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尿素生产工艺计算与优化软件的研究

周庆伟  
【摘要】: 尿素作为一种重要的化学肥料和工业原料,在世界范围内广泛使用。自从1922年尿素开始工业化生产以来,许多国家都致力于尿素生产系统的研究,在合成机理、热力学性质和工艺流程方面都有创新和进展。本文从尿素生产系统热力学模型的研究入手,对尿素生产工艺流程进行研究,在此基础上开发尿素生产工艺计算与优化软件,以帮助指导尿素工业生产。论文的主要内容有: (1)阐述了前人对NH_3-CO_2-H_2O-Urea体系的研究概况,采用扩展的UNIQUAC方程对NH_3-CO_2-H_2O-Urea体系气液平衡进行模拟计算,以满足尿素生产系统中高压圈的模拟计算的需要,对模型的求解算法进行了详细的研究和改进,得到了稳定收敛的算法。 (2)以上述模型为基础,采用平衡级模型对尿素生产系统的关键设备合成塔和汽提塔进行了模拟计算,所得计算结果与设计值做了比较,验证了热力学模型的准确性,可将其作为全流程模拟的单元模块。对流程中的其他设备也进行了模拟计算。 (3)在对各主要设备模拟求解的基础上,联立各单元模块建立了全流程的计算系统。考虑此流程循环流多的特点,先选定主要的流股进行求解,在主要流股循环稳定的基础上,求解各分支流股,并反复验证结果的准确性,最后得出整个系统的结果。 (4)以尿素产量和能耗作为两个需求目标,分析了目标随合成塔生产负荷变化的规律,进而求出一定条件下的最大产量和最小能耗,优化求解尿素合成过程的主要控制参数——操作温度、氨碳比。


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