化工精馏高效节能技术开发及应用

高效节能精馏流程通过优化构造流程结构,合理利用精馏塔顶蒸汽的冷凝潜热,可以大幅度降低精馏过程的能耗.本文系统研究各种节能型精馏流程,重点分析3种热泵精馏、4种多效精馏和4种热偶精馏的流程特点,建立节能型精馏流程优化模拟及分析系统,将模拟优化计算的结果与普通精馏流程对比.结果表明,热泵精馏节能率可达80%以上,多效精馏40%以上,热偶精馏20%以上,为工业化应用提供设计依据和友好的平台.     

多效精馏优化设计的研究进展

综述了多效精馏优化设计的研究进展,总结了早期多效精馏的优化数学模型及其解法,与近年来考虑了时间和控制对系统影响的新的优化设计动态模型。介绍了序贯和联立两种优化设计方法,用以识别系统操作瓶颈,得到节能效果更佳的多效精馏系统,通过实例比较,联立法比序贯法的节能效果更佳。最后展望了多效精馏优化设计的发展方向。     

平流双效精馏过程的模拟和优化

对平流双效精馏过程进行了详细研究，建立了最优化设计的数学模型并编制了通用计算机最优化设计程序，用实例对所建立的数学模型及优化设计方法进行了考核计算，发现平流双效精馏节能效果显著，具有很高的应用价值。     

精馏塔最小回流比求解方法

文中给出了在恒分子流条件下计算精馏塔清晰分割和非清晰分割最小回流比的数学模型和计算方法，给出了求解过程并编制了计算机通用程序，用实例进行了考核计算，结果表明，本文的方法可用于精馏过程的设计计算。     

间歇精馏设计软件的开发

利用Visual Basic 6.0语言开发间歇精馏常规设计及优化设计软件。软件可用于不同物系(二元理想及非理想溶液)，采用不同操作方式(恒馏出液组成操作和恒回流比操作)间歇精馏的常规设计和优化设计(包括单变量优化和多变量优化)计算。软件采用面向对象的编程技术，对精馏组分的物性参数、汽液相平衡数据实行数据库操作，界面友好，使用方便。     

低浓度DMF废水的热集成回收新工艺

针对普通精馏回收低浓度废水中的DMF能耗高问题,本文提出了6种热集成节能方案,尽可能充分利用各物流的潜热和显热,以期达到降低能耗的目的:1)初始三效精馏工艺;2)增加多级进料预热器的三效精馏;3)四效精馏工艺;4)带热泵的三效精馏;5)单塔热泵精馏;6)改进的单塔热泵精馏。并应用Aspen Plus流程模拟软件对6种节能方案进行了模拟计算。结果表明:对于低浓度DMF废水体系,多效精馏和热泵精馏与普通单塔精馏相比,均有显著的节能效果;增加多级进料预热系统,充分利用物流的潜热和显热,能耗明显降低;四效精馏与增加多级进料预热器的三效精馏节能效果相当;热泵精馏比多效精馏更加节能;改进的单塔热泵精馏最节能,节能率达到79%,每小时仅需3.6t的低压蒸汽,就可处理10t的废水,回收0.5t的DMF。六种节能方案比普通精馏节省约37.1%、47.6%、47.2%、67.9%、73.3%、79.0%的能耗。本文的研究结果对老装置的改造和新装置的设计有一定的指导意义。     

间歇精馏常规设计和优化设计的模型及算法

建立了板式间歇精馏塔在恒馏出液组成操作状况下常规设计及优化设计的数学模型。常规设计模型用数值方法编程求解，对二元理想及非理想溶液均适用。优化设计模型以间歇精馏系统年效益最大为优化目标，用菲波那契法求解单变量优化问题，用复合形法求解多变量优化问题。模型同时考虑对整个间歇精馏系统(包括塔主体、塔顶冷凝器及塔底再沸器)进行优化，更符合工程实际情况。求解模型可得到间歇精馏过程最优的一系列设计和操作参数(如理论板数，塔径，操作回流比，塔釜蒸发量，釜残液组成，冷凝器传热面积及冷却水出口温度，再沸器传热面积及加热蒸汽温度等)。算例表明，对恒馏出液组成间歇精馏单变量及多变量优化设计比常规设计分别提高年效益2．6％和18．9％。     

醋酸脱水非均相共沸精馏过程多稳态研究

非均相共沸精馏过程中存在多稳态现象,它给共沸精馏过程的分析和控制带来了用难.本文利用流程模拟软件Aspen Plus对以醋酸正丁酯为共沸剂的醋酸脱水共沸精馏过程进行模拟计算.在稳态模型基础上,选择酯相进料流量为操作变量,塔底出料中醋酸含量为观察变量,对醋酸脱水系统进行灵敏度分析.分析结果表明,系统中存在多稳态区域,不同稳态下系统的行为特征相差较大.对开环系统进行动态脉冲测试表明,系统在酯相进料流量正脉冲作用下会从正常工作的稳态变化到低稳态,而通过控制精馏塔内温度变化区间的位置能够保证系统运行在所需的稳态上.最后,针对非均相共沸精馏过程模拟计算很难收敛到所需稳态的问题,本文分析指出可以通过酯进料流量的调节使模型计算收敛到所需的稳态.本文的多稳态研究方法较容易扩展到其它的非均相共沸精馏体系,研究结果将为实际共沸精馏过程的分析设计提供参考.     

多效精馏回收DMF工艺的研究

针对传统的DMF回收工艺的高能耗,本文提出多效精馏回收DMF的双塔、三塔和四塔工艺流程.利用ASPEN PLUS 化工模拟软件中的RADFRAC模块和NRTL热力学计算模型,系统模拟了多效顺流、多效逆流回收工艺,以处理不同浓度的DMF废水工况.并以能耗最低为目标函数、各塔顶废水蒸出量为决策变量,确定各种回收工艺的最佳条件(包括塔压分布).利用ASPEN PLUS软件中的流体力学计算模块,算出各塔的设备参数,包括各附属冷换设备的面积.并以多效精馏与单塔精馏总费用的相对值最低为目标,确定的最佳DMF回收分离方案为三塔逆流精馏工艺,模拟计算出该工艺各效最佳工艺操作条件.研究结果表明,处理浓度分别为10%、20%和25%的DMF废水时,与单塔精馏工艺相比,三塔逆流精馏工艺节能分别为78%、79%和87%.     

多效精馏烷烃混合物的Aspen Plus模拟分离

精馏是石油化工能耗最大的单元操作之一,因此对其过程的节能研究非常重要。本文利用Aspen Plus化工模拟软件中的RADFRAC模块和PENG-ROB热力学计算模型,系统模拟了多效精馏顺流(DQF、IQF)、逆流(DQB、IQB)及常规精馏(DQ、IQ)的烃类混合物异丁烷/正丁烷/正己烷的分离。根据各组分的分离要求,通过灵敏度分析优化各工艺参数;同时比较了各精馏构造的有效能损失和热力学效率,并计算了它们的年度总费用(TAC)。结果表明:与间接精馏方案IQ相比,精馏方案IQF、DQB、DQ分别节能20.6%、16.0%、8.4%;热力学效率方面,多效精馏IQF为19.6%,DQB22.2%,普遍比常规精馏的DQ10.0%、IQ10.3%要高;至于年度总费用(TAC),相比于IQ,DQB多耗资12.1%,而IQF、DQ少耗资9.0%和8.7%。综合节能效果、热力学效率、年度总费用得知,IQF这种多效精馏方案最优。     

MATLAB并流多效蒸发过程的模拟

并流多效蒸发作为化学工业中常用的操作过程,蒸汽的消耗量、各效溶剂蒸发量、各效蒸发器的传热面积等需要计算的参数,是并流多效蒸发操作和设计的主要依据,因此对多效并流蒸发过程的模拟具有重要的意义。而已知的多效并流蒸发模拟计算的数学模型,常因模型中存在过多的近似简化或模型求解算法太复杂,造成模型的精确性低、可操作性差。联立多效蒸发系统的物料恒算方程、热量恒算方程、传热速率方程、汽液相温度平衡方程及热力学数据方程,建立了多效蒸发设计计算的数学模型,模型思路简单,推导严密,系统性强。提出了非线性方程组的MATLAB工具箱函数解法,并分析了1个三效蒸发实例,计算结果表明该方法方便快捷,收敛性好,该模型及其求解方法值得推广使用。     

复杂逆流多效蒸发系统的模拟

建立有冷凝水、完成液预热符效进料,或冷凝水、完成液闪蒸,闪蒸蒸汽加入对应压力的蒸发器中,作加热蒸汽的复杂逆流多效蒸发系统的数学模型,提出了一种采用常规迭代法求解的计算方法,用面向对象的Pascal语言,编制计算程序,可模拟计算二至七效常规和复杂逆流蒸发系统,并以碱液为例,计算和比较三效逆流的5种流程.     

多效蒸发系统优化设计目标函数的建立与求解

建立了带有冷凝水闪蒸的并流多效蒸发系统优化设计新模型。该模型以整个蒸发系统的年总费用（包括加热蒸汽年费用、真空系统年费用以及蒸发器和各辅助设备的年折旧维修费用等）最小为优化目标,以生蒸汽压力、冷凝器真空度及各效有效传热温度痉为决策变量,提出一种新算法——复合形法嵌套拉格朗日乘子法和矩阵法求最优解。算例表明,生蒸汽压力、冷凝器真空度、价格参数和冷凝水闪蒸对优化结果影响显著,按新模型优化设计比常规设计可节省年费用16％左右。新算法对初值要求不高、收敛稳定性好、收敛速度快。     

NETWORK6000 DCS在蒸发系统中的应用

本文主要介绍DCS在多效喷膜蒸发系统中的应用,详细地描述了软件设计的特点和技巧。     

氧化铝蒸发过程的机理建模与仿真

针对氧化铝蒸发工序中出口浓度检测滞后的现状,建立氧化铝生产逆流多效蒸发的动态机理模型。采用常微分方程组的MATLAB工具箱函数解法,并对第五、六效蒸发过程进行仿真研究。结果表明,该模型能够较好地逼近实际系统,并对出口浓度的在线实时监测有现实的指导意义。     

船舶运动数学模型编辑及测试开发平台

船舶运动数学模型是航海模拟器的核心技术,高精度的船舶运动数学模型是体现航海模拟器行为真实感的基础。为此介绍了航海模拟器中船舶运动数学模型的建模过程。在建立船舶运动数学模型的解算模块后,通过离线编辑船模数据库,建立船舶不同主尺度的模型数据库,经过在开发平台上反复离线测试所编辑船模数据库,直到满足航海模拟器培训或工程研究的精度要求为止,最后将离线编辑好的船模数据文件加载到航海模拟系统中,进行实时在线测试,直到测试结果满意为止。     

一阶有限群控制下实数域多方向计算的实现

根据一阶有限群的多方向计算,实现实数域运算描述的数学模型的多方向计算。多方向计算是以群论和图论为理论基础。一阶的有限群是对研究的初等代数运算描述的数学模型的最高形式的抽象。把一阶的有限群的多方向计算的性质应用到实数域的数学模型,应用到科学和工程领域的大量计算中去。根据这些研究建立一个计算系统的软件,名叫“九章”。“九章”能够加载以初等代数公式描述的数学模型,并演算求解模型各个计算方向的应用。它的特点是能够对数学模型进行多方向计算。把可以多方向计算的数学模型从应用程序分离出来,由“九章”来运行,提供数学模型多方向执行和并行执行的特征。     

二维动边界发汗控制数学仿真研究

本文给出二维加热且具有表面烧蚀的发汗控制数学模型。采用时间跨半步的交替方法,将二维活动边界分布参数控制方程差分化,得到三对角方程组。对电磁炮弹飞行进行数学仿真后表明:控制参数对温度场和活动边界的控制是有效的;该数学模型符合实际物理过程。从数值角度提供了数学理论问题解析性质的依据,给出了二维温度场特点并讨论了同步烧蚀问题。