6万吨/年NaOH多效蒸发系统模拟与优化设计

“西南石油大学” 2014

郝吉鹏

【摘要】: 多效蒸发系统在隔膜烧碱生产中具有重要作用. 它使用热能蒸发稀碱溶液中的水三效蒸发器真空上不去，以获得浓NaOH溶液. 然而，该过程将伴随着NaCl固体的沉淀，并且具有高能耗的特征. 因此，如何进一步优化多效蒸发系统的设计以提高其工艺经济性是许多化学设计人员的重要研究课题. 随着计算机技术的不断进步，化学过程仿真技术为化学过程的设计和优化提供了强大的工具，尤其是使用过程系统工程方法开发的先进的过程仿真软件，不仅提供了严格的物理性能计算模型，而且化学单元操作模型和开放的建模环境. 因此，将这种过程仿真软件应用于多效蒸发过程的仿真和优化设计中，可以提高其设计水平和工艺经济效益，具有重要的现实意义. . 本文应用Aspen plus中HeatX，Flash2，FSplit，混合器，管道，泵和Sep的通用单元操作模型和设计模块，同时独立编写两个FORTRAN程序计算模块C-PRES和C-CIRC ，以建立简单的三效并流，冷凝水闪蒸蒸发的三效并流，与冷凝水预热原料液体的三效并流，冷凝水和附加蒸汽的三效并流预热系统的原料液严格工艺数学模型，它不仅应用了严格的电解质物理性能计算模型和每种物质的真实成分，而且还考虑了每种效应循环流量和二次蒸汽管道系统的作用三效蒸发器真空上不去，以及每个效果均等面积的设计原则上，四项技术的蒸汽产生经济性参数，每个效果蒸发器的传热面积和主要物流结果逻辑过程进行了仿真和分析. 同时，利用灵敏度分析法研究了单效二次蒸汽萃取的附加量.

研究结果表明，使用冷凝液对原料液进行预热的过程在节省蒸汽消耗，各种效果的传热面积和真空系统成本方面明显优于采用冷凝液闪蒸的过程;增加导致效果原料液体的二次蒸汽预热可以进一步提高蒸汽产生的经济性，减少每种效果的传热面积和真空系统的成本，但其提取量受到限制三级预热器的传热面积. 基于冷凝水预热原液的三效并流蒸发系统的严格过程模型，以每效蒸发器的总传热面积最小，年总成本最小作为优化设计的数学模型构造了优化目标函数. 总成本中考虑了强制循环泵的年耗电成本，其中蒸汽消耗，第一效蒸发室的压力和第二效蒸发室的压力为决策变量，即SQP采用优化算法求解优化设计模型，并对优化结果进行了分析. 研究结果表明，每种效应总传热面积最小的优化设计不仅可以有效地节省每种效应的总传热面积，而且在一定程度上节省了蒸汽消耗;年总成本最小. 优化设计进一步减小了二效蒸发器的传热面积，同时增加了三效蒸发器的传热面积.

[学位授予单位]: 西南石油大学

[学位]: 硕士

[学位奖]: 2014

[分类号]: TQ114.2

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