基于热泵的减阻剂生产余热回收系统设计及热力学分析

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1、硕士研究生学位论文摘要I摘要随着我国工业化进程的不断推进，环境问题日益突出。改善能源结构、增加可再生能源的使用比例是处理环境问题可行的方法之一。我国化工、工业生产中的余热资源十分丰富，但是对余热的回收利用鲜见报道。本文就减阻剂生产中余热的回收利用进行了如下的研究：首先，根据减阻剂生产工艺，在其生产过程中既需要加热也需要冷却。对比现下工业上常用的加热方式和冷却方式，分别选择导热油加热和水源热泵作为其生产过程中的加热方式和冷却方式。加热回路依据减阻剂的生产工艺，使用一套导热油加热器同时对1号反应釜和蒸馏罐进行加热，过程中使用板式换热器对1号反应釜出口的加

2、热油进行降温处理使其满足蒸馏罐的加热温度。冷却回路采用了热泵技术，在满足减阻剂生产过程冷却需求的同时对生产余热回收利用，生产可供职工洗浴使用的55℃热水。经热力学计算，热泵系统每天回收余热可生产55℃热水12945.33L，可供161名职工洗浴。其次，反应釜中物料温升速度是衡量加热系统性能的重要指标之一。以1号反应釜为研究对象，重复性正交试验为研究方法，流体仿真软件FLOEFD为研究工具，对加热油的质量流量、加热油的温度、物料的搅拌速度、反应釜釜体的材料进行明显性判定。结果表明，4个因素对反应釜的温升速度都是明显性影响因素且影响依次减小。判定结果为釜

3、体材料的选取、搅拌速度的确定提供了依据，为同功率下如何缩短加热时间、提升加热速度提供了理论依据。以减阻剂生产过程中的加热功率和制冷功率为数据支撑，重复性正交试验明显性判定结果为指导，减阻剂生产的安全、稳定、节能为目的进行了设备选型。最后，对蒸馏罐的温度控制进行了详细研究。在硬件系统方面，为了可靠、高效的调节通过板式换热器的加热油温度，对可行的控制方案分析对比后选定了调节阀-溢流阀控制方式作为板式换热器中冷却水流量的控制方法。在控制方面，为了避免经典PID控制在温升阶段的积分饱和现象，保证温度稳定阶段有较高的稳定性、抗干扰性，基于蒸馏罐温度控制的大滞后

4、性、延时性，其温升阶段采用了积分分离式PID控制，温度稳定阶段采用了串级PID-Smith预估控制方式，并依据蒸馏罐的实际情况，串级PID控制的内环和外环均选取了PI控制。在仿真软件Simulink的帮助下确定控制系统的内环参数为KPi=1.345、TIi=0.25，外环参数为KPo=0.1、TIo=0.08，然后，对系统在一阶干扰和二阶干扰情况下的稳定性进行分析。结果显示系统稳定性高，可用于减阻剂生产中蒸馏罐温度的控制。从节约环保的基本国策出发，余热回收是重要的研究方向。本课题的研究可以为化工生产中设备的选型提供理论支撑，并扩大以热泵为基础的余热回

5、收系统在化工领域的应用。关键词：减阻剂生产；热泵；FLOEFD；正交试验；Simulink仿真II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbsractIIIAbstractWiththedevelopmentofChina'sindustrializationprocess,theenvironmentalproblemisgettingworserandworser.Improvingtheenergystructureandtheproportionofrenewableenergyisafeasiblewaytodealwiththeenvi

6、ronmentalissues.Thewasteheatresourcesinchemicalandindustrialproductionareveryrich,buttherecycleandreuseofthewasteheatisrarelyreported.Inthisthesis,therecycleandreuseofthewasteheatforadragreducingagentisstudiedasfollows.Firstly,theagentsshouldbeheatedandcooledintheproductionproc

7、essbasedontherequirementofthetechnology.Thehotoilheatingsystemandtheheatpumpcoolingsystemwerechosenastheheatingwayandcoolingway,respectivly,bycomparingtheheatingandcoolingwayscommonlyusedintheindustry.Intheheatingsystem,theNo.1reactionkettleandthedistillationtankwereheatedbythe

8、sameheater,andaplateheatingexchangerisemployedtocoolth