基于液气射流技术改进吸收工艺流程研究

发布时间：2017-07-17 08:00

  本文关键词：基于液气射流技术改进吸收工艺流程研究

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【摘要】：吸收是重要的化工操作单元,是契气、液两相在塔器设备内逆流接触,完成气相溶质向液相溶剂转移,从而提纯气体或获取气体中目标成分的过程。由于受限制于塔内件结构和气液相非强制性重力混合接触,吸收塔内气、液相间相对流动缓慢、液相表面更新速率较低,限制了传质速率,加大了设备投资和操作费用。因此,强化吸收过程传质具有重要意义。本文在对吸收过程传质影响因素分析的基础上,鉴于液气射流泵具有压缩气体的工作特性和液气两相强制性湍流混合接触的优点,提出了一种基于液气射流技术改进吸收工艺的新流程。该流程通过扩容吸收塔底部、增加液气射流泵等部件,以提压并冷却后的塔底吸收剂作为工作流体经液气射流泵吸入并压缩气体进吸收塔底部。相比于传统流程,该流程的优势主要是:1)由于提压液相所需功耗远远小于压缩气相,故能以较低操作成本代价实现吸收塔较高压力操作,更有利于改善吸收效果;2)由于吸收剂和气体在液气射流泵内强制性湍流混合接触,故能极大的提升了气液接触比表面,强化气液传质。在相同工艺条件下该流程能降低压缩机功耗,减少吸收塔塔板数,减小循环吸收剂流量,实现投资减小和能耗降低。为了详细论证本文提出的改进流程,本文首先对其四大组成单元吸收塔、液气射流泵、压缩机和离心泵分别建立相应的机理模型;然后提出以序贯模块法求解改进流程联合模型,基于拓扑结构分析将改进流程划分为四个独立子系统,针对吸收塔子系统中循环物流计算难问题,本文提出以虚拟N+1理论板取代循环物流,简化了吸收塔子系统计算过程,并确定简化后各子系统间的求解流程;最后本文提出了以液气射流泵最优设计为前提的改进流程优化设计思路,研究了以吸收塔理论塔板数N、吸收塔顶压力PT和液气射流泵吸入室入口压力PS为决策变量,以遗传算法为计算手段,以涵盖投资和能耗的年度化总费用最小为目标函数的优化设计。以某炼厂11.6×104t/a催化干气冷油吸收法回收乙烯装置中的冷油吸收塔为例,在MATLAB中编程对本文提出的改进流程进行优化设计。计算结果表明当选取吸收塔理论塔板数N为10块、吸收塔操作压力PT为4.9MPa和液气射流泵吸入室入口压力PS为4.4MPa时,改进流程相比原流程减少了理论塔板数8块,减小了贫吸收剂流量84.7kmol/h,实现每年节省综合费用215.1万元。
【关键词】：吸收过程 液气射流泵 改进流程 联合模型 优化设计
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TQ221.211;TQ053.5
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-20
• 1.1 课题的研究背景及意义10-11
• 1.1.1 研究背景10
• 1.1.2 研究意义10-11
• 1.2 吸收过程概述11-13
• 1.3 文献综述13-18
• 1.3.1 气液传质强化研究进展13-16
• 1.3.2 液气射流技术研究进展16-18
• 1.4 本课题的主要研究内容18-20
• 第二章 吸收过程分析及吸收塔建模20-46
• 2.1 气液平衡理论及分析20-27
• 2.2 气液传质理论及分析27-30
• 2.3 改进吸收工艺流程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 模型验证42-45
• 2.5 本章小结45-46
• 第三章 改进流程建模及优化设计46-72
• 3.1 液气射流泵的基本理论及设计方法46-59
• 3.1.1 基本理论46-49
• 3.1.2 特性方程49-56
• 3.1.3 设计方法56-59
• 3.2 压缩机建模59-61
• 3.3 离心泵建模61
• 3.4 改进流程的联合模型61-68
• 3.4.1 拓扑结构分析61-65
• 3.4.2 自由度分析65-66
• 3.4.3 计算变量与求解流程66-68
• 3.5 改进流程的优化设计68-70
• 3.5.1 决策变量与目标函数68-70
• 3.5.2 优化设计70
• 3.6 本章小结70-72
• 第四章 案例研究72-78
• 4.1 案例概述72-74
• 4.2 约束条件与优化目标74-75
• 4.3 结果对比与分析75-77
• 4.4 本章小结77-78
• 结论与展望78-80
• 参考文献80-84
• 附录 部分MATLAB程序代码84-89
• 攻读硕士学位期间取得的研究成果89-90
• 致谢90-91
• 答辩委员会对论文的评定意见91

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