基于氨合成塔的模拟与操作优化

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1、沈阳化工学院硕士学位论文氨合成塔的模拟与操作优化姓名：武文申请学位级别：硕士专业：化学工程指导教师：周世贤20031231沈阳化工学院硕士学位论文摘要摘要氨是一种重要的化工原料，它在农业、工业、国防、医药、冶金等方面有着重要用途，同时对我国国民经济的发展也有重要的作用。合成氨工业是基础化学工业之一，其产量居各种化工产品的首位。氨合成塔是合成氨厂生产过程中的关键设备，其性能尽管主要取决于合成塔内件的结构，但其操作性能的好坏直接影响原料气和动力消耗的高低及设备性能的发挥。本文采用一维拟均相数学模型，即认为反应气体以活塞流通过

2、催化床层，不存在径向流速分布和轴向流体的返混，将催化剂的中毒、衰老、还原等因素合并成校j1==系数，并且对四段校正系数进行了反算。本文模拟计算了国内具有代表性的日产千吨的Kellogg氨合成塔操作工况，在此基础上对该塔的操作工况进行优化。结果表明：当反应器填装A110．1型催化剂时，氨合成塔第二段、第三段、第四段入口温度分别为703K、689K、699K时，第一段入口温度在658K时．出口氨含量最大。在．第一段、第二段、第三段、第四段入口温度分别为684K、703K、689K、699K时，循环气氢氮比在2,6时产量最大．

3、。本文共分三大部分，第一部分主要阐述我国和国际合成氨工业发展概况、合成氨生产的典型流程、模拟和优化的基本概念、数学模型的分类以及建模的方法。第二部分主要阐明一维拟均相模型原理建模过程及求解模型所需的各种基础数据的求取方法，同时运用Matlab语言对一维拟均相模型进行模拟计算，并且利用计算结果绘出各床层压力、温度、氨含量随各床层高度的变化阻及各个床层温度、氨含量、压力的相互关系。第三部分是在其它条件不变的情况下，分别改变第一段入口温度、氢氮比、空速时对出口氨含量的影响，并绘出相应的关系图。最后本文运用单纯形法进行多维搜索，

4、找到在原料气组成和入塔气量一定的条件下，四段入口温度分别为691K、683K、680K、697K时，日产量最大为1147．2吨。关键词数学模型氨合成塔模拟操作优化H沈阳化工学院硕士学位论文AbstractTheammoniaiSthechemicaiengineeringrawmaterial．Ithasbeenwidelyusedinagriculture，industry,nationaldefense，medicine，metallurgy,etc．Atthesametime，ithasplayedaninport

5、antroleinthedevelopmentofourcountryofnationaleconomy．Theammoniasynthesizingindustryisoneoftheimportantfoundationchemistryindustries．It’Syieldisbeyondanyotherkindofchemicalengineeringproduct．Tlleammoniasynthesisconverteristhemainkeyequipments，althoughitsmainfuncti

6、ondependonconstruction，whethertheoperationfunctionisgoodornot，It’Soperationfunctionisdirectlyinfluencerawmaterialtoconsumejlighandlow．Withtheconstantincreasesesofworldthepopulation，makingchemicalfertilizerandotherindustrialchemicalsneedalotofmaterialsofannominaan

7、dincreaseedgradually．Therawmaterialsofthesyntheticammoniaarenitrogenandhydrogen．Thenitrogencomefromtheair．nlesourceofthehydrogenisrelativewide．suchasthecoal，petroleum，thenaturalgas，theheavyoil，water,etc．111eCOUrseofsyntheticammonianeedstoconsumealargeamountofener

8、gy．Nowdaystheenergybecomeshortage．Theenergy—conservingtechnologyismoreextensivepopular,Inthisarticle，mathematicalmodelofammoniasynthesisconverterwithfor—axisin