某合成氨厂氨合成工段换热网络地模拟与优化.pdf

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1、July2006现代化工第26卷增刊304Mo(lernChemicallndustr}2006年7月某合成氨厂氨合成工段换热网络的模拟与优化董其伍，靳遵龙，刘敏珊，刘宏(郑州大学热能工程研究中心，河南郑州450002)摘要:降低化工过程系统用能的手段之一就是应用系统能量综合技术，对整个系统进行用能的分析及调优，确定整个换热网络最佳的流程结构，在满足过程工艺物流初、终温要求的基础上，使其具有最少的设备投资费用和操作费用。基于夹点设计为主要方法，以年平均费用最小为目标，利用化工模拟软件SIMSCIHEXTRAN对某大型合成氨厂氨合成工段进行模拟，发现传热温差较大，用能状况有不尽合理之处

2、，提出改善建议，并给出优化结果。关键词:夹点设计;换热网络;模拟;优化中图分类号:TQ083.3文献标识码:A文章编号:0253一4320(2006)S1一0304一03SimulationandoptimizationofheatexchangernetworkforammoniasynthesizingworkshopsectionDONGQi-wu，JINZun-long，LIUMin-shan，LIUHong(ThermalEnergyEngineeringResearchCenter,ZhengzhouUniversity,Zhengzhou450002,China)Abs

3、tract:Oneofthemainmethodstodecreasetheenergyconsumptionofthechemicalprocessistointegrateprocessesintoonetomakeanalysisandoptimizationofthewholeprocesses.Thebeststructureofexchangernetworksofthewholeprocesscouldbeobtainedwhichmeettheneedoftemperaturesforoperationwiththeleastcostspent.Thesynthesi

4、zingworkshopsectionofanammoniaplantwassimulatedwiththechemicalprocesssimulativesoftwareSIMSCIHEXTRAN,duringwhichthepinchtechnologywasused.Thetemperaturediferenceofheattransferinthenetworkwasfoundtobetoohigh.Andtheenergyconsumedwassomewhatunreasonable,inviewofwhichsomeadviceforimprovementwasputf

5、orward.Keywords:pinchtechnology;heatexchangernetwork;simulation;optimization合成氨反应是体积缩小的放热反应，从热力学的流股都提取出来，把整个装置流程作为一个整体角度分析，升高压力、降低温度有利于反应的进行，考虑，提取系统过程中与工艺物流匹配换热或与公但低温时反应速度极慢，为了加速反应，工业生产中用工程流股匹配换热的所有工艺物流作为参与能量必须使用催化剂，反应的温度同时受到催化剂活性分析的流股。现场流程图如图1所示，从其中提取温度的约束。的主要物流数据如表1所示。在其他条件一定时，必然存在一个合成氨反应最适宜的

6、温度。但是由于在反应初期，最适宜温度已经超过催化剂活性温度，并且在合成反应开始初期，即使不是在最适宜温度反应速率也很大。因此，在设计合成塔时，应尽可能使反应温度在反应的中、后期接近最适宜温度，这样对强化生产、降低能耗等十分有益川。根据所采用的合成氨反应催化剂，该装置设计进人催化剂的床层温度为380T，出催化1一启动加热器;2-氨转换反应器;3一废热锅炉;4一换热器;剂床层温度为414cCo5一气体冷却器;6一冷凝器;7一回路冷凝器1;8一回路冷凝器2;9一分离器;10一闪蒸器1工艺物流基本数据的提取图1工艺流程图依据数据提取原则，将凡是参与能量转换过程收稿日期:2005一12-23;

7、修回日期:2006-04-24作者简介:董其伍(1941一)，男，大学，教授，博士生导师，主要从事过程装备强化传热及过程系统能量综合优化方面的研究，0371一63887312qwdong@zzu.edu.en.2006年7月董其伍等:某合成氨厂氨合成工段换热网络的模拟与优化.305表1现场条件下的主要物流数据总流率温度/℃组分摩尔分数/%kmol/hkJ/h进口出口ArNH,kg/h26239气曰8560.7827.881.374.122610202325