多效蒸发的节能优化与控制研究

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1、分类号：密级：UDC：编号：河北工业大学硕士学位论文多效蒸发的节能优化与控制研究论文作者：李秋荣学生类别：全日制专业学位类别：工程硕士领域名称：化学工程指导教师：张少峰职称：教授资助基金项目：河北省自然科学基金（D2014202074）DissertationSubmittedtoHebeiUniversityofTechnologyforTheMasterDegreeofHereIsTheSubjectorSpecialtyYouEngageENERGYSAVINGOPTIMIZINGANDCONTROLOFMULTI-

2、EFFECTEVAPORATIONPROCESSbyLiQiurongSupervisor:Prof.ZhangShaofengMay2016ThisworksupportedbythenaturalScienceFoundationofHebeiProvince.No.D2014202074摘要多效蒸发技术在溶液浓缩过程中具有广泛的应用，如何实现多效蒸发过程的自动控制已经成为当前工作人员的研究热点问题。利用多效蒸发的方法可以将含有一定氨气的硫酸铵稀溶液中的水分汽化而得到高浓度的硫酸铵溶液，在该生产过程中，要求末效汽相出口

3、中氨气含量越低越好，而现阶段该工艺实际操作中存在加热蒸汽利用不合理且尚未能实现对液相出口浓度的自动控制和调节。为此本文利用化工模拟软件对蒸发过程进行研究，优化和控制系统操作条件，为实现多效蒸发生产工艺的有效控制提供指导。本文应用AspenPlus软件中的HeatX、Heater、Flash2、Pump、Mixter和FSplit建立了三效并流、三效逆流和三效混流的硫酸铵多效蒸发工艺流程，并对模型的准确性进行验证。在模拟过程中，分别考察了进料流量、进料温度、进料硫酸铵含量和加热蒸汽量对三种不同工艺流程浓缩效果的影响；分别考察

4、了换热器热流股出口与冷流股入口温差为2℃、4℃和6℃时三种蒸发形式每蒸发1kg水需要消耗新鲜蒸汽量。研究结果表明：恒定加热蒸汽消耗量时，液相出口溶液浓度随着进料流量的增加而降低，随着进料温度、进料组分含量的增加而升高；恒定液相出口溶液浓度时，加热蒸汽消耗量随着进料流量的增加而增加，随着进料温度、进料组分含量的增加而减少。随着换热器热流股出口与冷流股入口温差的降低，三效并流每蒸发1kg水消耗加热蒸汽量降低最多，三效混流次之，三效逆流最少。采用AspenDynamics软件对三效并流工艺流程进行了动立了基本控制结构的蒸发系统、

5、以进料流量串级控制液相出口溶液浓度和以加热蒸汽量串级控制液相出口溶液浓度的三种控制方案。考察了进料流量、进料温度及进料硫酸铵含量发生变化时，三种控制方案的控制效果。研究结果表明：基本控制结构的蒸发系统超调量大，不能使液相出口浓度保持相对稳定，进料流量串级控制和加热蒸汽量串级控制均能满足液相出口浓度相对恒定，相比较而言，后者最大偏差较小、恢复时间更短。关键词：多效蒸发、AspenPlus、溶液浓缩、AspenDynamics、自动控制IABSTRACTMulti-effectevaporationtechnologyhasa

6、broadapplicationinthesolutionconcentrationprocess,howtoachieveautomaticcontrolofmulti-effectevaporationprocesshasbecomethehotissueoftheexpert,Thehighconcentrationofammoniumsulfatesolutionwasobtainedbyadilutesolutionofammoniumsulfatethatcontainsacertainofammoniatho

7、ughtmoisturevaporization,Intheproductionprocess,theoutletconcentrationinvaporphaseoffinaleffectofammoniaaslowaspossible,howeverButatthisstagetheprocesshasmanyproblemthatwasirrationaluseofhotsteamandithasnotbeenabletoachieveautomaticcontrolandregulationoftheoutletc

8、oncentrationofammoniaintheactualoperation.Sothispaperwiththree-effectevaporationsystemofammoniumsulfateastheresearchobject,usingchemicalsimulationmethod