甲醇塔内件稳定性操作分析及优化

论文摘要

巨化合成氨厂的均温型甲醇塔属于双向冷管式甲醇合成塔,被广泛应用于中小型甲醇生产装置中。本文针对合成塔内件的旋转问题,通过对合成塔内件的受力情况以及系统角动量变化的分析,认为其内件的旋转主要是该内件底部的螺旋板式换热器侧面流体推力及通道内流体流量变化引起的流体角动量变化造成的。 本文选择采用等速螺线描述螺旋板式换热器截面的螺旋结构,计算了流体稳定流动情况下,此结构的螺旋通道内流体旋转角动量与流体流量之间的函数关系。在假设流体为不可压缩流体的前提下,从角动量出发建立了合成塔内件的受力及旋转运动模型,得到了甲醇合成塔内件无旋转运转条件,对合成塔内件的旋转角位移以及固定合成塔内件所需力矩进行定量计算。 在考虑到内件所受到的摩擦力之后,又研究了内件与外塔环隙中气体瞬变流动对内件可能产生的影响,建立了流体在环隙中瞬变流动的模型,并计算了在一定的流量瞬变情况下内件可能受到的作用力。在此基础上完成了对内件发生旋转这一生产中极具危害性现象的原因的分析,并提出了生产中的预防措施。 针对甲醇合成塔控温在正常操作中的重要性,建立合成塔内反应模型,利用aspen为模拟平台进行了模拟计算分析,考虑催化剂在生产过程中的活性变化以及在一定总流量下控温以保证生产的稳定性,具体计算了流量的调节方案。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 课题背景
• 1.1 甲醇概述
• 1.2 甲醇市场需求
• 2.1.1 市场应用状况
• 2.1.2 供需预测
• 1.3 课题介绍
• 2.1.3 流程简述
• 2.1.4 课题的提出
• 第二章 文献综述
• 2.2 甲醇合成工艺进展
• 2.2.1 ICI低压甲醇工艺
• 2.2.2 Lurgi低压甲醇合成工艺
• 2.3 国外甲醇合成反应器
• 2.3.1 ICI多段段间冷激型甲醇合成塔
• 2.3.2 Lurgi管壳型甲醇合成反应器
• 2.4 国内甲醇合成反应器
• 2.4.1 绝热-管壳复合型甲醇合成反应器
• 2.4.2 径向与横向副产蒸汽甲醇合成反应器
• 2.4.3 均温型甲醇合成塔
• 2.5 螺旋板式换热器
• 2.5.1 理论分析
• 2.5.2 其它模型
• 第三章 结果与讨论
• 3.1 合成塔内件旋转原因的初步分析
• 3.2 内件旋转问题的相关计算
• 3.2.1 螺旋板角动量计算模型
• 3.2.2 螺旋板质量的计算模型
• 3.2.3 螺旋板转动惯量的计算
• 3.2.4 催化床层转动惯量的计算模型
• 3.2.5 气体推力及推力矩的计算
• 3.2.6 合成塔内件及塔内气体系统的角动量定理
• 3.2.7 甲醇合成塔内件无旋转运转条件
• 3.2.8 甲醇合成塔内件运动计算
• 3.2.9 固定合成塔内件所需力矩的计算
• 3.3 甲醇塔内件在流量瞬变时受压分析
• 3.4 4#甲醇塔的计算
• 3.4.1 4#甲醇合成塔参数及操作工况
• 3.4.2 模型参数计算
• 3.4.3 典型流量变化信号对合成塔内件的影响
• 3.5 甲醇生产中的流量调控
• 3.5.1 ASPEN PLUS流程模拟软件和Visual Fortran
• 3.5.2 甲醇合成热力学与动力学
• 3.5.3 流程的模型化
• 3.5.4 流程的仿真分析
• 结论
• 参考文献
• 致谢