高效节能海水淡化热泵并流多效蒸发系统研究

为了降低海水淡化过程的能耗,首次建立了同时包含蒸汽喷射式热泵技术、引出额外蒸汽预热海水和冷凝水闪蒸等3种节能措施的海水淡化热泵并流多效蒸发系统的数学模型,并用矩阵方程的形式描述该模型,具有很强的通用性,可简化为具有不同节能措施组合或无节能措施的并流多效蒸发模型,还可实现热泵在任意效抽汽的功能。用收敛速度快的迭代法结合矩阵法模拟求解海水淡化热泵并流9效蒸发系统,结果表明同时采用上述3种节能措施,且在满足相关约束条件下,使海水的预热温度尽可能高,使热泵的喷射系数和抽汽位置均为最佳值时该蒸发系统是高效节能的,节省的生蒸汽消耗量最高可达16.72%左右。     

选择热泵多效蒸发系统最佳流程的新方法

为了能从众多多效蒸发流程中快速准确地筛选出能耗最低的最佳流程,建立了筛选多效蒸发最佳流程的新方法——矩阵法。新方法将多效蒸发系统中的物料衡算和热量衡算非线性方程组描述成矩阵方程,当流程或节能措施改变时,无需重新推导数学模型,只需将矩阵方程中的若干参数重新赋值,模型就能模拟并流、逆流、各种形式的错流、平流和平错流,还能模拟上述流程有或无蒸汽喷射式热泵技术、引出额外蒸汽预热原料液、冷凝水闪蒸和溶液闪蒸的各种情况,从而快速准确地筛选出最佳流程。浓缩菠萝汁的三效蒸发系统的模拟筛选结果表明:不采用任何节能措施或仅采用冷凝水闪蒸或仅采用蒸汽喷射式热泵技术时,最佳流程是逆流;同时采用蒸汽喷射式热泵技术、引出额外蒸汽预热原料液和冷凝水闪蒸的并流流程最佳,其节省的生蒸汽消耗量高达42.77%。矩阵法是筛选多效蒸发最佳流程的新方法,具有通用性强、效率高、速度快且准确等突出优点。     

从KCl-NaCl浸出液中分离提纯氯化钾的多效蒸发结晶能耗分析研究

建立了从烧结电除尘灰浸出液中分离提纯氯化钾的多效蒸发结晶模型,采用数学拟合的方法拟合得到KCl-NaCl溶液的xKCl-xNaCl-t和p-xNaCl-t的数学方程,避免了手工逐步逼近计算的繁琐,也实现了计算机编程对烧结电除尘提纯分离氯化钾的多效蒸发结晶过程的模拟求解。优化计算得到了KClNaCl溶液的四效蒸发过程的能量消耗,同时研究了冷凝水闪蒸、额外蒸汽引出预热原料液及冷凝水闪蒸额外蒸汽预热联合措施对四效蒸发系统生蒸汽用量的影响,结果表明,有冷凝水闪蒸可以节省生蒸汽5.59%,有额外蒸汽引出预热原料液可以节省生蒸汽11.86%,额外蒸汽引出预热原料液比冷凝水闪蒸更能合理利用额外蒸汽的潜热,节能生蒸汽的用量。2种节能措施联用可以节省生蒸汽18.17%,比单个节能措施的节能效果简单加和更具有节能优势。     

复杂逆流多效蒸发系统的模拟

建立有冷凝水、完成液预热符效进料,或冷凝水、完成液闪蒸,闪蒸蒸汽加入对应压力的蒸发器中,作加热蒸汽的复杂逆流多效蒸发系统的数学模型,提出了一种采用常规迭代法求解的计算方法,用面向对象的Pascal语言,编制计算程序,可模拟计算二至七效常规和复杂逆流蒸发系统,并以碱液为例,计算和比较三效逆流的5种流程.     

多效蒸发系统优化设计目标函数的建立与求解

建立了带有冷凝水闪蒸的并流多效蒸发系统优化设计新模型。该模型以整个蒸发系统的年总费用（包括加热蒸汽年费用、真空系统年费用以及蒸发器和各辅助设备的年折旧维修费用等）最小为优化目标,以生蒸汽压力、冷凝器真空度及各效有效传热温度痉为决策变量,提出一种新算法——复合形法嵌套拉格朗日乘子法和矩阵法求最优解。算例表明,生蒸汽压力、冷凝器真空度、价格参数和冷凝水闪蒸对优化结果影响显著,按新模型优化设计比常规设计可节省年费用16％左右。新算法对初值要求不高、收敛稳定性好、收敛速度快。     

基于Delphi的多效蒸发设计与操作模拟软件的开发

蒸发是重要的化工单元操作之一,目前,蒸发操作广泛应用于制盐、制碱、制糖、食品、医药、造纸、抗菌素、海水淡化、原子能等工业生产中,同时也正被应用于环境保护中废弃物的浓缩处理过程.本文综合各类多效蒸发流程的特点,将顺流型、逆流型流程各分为5小类典型流程.在此基础上建立了普通型和带冷凝水闪蒸、原料预热、末效出料闪蒸等能量回收设备的复杂型顺、逆流多效蒸发流程的设计与操作模拟计算数学模型,利用Delphi编程工具软件,开发了可在Windows操作平台上独立运行的可视化模拟计算软件,并利用此软件对各类典型顺、逆流多效蒸发流程进行了工艺计算,通过对计算结果的分析,指出了效数、蒸发器面积等因素对多效蒸发经济性指标的影响,得出了理论上较优秀的流程类型.     

复杂平流多效精馏系统能量集成模型及过程模拟

为了更合理利用能量,将平流多效精馏系统中各效塔底产品、第1效至第n-1效塔顶产品及首效再沸器中加热生蒸汽的冷凝液用于预热原料液,建立由多效精馏及多级预热2个子系统构成的复杂平流多效精馏系统的能量集成模型。用于模拟具有切点系统的高度非理想溶液的平流多效精馏过程,用迭代法结合矩阵法求解。结果表明:用系统余热预热原料液可节省加热生蒸汽消耗量25%～35%,是1种非常有效的节能措施;各效精馏塔回流比及再沸器的有效传热温差、首效塔底再沸器中加热生蒸汽压力(或温度)、末效塔顶压力(或温度)、原料液的预热温度等参数,对平流多效精馏系统的操作费用及设备费用影响很大。     

化工精馏高效节能技术开发及应用

高效节能精馏流程通过优化构造流程结构,合理利用精馏塔顶蒸汽的冷凝潜热,可以大幅度降低精馏过程的能耗.本文系统研究各种节能型精馏流程,重点分析3种热泵精馏、4种多效精馏和4种热偶精馏的流程特点,建立节能型精馏流程优化模拟及分析系统,将模拟优化计算的结果与普通精馏流程对比.结果表明,热泵精馏节能率可达80%以上,多效精馏40%以上,热偶精馏20%以上,为工业化应用提供设计依据和友好的平台.     

基于子流程图的氧化铝蒸发过程模拟系统

为了便于分析并优化氧化铝蒸发过程中蒸汽消耗的分布,设计一种基于子流程图的氧化铝蒸发过程模拟系统。介绍氧化铝蒸发的工艺流程,针对氧化铝多效蒸发流程中各效内部单元模型基本相同的特点,在创建流程图时引入子流程图来管理单元模块和相关变量,以简化整体流程图、提高求解效率。采用Lee-Rudd环路分解法切割流程图中的环路,寻找最佳收敛模块。该系统提高了蒸发模拟系统建模的可重用性。     

精馏装置中采用直接蒸汽再压缩式热泵的计算方法研究

精馏装置中使用热泵是节能的一种有效措施,而以直接蒸汽再压缩的热泵流程为最佳。本文给出了计算的数学模型和以有效能损失最小为目标函数的设计方法,并结合实例阐明了此种热泵的节能效果和经济效益。     

低浓度DMF废水的热集成回收新工艺

针对普通精馏回收低浓度废水中的DMF能耗高问题,本文提出了6种热集成节能方案,尽可能充分利用各物流的潜热和显热,以期达到降低能耗的目的:1)初始三效精馏工艺;2)增加多级进料预热器的三效精馏;3)四效精馏工艺;4)带热泵的三效精馏;5)单塔热泵精馏;6)改进的单塔热泵精馏。并应用Aspen Plus流程模拟软件对6种节能方案进行了模拟计算。结果表明:对于低浓度DMF废水体系,多效精馏和热泵精馏与普通单塔精馏相比,均有显著的节能效果;增加多级进料预热系统,充分利用物流的潜热和显热,能耗明显降低;四效精馏与增加多级进料预热器的三效精馏节能效果相当;热泵精馏比多效精馏更加节能;改进的单塔热泵精馏最节能,节能率达到79%,每小时仅需3.6t的低压蒸汽,就可处理10t的废水,回收0.5t的DMF。六种节能方案比普通精馏节省约37.1%、47.6%、47.2%、67.9%、73.3%、79.0%的能耗。本文的研究结果对老装置的改造和新装置的设计有一定的指导意义。     

氧化铝蒸发系统的模拟

在氧化铝蒸发工序中,生蒸汽流量和母液出口浓度是重要的能耗指标和出口质量指标;目前,在实际生产中由于采用离线浓度检测,以致对蒸汽流量和出口浓度的控制严重滞后;因此,针对蒸汽流量控制和浓度检测滞后的现状,建立了氧化铝四效蒸发系统的数学模型;采用Newton-Raphson算法求解四效蒸发系统模型,并对实际氧化铝四效蒸发系统进行了模拟计算,进而绘出母液出口浓度和总蒸发水量的误差曲线图;结果表明该模型准确、高效,对蒸发系统节能降耗有现实的指导意义。     

多效蒸发海水淡化系统的动态模拟

多效蒸发海水淡化系统动态模拟的研究目的是建立一个完整的多效蒸发海水淡化系统动态模型,分析当系统输入参数变化时系统内其他参数的动态响应规律,并能根据动态模拟结果制定合理的控制方案。研究方法主要采用的是Aspen软件模拟。蒸发器是多效蒸发海水淡化系统的主要单元,在Aspen Plus软件中选用Heater、Flash、Pump和Split模块完成单效蒸发器模型的建立,在单效蒸发器模型的基础上建立了带有热量回收段的多效蒸发海水淡化流程。以六效蒸发海水淡化系统为例,采用与海水等盐度的NaCl溶液作为模拟介质进行模拟。稳态模拟的结果作为Aspen Dynamics软件进行动态模拟的初始参数。动态模拟过程中,分析了最高盐水温度、进料海水温度和进料流量波动时,多效蒸发系统中各参数的动态响应规律,以此为基础根据过程控制工程中制定控制方案的要求提出3种不同的控制方案。在Aspen Dynamics软件中对3种控制方案的控制效果进行比较,选择了恢复时间短,抵抗外界干扰的能力强的控制方案。动态模拟的研究结果对实际生产中的多效蒸发海水淡化系统的控制具有一定的指导意义。     

MATLAB并流多效蒸发过程的模拟

并流多效蒸发作为化学工业中常用的操作过程,蒸汽的消耗量、各效溶剂蒸发量、各效蒸发器的传热面积等需要计算的参数,是并流多效蒸发操作和设计的主要依据,因此对多效并流蒸发过程的模拟具有重要的意义。而已知的多效并流蒸发模拟计算的数学模型,常因模型中存在过多的近似简化或模型求解算法太复杂,造成模型的精确性低、可操作性差。联立多效蒸发系统的物料恒算方程、热量恒算方程、传热速率方程、汽液相温度平衡方程及热力学数据方程,建立了多效蒸发设计计算的数学模型,模型思路简单,推导严密,系统性强。提出了非线性方程组的MATLAB工具箱函数解法,并分析了1个三效蒸发实例,计算结果表明该方法方便快捷,收敛性好,该模型及其求解方法值得推广使用。     

废热蒸汽与冷凝水的节能

通过介绍宝钢蒸汽系统冷凝水资源的分布情况,分析了宝钢回收利用这些资源的可行性。提出对废热蒸汽资源量比较大的区域实施废热蒸汽有组织的排放和热利用等措施,是提高蒸汽系统和水系统能源综合利用率的重要途径。低温热回收利用的前景是广阔的,其节能效果是显著的。     

黑液蒸发过程能量系统模拟及其节能优化应用

黑液蒸发浓缩过程是制浆造纸厂主要能耗工序之一,约占总能耗的24%～30%。为缩小我国黑液蒸发过程能耗与国际先进水平的差距,本文针对具体示例展开了节能降耗的研究分析。文中应用WinGEMS模拟软件,蒸汽效率、(?)分析为分析方法,以黑液蒸发工厂实际过程为案件,进行了蒸发过程节能优化前后的模拟研究。结果表明应用WinGEMS软件能方便准确地进行黑液蒸发过程的能量和物料流的模拟和优化设计;文内提出的蒸发过程节能优化方案,在保证安全生产的同时,蒸汽效率、(?)能利用率皆有提高,提高百分点分别为12%、14%,且新蒸汽用量比优化前降低了23%,出效黑液浓度比优化前提高了4.2%。示例的成功实施,对相关产业的节能项目提供重要的指导及借鉴意义。     

过剩低压蒸汽的优化利用方案研究

低压蒸汽过剩是化工企业蒸汽系统用能方面经常存在的问题,对过剩的低压蒸汽进行合理的优化利用能够有效节约能源、降低能耗。本文针对某化工企业技改后低压蒸汽过剩的情况,提出了低压蒸汽驱动溴化锂吸收式制冷、高压蒸汽引射低压蒸汽升压、低压蒸汽汽轮机发电以及提高副产蒸汽闪蒸压力等四种优化利用方案。经模拟计算,高压蒸汽引射低压蒸汽升压方案的技术经济性较差。而提高副产蒸汽闪蒸压力、低压蒸汽驱动溴化锂吸收式制冷和低压蒸汽驱动汽轮机发电的组合方案具有更好的节能效益和经济效益。     

预测智能控制在蒸汽冷凝水控制系统中的应用

本文根据预测智能控制的思想,结合专家控制规则在蒸汽冷凝水控制系统中的应用,以实际应用为例对蒸汽冷凝水系统的方案设计、系统构成、控制逻辑和要求进行了描述.     

糖厂多效蒸发系统的机理建模与仿真

针对工业蒸发过程的大滞后、强耦合、非线性的特点,本文基于物料平衡方程与实际系统工况建立了多效蒸发系统的动态机理模型.仿真结果表明,该蒸发系统的机理模型能够较好的逼近实际系统,具有一定的可行性,并为后续的优化控制研究奠定了基础.     

基于Lingo的MED-TVC系统优化设计

带蒸汽喷射器(TVC)的多效蒸发(MED)耦合系统,在水处理领域广泛应用。本文建立了并流MED-TVC系统的优化设计模型,并通过Lingo软件编程对其进行了求解,结果与多个大型商用装置操作数据对比证明了模型合理性。考虑到模型的通用性以及程序的可维护性,本文所建立的模型不仅能够适用于MED-TVC的等温差设计,而且可以适用于等面积设计。对不同的设计条件进行求解时,无需对模型进行调整,只需要对程序段简单的删改。此外本文还以四效为例,进行了案例分析,以造水比为目标函数对首末效温度,各效传热温差等系统操作变量进行了优化,以确定各效最优操作条件,并与文献进行了对比,由此表明本文所建立的方法对MED-TVC的工业设计具有一定的指导意义。