全低压空分装置流程与精馏过程的模拟分析

论文摘要

针对国内目前最常用的全低压空分装置流程的精馏过程做模拟分析,所述空分装置采用分子筛吸附净化、增压透平膨胀机、规整填料塔(上塔、粗氩塔、精氩塔)无氢制氩的新工艺。主塔的精馏过程:出空气纯化系统的洁净工艺空气大部份进入冷箱内的主换热器,被返流出来的气体冷却,接近露点的空气进入下塔的底部,进行第一次分馏。在精馏塔中,上升气体与下流液体充分接触,传热传质后,上升气体中氮的浓度逐渐增加。纯氮进入下塔顶部的主冷凝蒸发器被冷凝,在气氮冷凝的同时,主冷凝蒸发器中的液氧得到气化。一部份液氮作为下塔的回流液下流,另一部分液氮经过冷后,除少量作为产品液氮抽出外,其余节流后送入上塔。在下塔中产生的液空也经过冷器过冷,节流后进入上塔参与精馏,在上塔内,经过再次精馏,得到产品氮气、产品氧气和污氮气及产品液氧。流程的模拟计算是流程设计的前提和关键。本文分别以计算软件ASPEN PLUS和HYSYS为平台建立了相关精馏的计算模型,对所述流程进行精馏系统计算。通过对模拟计算的调试,总结出提高氧、氩产量和提取率的方法。使氧的提取率达到99%以上,氩提取率达到80%以上。并着重对精馏塔氩富集区的特性进行研究,研究表明上塔各组分分布之间相互联系,相互影响,是一个动态的过程,氧、氮、氩三者的摩尔浓度总和不变,任意一者变化就会影响到另外两者的变化,而且变化幅度会随着位置的不同而不同。根据这一动态信息,可以找到氩馏分的最佳抽口位置。当氩馏分抽口位置已定时,通过对可操作变量的调节,使抽口处处于最佳取氩状态。在本文中,另外一个重要部分是对流程做了优化,添加一个膨胀后过冷器,使膨胀空气进上塔的温度由原来的95K降低至85K,进而稳定上塔工况,提高氩提取率,为改善上塔工况提供一种可行方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 全低压无氢制氩空分系统的发展现状
• 2 全低压无氢制氩空分装置模拟模型
• 2.1 流程介绍
• 2.2 精馏塔数值模拟模型
• 2.3 本章小结
• 3 全低压无氢制氩精馏系统传热分析及数值模拟
• 3.1 精馏系统传热分析
• 3.2 模拟软件
• 3.3 基于ASPEN PLUS 的精馏系统
• 3.4 基于HYSYS 的精馏系统
• 3.5 本章小结
• 4 模拟结果比较分析
• 4.1 ASPEN 与HYSYS 模拟结果比较分析
• 4.2 氩塔与主塔的关系
• 4.3 氩富集区域的特性研究
• 4.4 提高氧气外压缩流程氩提取率的方法
• 4.5 本章小结
• 5 总结
• 5.1 总结
• 5.2 下一步工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录 1 作者在攻读硕士学位期间发表的论文