低温技术是工程领域的一个分支,主要研究低温制冷理论的应用问题,如低温下气体液化等现象。为了分离空气中的氮气、氧气和氩气,空气需要被冷却到其临界温度以下并进行精馏。但将空气冷却到临界温度并不容易,首先要除去空气中的水分和二氧化碳、乙炔等气体,然后进行低温制冷,这其中包括能耗较高的空气压缩过程,该过程至少需要5 bar的压力。计算机辅助工艺设计程序即流程模拟软件广泛的应用于工艺设计中。Aspen Technology公司的Aspen Plus软件是目前化学和热力学过程工业中使用的主要流程模拟软件之一。本文以某12784 kmol/hr的空气分离装置为背景,采用Aspen Plus软件进行流程模拟,研究了过程的温度、压力、浓度分布、产品回收率和能耗等影响因素。由于空气分离装置中主要的能量消耗来自空气压缩机,因此进行流程优化以降低空气压缩机的能耗。本文的主要工作如下:(1)收集空气分离装置现场数据,选择P-R方程为物性方法,使用Aspen Plus软件进行模拟,模拟结果与工厂数据吻合良好。为了简化模型,模拟中仅考虑氮气、氧气和氩气,并省去了空气过滤和分子筛纯化单元。(2)该工厂空气进料量为12784 kmol/hr,进料压力和温度分别为1.02 bar和27.5℃。进料空气通过多级压缩和中间冷却后压力达到6 bar。之后,空气将在多流股换热器中进行冷却,其中6334 kmol/hr的空气将直接送至精馏塔,剩余空气压缩至30 bar并通过膨胀机和节流阀膨胀降温。(3)空气分离装置的主要能耗来自于进料的空气压缩机。在该工厂中,有6450 kmol/hr的空气被压缩至30 bar而消耗了大量的能量。所以,本文优化空气分离装置,将所有空气压缩至6 bar而不改变进料条件,并对比了优化前后的操作参数。(4)该工厂生产2476 kmol/hr氧气、2190 kmol/hr高纯氮气和72.9 kmol/hr氩气,其能耗为36515 k W,优化后的工厂能够生产2493 kmol/hr氧气、2160kmol/hr高纯氮气和62.2 kmol/hr氩气,其能耗为26254 k W。尽管氩气产量减少了8%,但优化后的装置可以节省28%的能耗。通过优化空气分离装置,有效降低了过程能耗,节约了生产成本。