股中攜帶的原料, 節約試劑。套用夾點原理還可將資源利用與經濟結合管理, 構造投資組合曲線以達到最大利潤,以獲得最大的效益。
2) 套用夾點技術的系統範圍擴大。所選定的系統的範圍越大, 系統最佳化的效果越明顯, 但傳熱網路和傳質網路也越複雜, 設計和實施起來就比較困難, 需要設計方法和相應的軟體不斷改進以滿足要求。
3) 夾點技術的綜合使用。現在許多研究者將多種夾點技術綜合使用以達到多重目的。
3.2 夾點技術的套用領域。
發展前景
工業生產中存在著大量的需要換熱的工段，有些需要加熱，如化工工業中物料進入精餾塔前一般需要預熱；有些需要冷卻或冷凝，如精餾塔頂的蒸氣需要冷凝。如果能過合理地設計好換熱網路系統，就可以最大限度地減少公共供熱或供冷，而且還可能減少設備投資，達到節能的目的。換熱網路綜合設計技術常用的方法是以Linnhoff教授為首的研究小組提出的“夾點技術”（Pinch Point Technology）,利用該方法設計可以合成公共供熱或供冷最小的換熱網路，達到節能的目的。
夾點技術的節能作用愈發彰顯，也逐漸引起了各個國家和大型公司，諸如德國的BASF，日本的MKC等，對夾點技術的研究和進一步的推廣和利用將成為一種趨勢。
總之，當前能源供應短缺成為經濟成長的制約因素之一，對於石油、化工等典型的過程工業，用夾點分析的方法對過程系統的用能、用水狀況進行診斷，可找到過程系統的用能的制約因素所在，因而夾點技術在換熱網路、水網路中的套用可為國民經濟的發展帶來巨大的經濟效益和社會效益。大量的工程實例證明，利用夾點分析技術，指導具體過程系統工程的改造或設計，能降低公用工程消耗量和初期的投資費用，實施方法簡單，具有明顯的優勢，套用前景廣闊。
