加热器和冷却器传热温差的优化

分别以冷却器冷却水出口温度和加热器加热蒸气温度为决策变量，以总费用为目标函数，提出了确定加热器蒸气最佳温度和冷却器冷却水最佳出口温度即最佳传热温差的数学模型，并结合实例说明了计算方法。

冷却水是一种廉价的冷却剂，水蒸气是一种廉价的载热体，因而水冷却器和蒸气加热器是化工厂最常用的换热设备之一。设计水冷却器时，必须选择适宜的冷却水出口温度即平均传热温差，冷却水的出口温度直接关系到冷却器的大小和冷却水的消耗量；冷却水的出日温度高，可节省冷却水的消耗量，但要增加冷却器的冷却面积；反之亦然。同样，设计蒸气加热器时，必须选择适宜的加热蒸气温度即传热温差，加热蒸气的温度直接关系到加热器的大小和加热蒸气的费用；加热蒸气的温度高，可减少加热器的传热面积，但要增加加热蒸气的费用；反之亦然。因此，冷却水的出口温度和加热蒸气的温度即冷却器和加热器的传热温差必然有个最经济的数值，在这个条件下操作，冷却器和加热器的设备费用和操作费用之和即总费用最小。因此，研究加热器和冷却器的优化设计具有一定的意义。

对于冷却器和加热器，优化计算分别以冷却水的出口温度和加热蒸气的温度为决策变量，以冷却器和加热器的总费用为目标函数，以冷却器和加热器总费用最小为优化目标。

冷却水出口温度为48摄氏度时冷却器的总费用最小。但考虑到水温较高时有水垢析出，影响传热效果目增加流动阻力，故冷却水出口温度不宜过高。

可以看出影响冷却器和加热器总费用的因素有：

    (1)与换热器的价格有关当换热器价格较贵时，将使设备费增加；

    (2)与冷却水和加热蒸气的价格有关冷却水和加热蒸气价格增加时，将使操作费增加；

    (3)冷却器和加热器总传热系数较大时相当于减小了传热面积，将使设备费减少；

    (4)当热负荷增大时，将使设备费和操作费都增加，即总费用将随之增加。