大型化工模拟软件在工业气体处理工艺设计中的应用

论文摘要

随着计算机工业的发展和信息化时代的到来,化工工艺设计领域发生着翻天覆地的变革。化工工程师已经完全有可能从化学反应机理角度建立数学模型,在工程领域允许的误差范围内做合理假设,通过过程模拟和流场模拟来完成化工工艺设计任务。本文应用当下非常实用的化工流程模拟软件ASPENPLUS和流场模拟软件FLUENT对燃煤工业气体和顺酐工业气体处理相关工艺进行过程模拟和流场模拟。本文重点对典型的石灰石湿法烟气脱硫工艺的脱硫原理和关键参数等开展研究；使用当前流行的商用大型化工流程模拟软件ASPENPLUS对石灰石湿法烟气脱硫工艺建立模型,并通过关键参数的优化求取对模型进行了验证；使用商用CFD软件FLUENT并结合经验设计算法,对湿法烟气脱硫工艺的核心操作单元—喷淋吸收塔进行了数值模拟,通过对结果进行对比分析得出该工艺的设计和改造方案。对于顺酐工业气体处理工艺,本文利用大型化工流程模拟软件ASPENPLUS对其进行了模拟优化,通过对系统物性数据库中的物性参数进行修正,建立了更为准确的物性模型,确定了该工艺的最优生产参数,并对该工艺用能进行优化分析,提出更加合理的用能方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 烟气脱硫概况
• 1.1.1 燃烧前脱硫
• 1.1.2 燃烧中脱硫
• 1.1.3 燃烧后脱硫
• 1.2 石灰石湿法烟气脱硫工艺简介
• 1.2.1 典型工艺流程简介
• 1.2.2 FGD系统构成
• 1.3 本文研究的主要内容
• 1.4 本章小结
• 第二章 石灰石湿法烟气脱硫原理和工艺的主要参数
• 2.1 气体吸收过程的机理
• 2.1.1 气液相平衡
• 2.1.2 对流传质机理
• 2.2 二氧化硫脱除的化学原理
• 2.2.1 吸收原理
• 2.2.2 化学过程
• 2.3 工艺设计和运行的主要参数
• 2.3.1 烟气二氧化硫浓度
• 2.3.2 烟气流量或烟气流速
• 2.3.3 液气比
• 2.3.4 浆液pH值和钙硫比
• 2.3.5 停留时间参数
• 2.4 本章小结
• 第三章 ASPENPLLUS系统中石灰石湿法烟气脱硫工艺模型的开发
• 3.1 工况描述
• 3.2 模型建立
• 3.2.1 组分定义
• 3.2.2 物性方法
• 3.2.3 工艺流程建模
• 3.3 模型验证
• 3.3.1 液气比的影响
• 3.3.2 钙硫比的影响
• 3.3.3 烟气流速的影响
• 3.3.4 模型验证
• 3.4 本章小结
• 第四章 FLUENT在喷淋吸收塔本体设计中的应用
• 4.1 喷淋吸收塔本体经验性设计
• 4.1.1 吸收塔直径设计
• 4.1.2 吸收塔高度设计
• 4.1.3 循环浆液量的计算
• 4.1.4 塔压降的计算
• 4.2 传递过程数学模型
• 4.3 Fluent平台上的模型建立
• 4.3.1 Fluent简介
• 4.3.2 模型与条件
• 4.4 模拟结果与讨论
• 4.4.1 烟气出入口布置的比较
• 4.4.2 烟气入口角度的优化
• 4.4.3 挡板位置与数量的优化
• 4.5 本章小结
• 第五章 ASPENPLUS系统在顺酐吸收解吸工艺优化中的应用
• 5.1 模拟工况及工艺参数
• 5.2 热力学模型的建立
• 5.3 灵敏度分析结果与操作过程的优化
• 5.3.1 进料热状况的分析
• 5.3.2 吸收剂循环流量的分析
• 5.3.3 吸收解吸工艺的热集成分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论
• 6.1 ASPENPLUS系统中石灰石湿法脱硫工艺模型开发结论
• 6.2 喷淋吸收塔本体设计结论
• 6.3 顺酐吸收解吸工艺模拟优化结论
• 参考文献
• 致谢
• 研究成果及发表的学术论文
• 作者和导师简介
• 北京化工大学硕士研究生学位论文答辩委员会决议书