本文關(guān)鍵詞：基于液氣射流技術(shù)改進(jìn)吸收工藝流程研究

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【摘要】：吸收是重要的化工操作單元,是契氣、液兩相在塔器設(shè)備內(nèi)逆流接觸,完成氣相溶質(zhì)向液相溶劑轉(zhuǎn)移,從而提純氣體或獲取氣體中目標(biāo)成分的過(guò)程。由于受限制于塔內(nèi)件結(jié)構(gòu)和氣液相非強(qiáng)制性重力混合接觸,吸收塔內(nèi)氣、液相間相對(duì)流動(dòng)緩慢、液相表面更新速率較低,限制了傳質(zhì)速率,加大了設(shè)備投資和操作費(fèi)用。因此,強(qiáng)化吸收過(guò)程傳質(zhì)具有重要意義。本文在對(duì)吸收過(guò)程傳質(zhì)影響因素分析的基礎(chǔ)上,鑒于液氣射流泵具有壓縮氣體的工作特性和液氣兩相強(qiáng)制性湍流混合接觸的優(yōu)點(diǎn),提出了一種基于液氣射流技術(shù)改進(jìn)吸收工藝的新流程。該流程通過(guò)擴(kuò)容吸收塔底部、增加液氣射流泵等部件,以提壓并冷卻后的塔底吸收劑作為工作流體經(jīng)液氣射流泵吸入并壓縮氣體進(jìn)吸收塔底部。相比于傳統(tǒng)流程,該流程的優(yōu)勢(shì)主要是:1)由于提壓液相所需功耗遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于壓縮氣相,故能以較低操作成本代價(jià)實(shí)現(xiàn)吸收塔較高壓力操作,更有利于改善吸收效果;2)由于吸收劑和氣體在液氣射流泵內(nèi)強(qiáng)制性湍流混合接觸,故能極大的提升了氣液接觸比表面,強(qiáng)化氣液傳質(zhì)。在相同工藝條件下該流程能降低壓縮機(jī)功耗,減少吸收塔塔板數(shù),減小循環(huán)吸收劑流量,實(shí)現(xiàn)投資減小和能耗降低。為了詳細(xì)論證本文提出的改進(jìn)流程,本文首先對(duì)其四大組成單元吸收塔、液氣射流泵、壓縮機(jī)和離心泵分別建立相應(yīng)的機(jī)理模型;然后提出以序貫?zāi)K法求解改進(jìn)流程聯(lián)合模型,基于拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析將改進(jìn)流程劃分為四個(gè)獨(dú)立子系統(tǒng),針對(duì)吸收塔子系統(tǒng)中循環(huán)物流計(jì)算難問(wèn)題,本文提出以虛擬N+1理論板取代循環(huán)物流,簡(jiǎn)化了吸收塔子系統(tǒng)計(jì)算過(guò)程,并確定簡(jiǎn)化后各子系統(tǒng)間的求解流程;最后本文提出了以液氣射流泵最優(yōu)設(shè)計(jì)為前提的改進(jìn)流程優(yōu)化設(shè)計(jì)思路,研究了以吸收塔理論塔板數(shù)N、吸收塔頂壓力PT和液氣射流泵吸入室入口壓力PS為決策變量,以遺傳算法為計(jì)算手段,以涵蓋投資和能耗的年度化總費(fèi)用最小為目標(biāo)函數(shù)的優(yōu)化設(shè)計(jì)。以某煉廠11.6×104t/a催化干氣冷油吸收法回收乙烯裝置中的冷油吸收塔為例,在MATLAB中編程對(duì)本文提出的改進(jìn)流程進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。計(jì)算結(jié)果表明當(dāng)選取吸收塔理論塔板數(shù)N為10塊、吸收塔操作壓力PT為4.9MPa和液氣射流泵吸入室入口壓力PS為4.4MPa時(shí),改進(jìn)流程相比原流程減少了理論塔板數(shù)8塊,減小了貧吸收劑流量84.7kmol/h,實(shí)現(xiàn)每年節(jié)省綜合費(fèi)用215.1萬(wàn)元。
【關(guān)鍵詞】：吸收過(guò)程 液氣射流泵 改進(jìn)流程 聯(lián)合模型 優(yōu)化設(shè)計(jì)
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TQ221.211;TQ053.5
【目錄】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-20
• 1.1 課題的研究背景及意義10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意義10-11
• 1.2 吸收過(guò)程概述11-13
• 1.3 文獻(xiàn)綜述13-18
• 1.3.1 氣液傳質(zhì)強(qiáng)化研究進(jìn)展13-16
• 1.3.2 液氣射流技術(shù)研究進(jìn)展16-18
• 1.4 本課題的主要研究?jī)?nèi)容18-20
• 第二章 吸收過(guò)程分析及吸收塔建模20-46
• 2.1 氣液平衡理論及分析20-27
• 2.2 氣液傳質(zhì)理論及分析27-30
• 2.3 改進(jìn)吸收工藝流程30-32
• 2.4 吸收塔建模32-45
• 2.4.1 基本模型32-35
• 2.4.2 模型求解35-42
• 2.4.3 模型驗(yàn)證42-45
• 2.5 本章小結(jié)45-46
• 第三章 改進(jìn)流程建模及優(yōu)化設(shè)計(jì)46-72
• 3.1 液氣射流泵的基本理論及設(shè)計(jì)方法46-59
• 3.1.1 基本理論46-49
• 3.1.2 特性方程49-56
• 3.1.3 設(shè)計(jì)方法56-59
• 3.2 壓縮機(jī)建模59-61
• 3.3 離心泵建模61
• 3.4 改進(jìn)流程的聯(lián)合模型61-68
• 3.4.1 拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)分析61-65
• 3.4.2 自由度分析65-66
• 3.4.3 計(jì)算變量與求解流程66-68
• 3.5 改進(jìn)流程的優(yōu)化設(shè)計(jì)68-70
• 3.5.1 決策變量與目標(biāo)函數(shù)68-70
• 3.5.2 優(yōu)化設(shè)計(jì)70
• 3.6 本章小結(jié)70-72
• 第四章 案例研究72-78
• 4.1 案例概述72-74
• 4.2 約束條件與優(yōu)化目標(biāo)74-75
• 4.3 結(jié)果對(duì)比與分析75-77
• 4.4 本章小結(jié)77-78
• 結(jié)論與展望78-80
• 參考文獻(xiàn)80-84
• 附錄 部分MATLAB程序代碼84-89
• 攻讀碩士學(xué)位期間取得的研究成果89-90
• 致謝90-91
• 答辯委員會(huì)對(duì)論文的評(píng)定意見(jiàn)91

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本文編號(hào)：552580