氨水吸收式制冷精馏塔模拟计算与动态分析

发布时间：2017-07-19 18:10

  本文关键词：氨水吸收式制冷精馏塔模拟计算与动态分析

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【摘要】：氨水吸收式制冷是一种以热能为补偿的制冷循环过程,具有可综合利用低品位热能、耗电量少、能源适应性强、制冷工质对环境友好等优点。由于制冷剂氨与吸收剂水的标准沸点相差不大,在发生过程中产生的蒸汽含有一部分水蒸气,而这部分水蒸气的存在将会对氨水吸收式制冷系统的COP性能产生很大的影响,因此该制冷系统利用精馏塔来提纯氨蒸汽。氨水吸收式制冷运行工况不仅与加热热源温度及制冷温度有关,还与环境温度有关,精馏塔的运行工况随环境温度的变化而变化,这样精馏塔经常在变工况以及各种扰动因素下工作,而且精馏塔的精馏效果直接影响到制冷系统的性能,因此对精馏塔稳态下运行工况的优化及动态控制方法的研究应当引起足够的重视。目前在实际应用中,仍以传统的精馏塔结构为主,本文通过选择适宜的氨水相平衡物性方程,对氨水吸收式制冷精馏塔建立数学模型,通过参数分析对已有精馏塔设备提出改进措施,在此基础上探索进一步提高氨水吸收式制冷系统COP的方法,具有积极的指导意义,然后又在各种扰动因素下对精馏塔进行动态模拟分析,对氨水吸收式制冷精馏塔建立必要的控制系统。开展的工作主要包含以下几个方面：(1)确定描述NH3及H2O相平衡特性的物性方程。对文献中提到的状态方程模型与活度系数模型进行分析,选取5种物性方程分别在1 MPa和2MPa压力下进行相平衡计算,所得计算结果与罗寻费尔德提出的氨水溶液气液平衡数据值进行比较,并且借助Aspen plus软件的数据回归功能进一步修正物性方程的二元交互作用参数来优化物性方程,确定能描述氨水相平衡特性最适宜的物性方程。结果表明修正的PR-BM方程能够较为准确的预测氨水溶液的相平衡特性。(2)对精馏塔建立不同的数学模型并求解分析,通过对比选择适合的数学模型。对精馏塔建立平衡级模型和两种非平衡级模型,列出控制方程,并对所列方程组数值求解,将计算结果与文献中的实验数据进行详细的参数对比,进而采用与实际较接近的模型来预测操作工况对精馏效果的影响。(3)借助自由度分析方法,选取合适的独立变量和非独立变量,使用建立的数学模型多次迭代求解进行参数分析。首先对精馏塔内部的回流比、塔径、溢流堰高度、精馏段和提馏段塔板数等参数进行分析,对已有的精馏塔设备进行优化改进；接着又在经过改进的精馏塔的基础上进一步分析进料浓度、发生器热负荷、进料位置、精馏塔操作压力等参数对精馏过程的影响,所得结论对进一步提高氨水吸收式制冷系统COP,具有重要意义。(4)对精馏塔的开环响应过程和闭环响应过程进行动态模拟,并对精馏塔建立有效的控制系统。在Aspen plus稳态模拟的基础上,计算出精馏塔各结构的尺寸数据,添加动态模拟需要的初值,建立流量驱动精馏塔模型,导入Aspen dynamic软件,首先对精馏塔建立LP型控制系统和LPC型控制系统,然后在克服缺点的基础进行改进,研究发现改进后的LPCT型控制系统能够在进料组成、进料量等扰动因素下,有效实现对氨水吸收式制冷精馏塔重要参数的目标控制。
【关键词】：氨水吸收式制冷 精馏塔 物性方程 数学模型 动态模拟
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TB65
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第一章 绪论10-16
• 1.1 课题研究背景10-12
• 1.1.1 严峻的能源与环境问题10
• 1.1.2 氨水吸收式制冷技术10-11
• 1.1.3 精馏塔在氨水吸收式制冷中的重要作用11-12
• 1.2 国内外研究现状12-14
• 1.2.1 对氨水相平衡特性的研究12-13
• 1.2.2 对精馏塔数学建模及系统优化的研究13
• 1.2.3 对精馏塔动态特性及控制方法的研究13-14
• 1.2.4 对新型精馏过程的研究14
• 1.3 课题的提出及主要内容14-16
• 第二章 确定描述NH_3及H_2O相平衡特性的物性方程16-22
• 2.1 物性方程的选择16-18
• 2.2 比较物性方程的计算值和已知的氨水相平衡数据值18-20
• 2.3 使用数据回归方法修正二元交互作用参数20-21
• 2.4 本章小结21-22
• 第三章 精馏塔数学模型的建立22-40
• 3.1 引言22-24
• 3.2 平衡级模型的建立与求解过程24-27
• 3.3 非平衡级模型(Ⅰ型)的建立与求解过程27-29
• 3.4 非平衡级模型(Ⅱ型)的建立与求解过程29-32
• 3.5 数学模型计算结果与实验数据的对比32-38
• 3.6 本章小结38-40
• 第四章 氨水吸收式制冷精馏塔优化改进与参数分析40-50
• 4.1 自由度分析方法40-41
• 4.2 精馏塔优化改进41-45
• 4.3 精馏塔参数分析45-48
• 4.4 本章小结48-50
• 第五章 精馏塔动态模拟50-63
• 5.1 氨水吸收式制冷精馏塔变工况分析50-51
• 5.2 精馏塔控制的基本原理51
• 5.3 Aspen plus稳态模型的建立51-54
• 5.4 开环响应的动态精馏过程—Aspen dynamic54
• 5.5 闭环响应的动态精馏过程—Aspen dynamic54-62
• 5.6 本章小结62-63
• 第六章 结论与展望63-65
• 6.1 研究总结63-64
• 6.2 研究展望64-65
• 参考文献65-68
• 致谢68-69
• 攻读硕士期间科研成果69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 黄维佳;郑丹星;;NH_3-H_2O-[P4444]Cl体系气液相平衡测定[J];工程热物理学报;2015年07期

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3 翁晶凯;柳建华;张良;陆至羚;张瑞;;2种精馏塔对氨水吸收式制冷机性能的影响[J];化学工程;2014年06期

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5 孔丁峰;柳建华;;氨吸收式制冷系统性能模拟与实验[J];现代化工;2013年12期

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7 孔丁峰;柳建华;王瑾;张良;陈小砖;;膜接触器用于氨吸收式制冷精馏过程[J];膜科学与技术;2011年04期

8 曾纪s，

本文编号：564151