论文部分内容阅读
多效蒸发系统在隔膜法烧碱生产过程中具有重要的作用,其利用热能将稀碱液中水分进行汽化而得到浓缩的NaOH溶液。然而该过程会伴有NaCl固体的析出,而且具有能耗高的特点,因此,如何对多效蒸发系统进一步进行优化设计以提高其过程经济性,是许多化工设计人员的重要研究课题。随着计算机技术的不断进步,化工过程模拟技术为化工过程的设计和优化提供了强有力的工具,尤其是应用过程系统工程方法开发的先进流程模拟软件,其不仅提供了严格的物性计算模型和通用化工单元操作模型,而且具有开放式的建模环境,因此,应用此类流程模拟软件对多效蒸发过程进行模拟和优化设计研究,能够提高其设计水平和过程经济效益,具有重要的现实意义。本文应用Aspen plus中的HeatX、Flash2、FSplit、Mixer、Pipe、Pump、Sep通用单元操作模型和Design模块,同时自主编写了C-PRES和C-CIRC两个FORTRAN程序计算模块,构建了简单三效顺流、带冷凝水闪蒸三效顺流、带冷凝水预热原料液三效顺流、带冷凝水和引出额外蒸汽同时预热原料液的三效顺流四种隔膜法NaOH多效蒸发系统的严格过程数学模型,模型中不仅应用了严格的电解质物性计算模型和各物质的真实组分,而且考虑了各效循环流量和二次蒸汽管路系统的影响,以各效等面积为设计原则,模拟分析了四种工艺流程的生蒸汽经济性、各效蒸发器传热面积以及主要物流结果等参数,同时应用灵敏度分析对额外一效二次蒸汽引出量进行了研究。研究结果表明,应用冷凝水预热原料液的工艺流程在节约生蒸汽消耗量、各效传热面积和真空系统费用方面都明显优于应用冷凝水闪蒸的工艺；增加引出一效二次蒸汽预热原料液能够进一步提高生蒸汽经济性,降低各效传热面积和真空系统费用,但其引出量将受到三级预热器传热面积的限制。基于带冷凝水预热原料液的三效顺流蒸发系统的严格过程模型,分别构建了以各效蒸发器总传热面积最小和年度总费用最小为优化目标函数的优化设计数学模型,在年度总费用中考虑了强制循环泵的年度电耗费用,以生蒸汽消耗量、一效蒸发室压力和二效蒸发室压力为决策变量,应用SQP优化算法对优化设计模型进行了求解,并对优化结果进行了分析。研究结果表明,与各效等面积设计相比,各效总传热面积最小的优化设计不仅能够有效节约各效总传热面积,而且对生蒸汽消耗量也有一定程度的节约；年度总费用最小的优化设计进一步减小了二效蒸发器传热面积,同时增大了三效蒸发器传热面积。