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化工生产一体化系统能量集成及弹性操作

作　者: 吉海涛
导　师: 张红晶
学　校: 重庆大学
专　业: 化学工程与技术
关键词: 换热网络 夹点技术 全局灵敏度 弹性分析 旁路优化
分类号: TQ223.121
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


MDI一体化项目作为世界上规模大、产品链长、工艺构成复杂程度高的项目之一，生产过程中节能潜力巨大，实现生产过程中的能量梯级利用以及换热网络的优化与综合，提高能源利用率，对化工行业一体化具有突出的示范意义。本论文围绕这一主题，以MDI一体化系统甲醇子工艺为例，分析了甲醇子工艺能量梯级利用以及甲醇子工艺换热网络的优化与综合。根据工艺流程信息与文献资料，利用ASPEN PLUS软件对甲醇工艺进行全流程模拟，得到了主要换热单元的热负荷以及进出用能设备的物流信息。再根据用能一致性原则，将主要换热设备和用能设备转化为相当的冷流股和热流股。采用夹点技术法，利用Aspen Energy Analyzer软件对其冷、热流股进行匹配，得到了能耗最小的换热网络。根据经验方法和换热网络初步综合，得到了满足工艺要求的换热方案。将基于方差的全局灵敏度分析方法——Sobol’法引用到换热网络灵敏度分析中。对换热网络进行Sobol’法全局灵敏度分析，在各流股温度波动的边界值为15%，热容流率波动的边界值为10%的条件下，建立数学模型。采用Latin超立方采样确定了各因素波动的边界值。通过结果分析确定全局灵敏度分析三条规律。通过分析，得出反应气冷却气H1初始温度值对换热网络操作性能的影响最大，反应气冷却气H1初始温度值与其它因素交互作用明显。对换热网络进行弹性分析，计算换热网络各因素的单调性，得到物流出口温度波动值域的两个边界极限值。建立甲醇工艺弹性分析数学模型，确定目标函数与约束条件，并用LINGO软件对NLP模型进行求解。得出换热器的最终面积。模拟后的换热器面积总和与原换热器面积总和相比，减少的比例为1.62%，减少的总面积为105.44m~2。逐一分析了换热网络设计裕量与换热器长期运行后换热器热垢对换热器换热效率的影响。以换热网络旁路设置原理为基础，建立甲醇工艺换热网络旁路优化的数学模型。经过分析确定了甲醇工艺换热网络旁路优化的位置。即在加压塔冷凝器H2与常压塔冷凝器H8两股流股的换热器上设置旁路，旁路开度分别为0.35和0.32。

全文目录


摘要  3-4
ABSTRACT  4-8
1 绪论  8-14
  1.1 选题背景  8-9
    1.1.1 能源  8
    1.1.2 化工行业的用能与节能  8-9
    1.1.3 本课题背景  9
  1.2 国内外研究现状  9-12
    1.2.1 换热网络优化合成  9-11
    1.2.2 换热网络的柔性分析  11-12
  1.3 课题研究目的  12-13
  1.4 课题研究内容  13
  1.5 本章小结  13-14
2 换热网络优化合成  14-22
  2.1 夹点分析法  14-17
    2.1.1 温焓图与复合曲线  14-16
    2.1.2 夹点确定的意义  16-17
  2.2 甲醇工艺热集成分析  17-20
    2.2.1 甲醇工艺介绍  17-19
    2.2.2 甲醇工艺各装置能耗计算  19
    2.2.3 甲醇工艺换热网络匹配  19-20
  2.3 本章小结  20-22
3 换热网络灵敏度分析  22-33
  3.1 灵敏度分析分类  22
  3.2 Sobol’法全局灵敏度分析原理  22-23
  3.3 换热网络 Sobol’法分析数学模型  23-25
  3.4 甲醇工艺灵敏度计算  25-28
  3.5 甲醇工艺灵敏度结果分析  28-31
  3.6 本章小结  31-33
4 换热网络弹性分析  33-42
  4.1 参数弹性分析  33
  4.2 单调性分析  33-34
  4.3 弹性网络数学模型  34-36
  4.4 甲醇工艺换热网络弹性分析  36-40
    4.4.0 甲醇工艺物流识别  36-38
    4.4.1 甲醇工艺弹性换热网络数学模型  38-39
    4.4.2 结果分析  39-40
  4.5 本章小结  40-42
5 换热网络旁路优化控制  42-50
  5.1 旁路优化分析  42-43
    5.1.1 换热网络初始条件波动  42
    5.1.2 换热网络设计裕量  42-43
    5.1.3 换热器热垢影响  43
    5.1.4 旁路中设置换向阀  43
  5.2 旁路优化设计准则  43-44
    5.2.1 旁路设计原理  43-44
    5.2.2 旁路设计原则  44
  5.3 旁路优化设计数学描述  44-45
  5.4 换热器热垢分析  45-46
  5.5 甲醇工艺旁路位置分析  46-48
    5.5.1 旁路位置的确定  46-47
    5.5.2 热垢影响下换热器开度  47-48
  5.6 本章小结  48-50
6 结论与展望  50-52
  6.1 结论  50
  6.2 展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-58
附录  58
  A. 作者在攻读学位期间发表的论文  58
  B. 甲醇工艺各物流数据  58

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中图分类: > 工业技术 > 化学工业 > 基本有机化学工业 > 脂肪族化合物（无环化合物）的生产 > 脂肪族醇（醇、羟基化合物）及其衍生物 > 脂肪族醇 > 饱和一元醇 > 甲醇（木精）
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