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双加压法硝酸生产流程的动态模拟

作　者: 鲁亚东
导　师: 王健红
学　校: 北京化工大学
专　业: 化学工程
关键词: 双加压法硝酸生产模拟
分类号: TQ111.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

硝酸是化学工业中的重要产品之一,用途十分广泛。本文对国内外硝酸工业的发展进行了比较全面的总结,对不同的硝酸生产工艺流程进行了比较,分析了各个工艺的优点和缺点。与其它方法相比,双加压法生产硝酸的氧化压力适中,吨酸铂耗少:吸收压力高,对氮的氧化物吸收有利,产酸浓度高,氨耗低,酸尾排放的NO_x含量低。双加压法的这些优点,使其在硝酸工业生产中占据了主导地位。本文在对某化工厂“四合一”机组双加压法硝酸生产的工艺流程和设备进行分析的基础之上,建立了数学模型,并对稳态与动态数学模型进行求解。在进行模型求解时,综合运用了切割技术、双层法以及追赶法,加快了计算速度,提高了计算的稳定性。并且对系统进行了动态仿真,研究了开停车过程并分析了参数波动对生产过程的影响,预测了设备故障或其他的事故工况时所采取的不同的控制策略。整个模拟过程能够很好地反映出装置正常工况时的设备运行情况。模拟结果不仅可以作为操作人员分析生产过程的依据,而且还为改进设计和操作条件的优化以及降低能量消耗提供了有价值的参考,模拟结果对指导实际生产过程很有意义。

全文目录

摘要  4-6
ABSTRACT  6-14
第一章文献综述  14-29
  1.1 化工流程模拟概述  14-15
  1.2 化工流程模拟基本方法  15-18
    1.2.1 稳态流程模拟  15-17
    1.2.2 动态流程模拟  17-18
    1.2.3 动态模拟与稳态模拟的比较  18
  1.3 流程模拟系统的组成  18-20
    1.3.1 系统模型  19-20
    1.3.2 物性数据  20
    1.3.3 求解方法  20
  1.4 化工流程模拟在化工中的应用  20-21
  1.5 化工流程模拟的发展方向  21-22
  1.6 硝酸生产工艺简介  22-26
    1.6.1 世界硝酸生产概况  22-23
    1.6.2 常用硝酸生产工艺  23-24
      1.6.2.1 常压法  23
      1.6.2.2 全压法  23-24
      1.6.2.3 综合法与双加压法  24
    1.6.3 硝酸生产工艺之间比较  24-25
    1.6.4 国内硝酸生产概况  25-26
  1.7 我国双加压法硝酸生产技术的发展  26-28
  1.8 论文题目选取的目的和意义  28-29
第二章双加压法硝酸生产流程的分析  29-38
  2.1 主要反应方程式  29
  2.2 氨氧化反应及影响因素  29-33
    2.2.1 氨催化氧化的速率控制步骤  30
    2.2.2 氨氧化的物料和热量衡算  30-31
    2.2.3 氨氧化反应的影响因素  31-33
      2.2.3.1 反应温度  31-32
      2.2.3.2 反应压力  32
      2.2.3.3 混合气中氨的浓度  32
      2.2.3.4 接触时间  32
      2.2.3.5 催化剂的活性  32
      2.2.3.6 原料气的净化度  32-33
  2.3 NO氧化反应及影响因素  33-36
    2.3.1 温度与压力对反应速度的影响  33-34
    2.3.2 压力对NO氧化空间的影响  34-35
    2.3.3 NO氧化的适宜气体含量  35-36
  2.4 吸收反应机理及影响因素  36-38
    2.4.1 吸收反应机理  36-37
    2.4.2 影响吸收反应的因素  37-38
第三章双加压法硝酸生产装置主要设备分析  38-47
  3.1 氨空混合气  38-39
  3.2 氧化炉和废热锅炉  39-41
    3.2.1 氧化炉  39-40
    3.2.2 废热锅炉  40-41
  3.3 吸收塔与漂白塔的结构  41-42
    3.3.1 吸收塔  41
    3.3.2 漂白塔  41-42
  3.4 空气过滤器与氨过滤器  42
    3.4.1 空气过滤器  42
    3.4.2 氨过滤器  42
  3.5 换热器  42
  3.6 气液分离器  42
  3.7 “四合一”机组  42-47
    3.7.1 蒸汽透平机  43-44
    3.7.2 尾气膨胀机  44-45
    3.7.3 空气压缩机  45
    3.7.4 氧化氮压缩机  45-47
第四章数学模型  47-55
  4.1 流程模拟基本模型  47-55
    4.1.1 基本物性数据  47
    4.1.2 热力学性质模型  47-51
      4.1.2.1 流体P-V-T关系模型  47-48
      4.1.2.2 流体的实际摩尔焓模型  48-49
      4.1.2.3 逸度模型  49
      4.1.2.4 相平衡模型  49-50
      4.1.2.5 活度系数模型  50-51
    4.1.3 流动模型  51-52
    4.1.4 换热器的数学模型  52-53
    4.1.5 塔的数学模型  53-55
第五章模型求解算法与系统动态仿真  55-67
  5.1 稳态数学模型求解算法  55-62
    5.1.1 切割技术  55-56
    5.1.2 双层法  56-61
    5.1.3 追赶法  61-62
  5.2 动态数学模型求解与系统动态仿真  62-67
    5.2.1 动态数学模型求解的体系结构及意义  63-64
    5.2.2 动态模型与求解算法:跟踪逼近算法  64-65
    5.2.3 控制系统仿真策略  65
    5.2.4 方程组分块与序贯模块法  65-67
第六章流程模拟结果分析与讨论  67-72
  6.1 主要工艺指标模拟结果  67-68
  6.2 开车程序  68-69
  6.3 正常生产时的操作  69
  6.4 停车程序  69-70
  6.5 事故处理  70-72
    6.5.1 中控部分事故处理  70-71
    6.5.2 机组部分事故处理  71-72
第七章结论  72-73
参考文献  73-76
附录  76-79
致谢  79-80
研究成果及发表的学术论文  80-81
作者和导师简介  81

双加压法硝酸生产流程的动态模拟

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