數(shù)學(xué)模型法在化工中的應(yīng)用

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1、數(shù)學(xué)模型法在弛放氣回收課題中的應(yīng)用1前沿：大慶石化公司研究院開發(fā)的丁辛醇裝置弛放氣回收課題,過程研究完成小型模擬試驗,工程研究完成了概念設(shè)計。為了盡快得到基礎(chǔ)設(shè)計,以便提前開展工程設(shè)計,加快課題的工業(yè)化進(jìn)程,沒有采用通用的開發(fā)方法進(jìn)行中間試驗來獲取工程設(shè)計需要的條件,而是采用數(shù)學(xué)模型法,通過理論分析,確定了弛放氣回收項目開發(fā)放大研究需要解決的關(guān)鍵問題和解決辦法。利用化工流程模擬軟件進(jìn)行了模擬計算,確定了相平衡常數(shù),吸收塔理論板數(shù),并優(yōu)化了小型試驗流程2理論分析及模擬驗證:開發(fā)放大研究是基于小試或模試基礎(chǔ)上,由于小試受到實驗規(guī)模、試驗條件

2、和實驗手段的限制,有時得不到準(zhǔn)確的組成數(shù)據(jù)和氣液傳遞等數(shù)據(jù)。從弛放氣回收工藝特點分析,主要是準(zhǔn)確的確定吸收劑用量。吸收劑用量確定后,出塔的物流組成也就確定,吸收劑用量是受最小吸收劑用量和塔板數(shù)的制約,因此,如何確定最小吸收劑用量和理論塔板數(shù)是進(jìn)行開發(fā)放大研究需要解決的關(guān)鍵問題之一。另外,由于開發(fā)放大研究沒有經(jīng)過中試研究過程,其小試工藝是否合理也是開發(fā)放大研究需要解決的關(guān)鍵問題。相平衡常數(shù)對最小吸收劑用t的影響吸收單元操作中,根據(jù)對產(chǎn)品的要求(這里指C3收率),對塔進(jìn)行物料衡算后,可以得出最小吸收劑用量為:在壓力一定的條件下,影響相平衡常

3、數(shù)大小的是吸收系統(tǒng)的溫度。在丁醛做吸收劑吸收弛放氣C3系統(tǒng)中,伴有熱量放出l],塔的溫度從上至下逐漸升高,至塔底附近達(dá)到最高值?？梢詳喽?此過程為非等溫吸收過程,在非等溫吸收過程中,相平衡常數(shù)是變量,相平衡曲線的斜率不是定值。由于小試研究沒有提供吸收溫度范圍內(nèi)的相平衡常數(shù),因此,只能通過理論分析,確定出幾種可能的相平衡曲線形狀。丁醛是撥基合成裝置中合成丁辛醇的中間產(chǎn)品,其工業(yè)組成數(shù)據(jù)比較準(zhǔn)確。采用PRo/II模擬軟件對其模擬,模擬結(jié)果與工業(yè)裝置組成數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,從而可以確定適合于丁醛、C3物系的熱力學(xué)模型。通過此模型可以計算出相平衡常數(shù)

4、,裝置組成數(shù)據(jù)與模擬計算結(jié)果見表l：從表1中可以看出,采用模擬計算得出的吸收液組成與工業(yè)裝置組成接近,證明模擬采用的熱力學(xué)數(shù)據(jù)適合丁醛、C3物系特點,也證明了模擬計算得出的相平衡常數(shù)是比較準(zhǔn)確的。在吸收溫度范圍內(nèi),其相平衡常數(shù)見表2利用表2的相平衡常數(shù),根據(jù)(l)式可計算出最小吸收劑用量Lmin=47.23koml/h外,模擬計算優(yōu)化出的吸收劑用量:L=70.47kmol/h,L/Lmin=1.49,此值也證明了吸收劑用量的合理性。3吸收塔理論板數(shù)對吸收劑用量的影響吸收塔理論板數(shù)與吸收劑用量有關(guān),它們之間的關(guān)系為:從式(2)可知,吸收劑

5、用量大,需要的板數(shù)少,同時,造成的負(fù)面影響是塔徑相應(yīng)增大,吸收塔、解析塔操作費用增加,二者之間有最佳值。根據(jù)經(jīng)驗,一般N

6、工藝流程基礎(chǔ)上,對吸收,解析工藝進(jìn)行優(yōu)化,使之在技術(shù)上、經(jīng)濟(jì)上更加合理,以增強工藝競爭性。4結(jié)論(l)應(yīng)用PRO/II軟件對弛放氣工藝中的吸收塔進(jìn)行了模擬計算,確定了吸收溫度范圍內(nèi)的相平衡常數(shù),最小吸收劑用量為47.23km0Fh。(2)用開發(fā)放大方法模擬優(yōu)化了小試工藝流程,推薦解析塔的操作壓力1.8MPa,塔頂溫度為35℃,釜溫為200℃。5參考文獻(xiàn)：1大慶石化公司研究院.弛放氣回收概念設(shè)計.1997.62馮伯華等.化學(xué)工程手冊(3)北京:化學(xué)工業(yè)出版社,1989.12～57