（化学工艺专业论文）双级氨水吸收制冷系统的模拟优化与改造研究.pdf

双级氨水吸收制冷系统的模拟优化与改造研究 摘要 节能减排是当前国家提倡各工业企业遵循的重要政策，由于节约能源和环境保护的 需要，吸收式制冷机已经得到越来越广泛的应用。某厂双级氨水吸收制冷装置采用从变 换工段来的粗煤气显热为热源，产生的液氨为低温甲醇洗工段提供冷量。从变换工段来 的粗煤气温度约1 8 0 ，进低温甲醇洗工段前需要降低温度，粗煤气经过吸收制冷装置 先回收部分热量，而后进入低温甲醇洗装置进行脱硫脱碳。吸收制冷装置一方面能降低 粗煤气的温度，另一方面能给低温甲醇洗装置提供冷量。本文借助a s p e np l u s 化工模拟 软件，结合文献及工具书提供的氨水物性数据，采用与不同物性方法比较的方式，修正 了a s p e np l u s 中的p s r k 物性方法，使其能准确计算氨水的热力学性质，并采用合适的 传递模型来准确计算系统的传递性质。在此基础上，分别对双级氨水吸收制冷循环的高 低压精馏系统、高低压吸收系统以及蒸发系统进行了模拟计算，并最终完成了全流程模 拟，模拟计算结果与设计值吻合较好。研究了冷却水温度、蒸发温度、热源温度及蒸发 系统中液氨的水含量对系统操作稳定性及系统性能系数c o p 的影响；分析了热源温度 与循环倍率、放气范围之间的关系；提出了强化吸收器吸收效果的方法。分析了高低压 吸收系统分流比、高低压精馏塔发生器热负荷分配对系统性能系数c o p 的影响，进而 对设计工况进行了优化，提出了提高系统c o p 值的方法，优化了设计工况，得出了最 佳进料浓度与分流比使得系统c o p 值达到最大。 装置实际运行过程中蒸发温度与设计值偏差较大，根据现场实际运行过程中存在的 问题，对实际工况进行了理论计算，找出了差别原因，分析了实际运行工况存在的弊端， 并提出解决方案。 由于低温甲醇洗工段扩产改造，需要吸收制冷工段提供的冷量有所增加，需要对吸 收制冷工段进行扩产改造。运用a s p e np l u s 模拟软件进行扩产改造计算后，对吸收制冷 工段的高低压精馏塔的流体水力学及各换热器换热面积进行了核算，以此为基础改变了 低压精馏塔的几何尺寸，提出了用原装置的低压精流塔代替高压精馏塔，节约了改造成 本，并增加了一氨冷器及部分换热器的换热面积，使各换热器满足工艺模拟的传热要求， 工艺计算与设备核算相互结合，最终完成了改造工况的模拟，为装置的改造和运行提供 了理论依据。 关键词：吸收制冷；氨水物性；过程模拟；汽液平衡 双级氨水吸收制冷系统的模拟优化与改造研究 t h es i m u l a t i o na n a l y s i sa n dr e v a m po f t w o s t a g ea m m o n i a w a t e r a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m a b s t r a c t e n e r g y - s a v i n ga n de j e c t i o n d e c r e a s i n ga r et h em a i nt h e s i so ft h em o d e mi n d u s t r y f o r e n e r g yc o n s e r v a t i o na n de n v i r o n m e n tp r o t e c t i o n ，t h ea b s o r p t i o nc h i l l e r sh a v eb e e nw i d e l y u s e d at w o s t a g ea m m o n i a - w a t e ra b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e mu s e st a wg a sf r o ms h i f t c o n v e r s i o np r o c e s sa sh e a tr e s o u r c e t h et e m p e r a t u r eo ft h eg a sf r o ms h i f tc o n v e r s i o np r o c e s s i sa b o u t18 0c e l s i u rs c a l e 。w h i c hs h o u l db ec o o l e dd o w nb e f o r ee n t e r i n gt h el o w t e m p e r a t u r e m e t h a n o lw a s h i n gu n i t ( r e c t i s 0 1 ) ，a n dt h el i q u i da m m o n i a p r o v i d e se n e r g yf o rt h er e c t i s 0 1 i n t h i st a s k ，u s i n ga s p e np l u ss o f t w a r e ，b a s e do na m m o n i a w a t e rt h e r m o d y n a m i cd a t af r o m p a p e ra n dr e f e r e n c eb o o k s ，w i t ht h ei m p r o v e dp s 黜 ：7 2 7 9 6 1 陆恩锡，张慧娟化工过程模拟及相关高新技术( i i ) 化工过程动态模拟化工进 展，2 0 0 0 ，( 1 ) ：7 6 7 8 【6 2 r e i d ，r c ，p m u s n i t zjm ，p o l i n gbe t h ep r o p e r t i e so fg a s e sa n dl i q u i d s ，f o u r t he d i t i o n n e w y o r k ：m c g r a w - h i l l ，19 8 6 【6 3 郭天民等多元汽液平衡和精馏北京：化学工业出版社，1 9 8 3 ：3 4 8 3 7 9 6 4 】z h o ul i ，h a nz e n w e i ，y uk u o s u n g an e ws t r a t e g yo fn e td e c o m p o s i t i o ni np r o c e s ss i m u l a t i o n j ； c o m p c h e me n g ；1 9 8 8 ，1 2 ( 6 ) ：5 8 1 6 5 】a s p e np l u s 物性方法和模型大庆石化总厂计算机开发公司编印，1 9 9 9 【6 6 】徐士鸣吸收式制冷循环及制冷工质研究进展( i ) 流体机械，1 9 9 9 ，2 7 ( 2 ) ：5 7 6 1 6 7 j 徐士鸥吸收式制冷循环及制冷工质研究进展( ) 流体机械，1 9 9 9 ，2 7 ( 3 ) ：5 2 5 7 【6 8 】谢扬，沈庆扬a s p e np l u s 化工模拟系统在精馏过程中的应用化工生产与技术，1 9 9 6 ，6 ( 3 ) ： 1 7 2 0 6 9 】k h m e j b r i ，a b e l l a g i m o d e l l i n go ft h et h e r m o d y n a m i cp r o p e r t i e so ft h ew a t e r a m m o n i am i x t u r eb y t h r e ed i f f e r e n ta p p r o a c h e s j ，i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f r e f r i g e r a t i o n ，2 0 0 6 ，2 9 ：211 - 2t8 。 7 0 】武向红，陈斌，郑丹星氨水吸收式制冷循环的热力学分析【j 华北电力大学学 报，2 0 0 3 ，3 0 ( 5 ) ：6 6 6 9 。 7 1 】郑丹星，武向红，陈斌描述氨水体系v l e 行为适宜热力学模型的研究 j 】工程热物理学报，2 0 0 1 ， 2 2 ( 4 ) ：4 01 - 4 0 4 。 7 2 】s y e ds h r l z v la n dr o b e r ta h e l d e m a n n v a p o r - l i q u i de q u i l i b r i ai nt h ea m m o n i a - w a t e r s y s t e m j zc h e m e n g 1 9 8 7 3 2 ：1 8 3 1 9 1 7 3 】河北工学院氮肥工艺设计手册。石油化学工业出版社1 9 7 4 ，4 0 0 - 4 0 1 【7 4 k o d a la ，s a h i l lb ，e k m e k c ii ，y i l m a zt ，t h e r m o e c o n o m i co p t i m i z a t i o nf o ri r r e v e r s i b l ea b s o r p t i o n r e f r i g e r a t o r sa n dh e a tp u m p s ，e n e r g yc o n v e r s i o na n dm a n a g e m e n t ，2 0 0 3 ，4 4 ( 1 1 ) ：1 0 9 - 1 2 3 【7 5 r d m i s r a ，p k s a h o o ，a g u p t a t h e r m o e c o n o m i ce v a l u t i o na n do p t i m i z a t i o no f a na q u a a m m o n i a v a p o u r a b s o r p t i o nr e f r i g e r a t i o ns y s t e m i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo fr e f r i g e r a t i o n ，2 0 0 6 ，2 9 ：4 7 - 5 9 一1 0 2 大连理工大学硕士学位论文 【7 6 】y o n gt a ek a n g ，a t s u s h ia k i s a w a ，t a k a ok a s h i w a g i a n a l y t i c a li n v e s t i g a t i o no ft w od i f f e r e n t a b s o r p t i o nm o d e s ：f a u m gf i l ma n db u b b l et y p e s j i n t e r n a t i o n a lj o u r n a lo f r e f r i g e r a t i o n ，2 0 0 0 ， 2 3 ：4 3 0 4 4 3 1 0 3 - 双级氨水吸收制冷系统的模拟优化与改造研究 攻读硕士学位期间发表学术论文情况 ( 1 ) 孙道青，张述伟，刘健工业双级氨水吸收制冷系统的模拟与优化化工进展( 全 国中文核心期刊，中国科技核心期刊) ，2 0 0 8 ，2 7 ( 4 ) ：6 2 5 6 3 0 属于本论文的2 、3 、4 章内容。 ( 2 ) 孙道青，张述伟，刘健，王静双级氨水吸收制冷系统的工艺模拟与改造化学工 业( 中国石油和化学工业中文核心期t - j j ) ，2 0 0 8 ，2 6 ( 5 ) ：2 0 2 2 属于本论文的5 章内容。 ( 3 ) 刘健，张述伟，孙道青低温甲醇法净化天然气工艺流程的研究天然气化工， 2 0 0 7 ，3 2 ( 5 ) ：4 7 5 0 ( 4 ) 刘健，张述伟，孙道青低温甲醇洗与甲烷深冷回收相结合工艺的研究化学工 程师，2 0 0 7 ，第5 期( 已录用) 大连理工大学硕士学位论文 致谢 本论文是在张述伟教授的悉心指导下完成的，论文的选题、开题、研究过程和撰写 的每一个环节，无不得到导师的悉心指导和帮助。张老师认真工作与严谨治学的态度给 我留下了深刻的印象，使我受益匪浅。就读研究生期间，张老师严以律己、宽以待人的 崇高风范，朴实无华、平易近人的人格魅力，以及对我学习、生活和工作上无微不至关 怀，都使我终生难忘。谨在此向张老师表示深深的