尿素装置中高压系统热力学研究及合成塔的模拟

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1、Y937913分类号晰级学校代码：10426学q：2003012004备岛搬挂太学硕士研究生学位论文论文题目：尿素装置中高压系统热力学姓名指导教师学科专业专业代码研究方向研究及合成塔的模拟于宏金思毅教授化学工艺081702化工系统工程2006年6月10日青岛科技大学研究生学位论文尿素装置中高压系统热力学研究及合成塔的模拟摘要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、

2、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NH3．C02．H20．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烩值计算方法的研究，采用平衡级的数学模型对尿素合成塔进行模拟，建立台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

3、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

4、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尿素装置中高压系统热力学研究及合成塔的模拟成与文献中的数据符合较好。说明本文所采用的热量衡算的焓值计算方法，可用于尿素体系单元设备的模拟与计算。(4)通过对尿素合成体系的研究，采用平衡级模型，结合以上求解ACWU体系汽液平衡的热力学模型，以及尿素反应过程热量衡算的焓值计算方法，对尿素合成塔进行模拟计

5、算，开发了相应的计算机模拟程序，并以水溶液全循环法的尿素合成塔的模拟为例检验了模型的可靠性。关键词：ACWU体系热力学模型汽液平衡尿素合成塔平衡级模型II青岛科技大学研究生学位论文THERMODYNAMICSTUDYONTHEMEDlUMANDHIGHPRESSURESYSTEMOFUREAPROCESSANDSYNTHESlSREACTORSIMULATl0NABSTRACTUmaisoneofthemostimportantnitrogen-basedfertilizersandindustrialmaterialintheworld．Althoughithasbeenlon

6、gtimesinceHi'caindustrydevelopedandmuchworkhasbeendoneonureaprocesssimulation，thebasictheoryandindustryapplicationrelatedtoBreasynthesissystemarestillstudiedextensivelybymoreresearchers．andnOWithasbeenanimportantacademicresearchregioninchemicalengineering．WitIltheenergycrisisandthesevererenvi

7、ronmentalpollution，moreandmoreresearchesareattachedontheureaprocesstodevelopthebasicindustry．Itisanimportantresearchsubjectdirectionofthefertilizersindustryofresearchingtheflowsheetsimulationonureaproductionprocess，seekingtheoptimizedoperatio