詹世亮[1]2000年在《ACW体系气液平衡研究》文中研究表明NH_3-CO_2-H_2O(ACW) 体系是化工生产中的常见体系，随着工业化的发展和世界各国对环境保护的重视，化学和石油工业必须更加合理有效地利用能源和减少污染。准确描述ACW体系的热力学性质，可为反应过程的优化操作，反应器的优化设计以及有效的回收利用废液中的CO_2和NH_3提供理论基础。 ACW体系是一个较为复杂的三元弱电解质体系。本文以Edwards模型为基础，运用了Broyden法求解了ACW体系的气液平衡热力学模型，模型计算结果与文献值较为接近。 因为大多数热力学模型参数仅仅在一定范围内有效；并且大多数热力学模型是由一组非线形方程组成，求解较为困难．而人工神经网络和遗传算法作为所谓的" 纯粹"的算法不需要热力学模型，对于气液相平衡计算是非常方便的。但是由于传统BP算法易于陷入局部最小值，而传统遗传算法又有收敛较慢的缺陷，所以本文采用遗传神经网络算法对ACW体系气液平衡进行了研究，避免了传统算法的缺陷。 相图是以几何图形来表示多相平衡条件（温度、压力、组成）的关系。由于图形具有直观性强、信息量大的优点，所以对于分析多组分、多相物系是很有用的。本文用Matlab开发出ACW体系三元相图。并将采用遗传神经网络算法对ACW体系气液平衡计算结果反映在ACW体系气液平衡相图中。
付雪梅[2]2011年在《尿素生产解吸及水解系统热力学研究与设备模拟》文中研究指明本文搜集、整理、分析了NH_3-CO_2-H_2O-Urea(ACWU)体系在不同温度、压力、组成条件下的气液平衡实验数据、相图,采用活度系数法建立了ACWU体系的汽液平衡热力学模型。本文在温度60~160℃、压力<3.0MPa、液相氨摩尔含量<0.3条件范围内,建立了ACWU无尿素反应体系的汽液平衡模型,其中采用扩展型UNIQUAC活度系数方程描述体系液相状态,SRK状态方程描述体系气相状态。为使模型能更好的描述体系汽液平衡状态,实验数据中增加了NH_3-CO_2-H_2O (ACW)体系温度60~160℃、压力<3.0MPa、液相氨摩尔含量<0.2条件下的实验数据,并将扩展型UNIQUAC方程中相互作用能参数进行了关于温度的修正,采用单纯形法回归得到的相互作用能参数。将建立的ACWU无尿素反应体系汽液平衡热力学模型运用于尿素生产解吸系统中解吸塔的模拟计算。37组ACWU体系数据采用模型计算所得的平衡压力与文献值的平均相对误差为9.14%,390组ACW体系数据采用模型计算所得的平衡压力与文献值的平均相对误差为2.77%。结果表明,该模型可在较宽的温度、压力、浓度范围内预测ACW、ACWU汽液平衡体系;并为尿素工艺中低压回收系统的设备模拟计算、操作优化、设备核算提供可靠的理论基础。
张香平[3]2002年在《尿素生产系统热力学研究及流程模拟开发》文中研究表明尿素作为一种重要的化学肥料，在世界范围内其生产和使用居首位，此外它也是一种用途广泛的工业原料。自二十世纪三、四十年代以来，与尿素生产相关的理论研究和工业应用研究就一直为人们所关注，成为化学工业一个重要的学术研究领域。当今日益严重的能源危机和日益恶化的环境状况促使人们对这一工业过程进行更为深入的研究，以达到节能降耗、清沾生产的目的。本文从尿素生产系统的热力学气液平衡机理模型的研究入手，对尿素工艺高压流程模拟系统进行开发研究，以期为尿素工业生产提供一定的理论指导。论文的主要内容有： 1．热力学模型是进行化工过程模拟的基础，是决定模拟结果是否准确的最关键因素之一。论文首先基于Edwards模型建立了NH_3-CO_2-H_20体系气液平衡热力学机理模型，着重对模型的求解算法进行了详细的研究，将联立求解方程组的方法与模拟实际反应过程、以反应进度稳定为收敛准则的迭代法相结合，设计出稳定收敛的算法，以满足尿素流程低压设备模拟计算的需要。将热力学模型用于尿素生产流程中冷凝工段各冷凝器的模拟计算，所得计算结果与实际相符，可将其作为全流程模拟的单元模块，同时也验证了热力学模型的可靠性， 2．本文采用扩展的UNIQUAC方程对NH_3-CO_2-H_2O-urea体系气液平衡进行模拟计算，以满足尿素生产系统中高压系统的流程模拟计算的需要，并重新回归厂模型氨组分的标准态逸度，使模型计算结果与实际数据更为相符。首次将“物种群”概念引入求液相物种活度系数的扩展UNIQUAC方程中，用“物种群”间的交互作用代替实际物种间的交互作用，大大减少了模型参数个数，简化了计算及参数回归，将该模型用于NH_3-CO_2-H_2O-urea体系中低压部分的气液平衡模拟计算，与原模型计算值相比，平衡压力平均相对误差降低了3.6％。所提出的模型同样适用于伴随有化学反应的多组分溶液体系的气液平衡热力学计算。 3．以NH_3-CO_2-H_2O-urea体系气液平衡热力学机理模型为基础，采用平衡级模型及非平衡级模引(基于非全混流模型，考虑传质通量)对尿素生产系统的关键设备——尿素合成塔进行了模拟计算，将计算结果同实际设计及实际操作数据作了比较。我们首次将该热力学机理模型用于非平衡级模型的计算，所得到的合成塔内的参数分布与实际的分析结果更为相符。 4．采用平衡级模型对高压汽提塔进行了模拟计算，计算结果同高压相图的分析结果进行了比较，模型适用于CO_2汽提塔及NH-3汽提塔。也以此验证了NH_3- 大江搜工大学N门，学位论义 CO。－H。O－。lrea体系热力学机理拱型及单元设备模型的正确性。问时对其他高压 设爷进行了建模分析与计算。5｛f对尿素高压部分各单元设备建立严格模型并求解的基础上，考虑到该系统媚 环流股多、流程复杂的特点，我们采川联立模块法开发尿素高压流程模拟系统， 交替求解模块水平上各单元的机理模型和流程水平上的简化模型，从而完成对 高压圈的模型计算。本方法既保证了各单元模块机理模型的使用，又避免了由 丁流程复杂而导致采用序贯模块法时模拟过程不易收敛、计算时问过长等问 题，同样也无需求解采用联立方程法时所形成的大型仆线性方程组。模拟计算 结果同设计数据吻合。6 在实际工程应用中，许多忧化问题常常需要同时满足多个目林的需求，而这些 口标函数又常常是相互冲突的。本文首伙以二氧化碳平衡转化率和未反应的氮 量作为两个目标函数，同时优化求解尿素合成过程的主要控制参数——操作硫 度、氨碳比和水碳比。采用多口标微观遗传算法对该多目标优化问题求解，汕 策者可从求解得到的优化解集Pareto fronts中根据自己的意向和各日标所赋权 哲的大小寻求满意解。本二－作对实际厂业中尿素合成过程操作参数的优选有巫 要的指导意义。
高腾飞[4]2015年在《改进的热力学方程模拟尿素水解系统》文中提出尿素是最简单的有机化合物之一,是含氮量最高的固体氮肥,被大量用于农业领域。在尿素合成过程中,产生了大量工艺冷凝液,直接排放会造成环境污染和资源浪费。尿素生产流程中设置工艺冷凝液处理设备,即解吸水解装置,是减少环境污染,降低物料损耗,提高产品市场竞争力的必然选择。关于尿素体系热力学的研究主要集中于尿素合成过程,对解吸水解的报道很少。为了更好的研究工艺冷凝液处理过程,开发适用于此过程的热力学模型是十分必要的。通过修正气体常数的修正型维里方程描述气相中强极性组分H2O、NH3和弱极性组分CO2之间的缔合现象。把扩展型UNIQUAC方程整合,描述液相中非理想的弱电解质体系。并利用基于化学平衡的理论,建立了该过程单平衡级热力学模型。经验证,模拟数据及其变化趋势和文献数据吻合度较高。可以看出废液进口温度和流量都与尿素的水解效率存在正相关关系。该热力学模型丰富了尿素体系的热力学研究方法,可进一步用于工业水解过程整塔模型建立。有较好的理论和实践利用价值。建立了斯塔米卡邦(Stamicarbon)工艺冷凝液处理流程的全塔平衡级热力学模型。对流程各个单元中各气液相出口物料的计算浓度和温度分别与工厂的参数做了对比,计算值与工厂值吻合度较好。该模型可用于研究进料流量和温度,高低压蒸汽流量,回流比等对尿素水解效率的影响。发现凡是能提高循环流程体系温度的参数,如进料工艺冷凝液温度,高低压蒸汽流量,减少回流比等操作,都将有助于提高水解效率和氨及二氧化碳的移除率。
于宏[5]2006年在《尿素装置中高压系统热力学研究及合成塔的模拟》文中认为尿素是一种重要的化学肥料，在世界范围内其生产和使用居氮肥的首位，而且它在工业原料的生产中也占有举足轻重的地位。自尿素工业发展以来，与之相关的理论研究和工业应用研究就一直为人们所关注。对尿素生产过程进行系统的流程模拟研究，以寻求最优操作条件，提高尿素的生产效益、节能降耗及清洁生产，是当前化肥工业的重要研究方向，也是深受众多学者关注的重要研究课题。 本文以NH_3-CO_2-H_2O-Urea体系(ACWU体系)的热力学汽液平衡机理模型的研究为基础，对尿素工艺过程的高压合成及中压分离设备进行了汽液平衡计算。根据对尿素合成体系热量衡算的焓值计算方法的研究，采用平衡级的数学模型对尿素合成塔进行模拟，建立合理的尿素合成体系数学模型并开发出相应的计算机模拟程序。本文的主要研究内容如下： (1) 采用扩展的UNIQUAC方程计算液相活度系数，结合PHS状态方程求解气相逸度系数的方法，建立尿素装置中高压系统的汽液平衡热力学模型。对模型的求解算法进行详细的研究，采用迭代的方法，求解由气液相平衡、化学平衡及电离平衡等联立的方程组，设计出稳定收敛的算法，并编制相应的计算机模拟程序。 (2) 针对由上述热力学模型对ACWU体系进行汽液平衡模拟计算时，对液相组分的平衡计算较为准确，而对气相压力的计算偏差较大的情况，采用复合形优化方法对热力学模型中的摩尔体积和亨利系数等相关参数进行重新回归，并以尿素工艺流程的高压合成及中压分离设备为例进行了汽液平衡模拟计算，计算结果同实际吻合较好，说明该模型在进行参数优化后，能够在较宽的压力和温度范围内对尿素反应体系的汽液平衡进行模拟计算。 (3) 针对尿素反应过程模拟与计算中涉及到的热量衡算，在水溶液全循环法的尿素工艺流程条件下，对常用的扩展的UNIQUAC方程、PHS状态方程以及经验公式的焓值计算方法进行了对比研究，确定了尿素合成过程的焓值计算方法。以尿素生产流程中的预分离器为例，采用扩展的UNIQUAC方程和PHS状态方程计算物流焓值的方法对其进行了闪蒸模拟计算，得出的出口气液相温度和气液相摩尔组
陆续[6]2016年在《尿素水解制氨过程模型与实验研究》文中研究说明火电厂SCR烟气脱硝系统普遍采用液氨法制备还原剂,近年来,国内外发电企业对液氨使用过程中的潜在危险越来越重视,以尿素替代液氨制备氨气的工艺开始受到广泛关注。尿素分解法制备脱硝还原剂分为热解法和水解法,其中水解制氨工艺在前期设备投资方面比热解法低11%,年运行费用低约27%,将具备更强的市场竞争力。尿素水解技术来源于化工行业尿素生产中的废液回收工艺,应用于火电厂SCR烟气脱硝还原剂制备时,其反应机理和工艺设计均具有显著的差别。目前针对尿素水解制氨的理论研究主要在半间歇和间歇反应器上进行,而工业用连续反应器中的尿素水解制氨是一个伴随传热传质的化学反应过程,其理论模型有待进一步完善。为研究开发适用于火电厂烟气脱硝所需的尿素水解技术,本文对工业连续反应器中的尿素水解制氨过程进行了理论建模和实验研究。首先,采用物料平衡方程、热量平衡方程、化学平衡方程及相平衡方程组成的非线性方程组来构建开口体系内尿素水解过程的热力学模型和动力学模型,并引入修正的Lewis-Randall方程和修正的Herry方程来描述水解反应器内H2O-NH3-CO2-(NH2)ZCO(ACWU)四元多自由度气液平衡关系,气液两相的非理想性则分别采用PR状态方程和扩展UNIQUAC模型进行修正。尿素水解反应体系内的换热过程由蒸汽放热、盘管导热和尿素溶液吸热三部分构成,蒸汽放热过程可采用冷凝换热模型,尿素溶液吸热过程则符合沸腾换热的特征。为模拟工业反应器的传递过程条件,在西安热工研究院设计搭建了一台尿素水解中试装置,并开展了实验研究。结合实验数据分析了压力、温度和给料尿素溶液浓度对气液相组分和产氨速率的影响,从反应器结构设计和腐蚀防护两方面确定了最优的尿素水解工艺操作参数,具体为操作压力0.6MPa(定压运行)、操作温度140～160℃、尿素溶液给料浓度40%～60%。最后,探讨了内外扩散传质过程对反应动力学的影响,拟合得到了适用于火电厂烟气脱硝用尿素水解制氨工艺条件下的反应动力学参数,具体为指前因子A等于2979461.82s-1,活化能E等于86.575 kJ/mol,该动力学模型可用于工业化放大。
魏顺安, 杨楠, 付雪梅, 董立春, 张舒雯[7]2011年在《尿素溶液分离体系的汽液平衡》文中研究指明以NH3,CO2为原料的合成尿素溶液中含有NH3,CO2,H2O,NH2CONH2等组分,在减压解吸、蒸发等过程中都需要NH3-CO2-H2O-NH2CONH2无尿素反应体系的汽液平衡计算。文中采用文献中NH3-CO2-H2O体系以及上述四元体系在温度为60—160℃、压力小于3.0 MPa、液相NH3摩尔分率小于0.3范围内的汽液平衡实验数据,汽液平衡计算中用SRK方程计算气相组分的逸度系数,用扩展型UNIQUAC方程计算溶液中各真实组分的活度系数,并采用单纯形法回归UNIQUAC方程中的相互作用能参数(该参数与温度相关)。模型的模拟计算结果和实验数据吻合较好。
王廷祥[8]2012年在《大气冷凝水化学特性研究》文中指出大气酸沉降给生态环境和经济社会带来了极大的影响,已经引起了人们的高度重视。大气水系统中的水大部分是以水蒸汽形式存在的。因环境条件的差异,这些水蒸汽会在高空或地面发生理化反应而形成各种水汽凝结体(如宏观的雨、雪；微观的雾、露、霜),这些悬浮于大气中的水汽凝结体就组成了大气湿沉降。各种水汽凝结体在形成过程中会因不断吸收污染物而使其化学特性发生变化。综合研究各大气水汽凝结体的化学特性,有助于了解不同地区大气污染状况、各水汽凝结体之间的差异以及大气中重要化学过程,为制定相关政策法规提供有力的实验理论支持。目前国内外对大气湿沉降化学的研究多集中在雨、雪等宏观气象现象上,而对雾、露以及霜等不显著的微气象现象研究则较少,尤其是露和霜。大气化学过程绝大部分都离不开水蒸汽的参与。探讨各大气化学过程中纽带——水蒸汽的化学特性,有助于揭示大气中重要化学过程的机制。基于此,本论文提出了大气冷凝水概念,完成了以下三个部分的研究工作：(1)不同水汽凝结体化学特性比较。比较分析各大气水汽凝结体化学特征。结果发现常见大气水汽凝结体中TWSI含量总体表现为雾>露>霜>雨>冷凝水>雪,pH值则总体呈现出雾<霜<雨<雪<冷凝水<露。从物质绝对含量上看,第一集团(雾、露和霜)要比第二集团(雨、雪和冷凝水)高1～2个数量级。雨水因其本身沉降量巨大,且在漫长沉降过程中不断吸收污染物质,故而也常常表现出较高的物质含量。(2)大气冷凝水化学特性。通过2011年3～11月对上海大气冷凝水样品以及6月17日～7月5日对黄山雾水样品采样分析。结果表明大气冷凝水pH值为6.5±0.2,多呈弱酸性(近中性)；比雾水和雨水pH值高2～3个pH单位,与露水pH值比较接近。冷凝水EC值比其他水汽凝结体低1～2个数量级,仅占同期同站点雾水的1.9%,说明冷凝水的总物质含量明显低于常见水汽凝结体。其中SO42-和NH4+是冷凝水主导阴阳离子,SO42-/NO3比值高达13.1,几乎是其他水汽凝结体的10倍；NO3-含量比NO2-低,这是已有大气水汽凝结体化学研究中尚未出现的；Ca2+和Mg2+含量分别只占雾、露、雨和霜的1.2%、2.3%、15.8%和20.1%。水溶性有机酸(CH3COOH、MSA、HCOOH和H2C2O4)含量占冷凝水TWSI的4.1%,而同期同站点雾水和雨水中这四种有机酸含量分别仅占TWSI的0.9%和0.8%；冷凝水和雾水中有机酸与pH值均呈现出一定程度的负相关性；冷凝水中有机酸对TFA的贡献可达到4.3%,其中MSA和H2C2O4对TFA贡献最大,分别达到3.8%和0.4%；同期黄山雾水中有机酸对其TFA的贡献仅为0.2%,比冷凝水的低很多。较高的有机酸含量是大气冷凝水区别于其他水汽凝结体的一个显著特征。(3)大气冷凝水化学中典型化学过程。综合分析大气冷凝水各离子间的相关关系以及各离子含量随时间的变化特征。大气冷凝水和雾水中SO42-与NO3-相关系数分别为0.3和0.9；雾水中SO42-、N03-与金属离子(K+、Ca2+和Mg2+)之间存在明显的相关性,而冷凝水中它们不具有相关性(相关系数为负值),说明冷凝水中主要致碱因子不是各金属离子,且各金属离子含量极低；冷凝水中Mg2+与Ca2+相关系数很高,其原因可能是大气中的水汽在陆源矿尘粒子沉降过程中溶解了其表面的部分离子,这些已溶解的陆源离子就会“暂住”于水汽中而进入冷凝水,从而导致冷凝水中出现常见致酸离子与陆源碱性离子间不具有相关性,而各陆源碱性离子之间却表现出较高相关度的异常现象；冷凝水中NH4+与SO42-的相关系数是0.9,而NH4+与NO3-之间几乎不存在相关性(r=0.2),表明上海大气中的铵类化合物主要以硫酸盐为主；冷凝水中有机酸离子MSA-与HCOO-、CH3COO-以及C2O42-之间的相关系数依次为0.7、0.4和0.5,此外MSA-与SO42-之间相关系数也达到0.4,这表明有机酸可能来自于大气中DMS的一系列氧化分解过程。冷凝水中TWSI日变化较大,中午13点和晚上21～23点时会出现两个峰值,这可能分别是由于光化学反应和春季逆温层所导致的。
李自强[9]2004年在《巴陵分公司尿素装置流程模拟及应用》文中认为本文针对NH_3-CO_2-H_2O及NH_3-CO_2-H_2O-Ur溶液物系的气液平衡进行了研究,从尿素体系的通用热力学模型出发,经过合理的简化,建立了适用于尿素生产全浓度范围的热力学模型以及尿素物流的焓值计算模型。本文以CO_2汽提法尿素装置为依托,将这两种模型应用于流程模拟中,建立了全系统的稳态流程模拟,在原始设计及实际生产条件下的模拟计算结果与生产数据吻合较好,说明了所建立的模型的合理性。并对装置在生产负荷变化后不同工况进行了模拟计算,就如何调整系统工况及对装置进行改进提出了建议。
王然[10]2017年在《滴流床中氢—水同位素催化交换过程的模拟与优化》文中进行了进一步梳理采用氢-水同位素催化交换过程进行氢同位素分离,在裂变反应器重水升级和聚变反应器废水处理方面很有前景。本文在实验的基础上,对逆流操作的滴流床催化交换反应器中的氢气脱氘过程进行了模拟。反应器内混装有疏水催化剂和亲水填料。本文对模型中传质系数关联式中参数进行了拟合,并通过确定参数的模型考察了非绝热操作的中试催化交换反应器脱氘效果的影响因素并得到优化的操作条件。基于非绝热反应器模型,本文建立绝热反应器模型并将其模拟结果与非绝热反应器进行对比。非绝热反应器内氢气加湿过程主要发生在反应器底部。忽略氢气加湿造成的湿度和气液流量变化会使得氢气脱氘率计算值偏高。反应器内气-固相催化交换和HDO气液传质从反应器顶部到底部交替控制总同位素交换速率,且控制步骤转化点位于反应器底部的氢气加湿主要发生区域。反应器内疏水催化剂有效因子较低,气-固相催化交换受内扩散影响很大。基于建立的模型,本文得到了非绝热反应器优化的操作条件。绝热反应器内,轴向温度变化显著提高。在较大进料气液摩尔比时,绝热反应器中部出现气液等温区且加湿过程主要发生在反应器底部和顶部。绝热反应器内氢气加湿过程较非绝热反应器明显不充分,使得反应器内液相流量变化和湿度下降。绝热操作提高了反应器内HDO气液传质,降低了气-固相催化交换速率,然而对催化剂有效因子影响较小。本文通过建立的模型得到了绝热反应器优化的操作条件并与非绝热反应器进行了对比。
参考文献：
[1]. ACW体系气液平衡研究[D]. 詹世亮. 大连理工大学. 2000
[2]. 尿素生产解吸及水解系统热力学研究与设备模拟[D]. 付雪梅. 重庆大学. 2011
[3]. 尿素生产系统热力学研究及流程模拟开发[D]. 张香平. 大连理工大学. 2002
[4]. 改进的热力学方程模拟尿素水解系统[D]. 高腾飞. 天津大学. 2015
[5]. 尿素装置中高压系统热力学研究及合成塔的模拟[D]. 于宏. 青岛科技大学. 2006
[6]. 尿素水解制氨过程模型与实验研究[D]. 陆续. 华北电力大学(北京). 2016
[7]. 尿素溶液分离体系的汽液平衡[J]. 魏顺安, 杨楠, 付雪梅, 董立春, 张舒雯. 化学工程. 2011
[8]. 大气冷凝水化学特性研究[D]. 王廷祥. 复旦大学. 2012
[9]. 巴陵分公司尿素装置流程模拟及应用[D]. 李自强. 湘潭大学. 2004
[10]. 滴流床中氢—水同位素催化交换过程的模拟与优化[D]. 王然. 天津大学. 2017