浅析化工设计竞赛对化工专业学生培养的促进作用

根据福州大学化学工程与工艺教学团队指导学生参加全国大学生化工设计竞赛所取得的经验,分别从基础理论知识的学习与运用、现代设计方法的应用、综合素质与创新意识、团队协作精神、与其他高校的交流五个方面,总结了化工设计竞赛对化工专业学生培养的促进作用。实践表明,此项专业竞赛不仅为化工专业的学生提供了一个展示才华的平台,而且能够从多方面促进学生的培养与教学改革。

基于智能拟合法的气液相平衡预测

利用自行开发的智能拟合法对甲醇—水溶液气液相平衡数据进行拟合,得到该溶液气液相平衡的最佳预测式及其预测结果,并将预测结果与传统预测式的预测结果进行了对比。结果表明,智能拟合法可以自动搜索得到最佳拟合式,具有形式简单、预测精度高的优点。该方法不仅对甲醇—水溶液适用,而且对其它平衡曲线无下凹的中等非理想溶液的气液相平衡预测均适用,具有广阔的应用前景。

三角形螺旋填料旋转床全回流精馏性能研究

为了寻找强化气液传质过程的有效途径,自制了1套小型旋转填料床,床内填充了Φ2 mm×2 mm三角形螺旋填料,以乙醇-水为实验物系,进行全回流精馏实验研究。实验结果表明:三角形螺旋填料旋转床存在一最佳转速nopt=1 050 r/min,当转速nnopt时,理论板数随液体流量和气体流量的增大而减小,且减小的很快。在nopt=1 050 r/min、液体流量L=14.7 L/h、气体流量V=7.4 m3/h时传质效果最好,每米填料相当于88块理论板,在适宜的转速范围内每米填料相当于62~88块理论板。三角形螺旋填料旋转床使传质过程得到极大强化,其传质效果比重力场三角形螺旋填料塔提高1倍左右。

三角形螺旋填料旋转床气相压降特性

为深入了解三角形螺旋填料旋转床气相压降的影响因素及规律,以空气-水为实验物系进行了实验和模型研究。改变气、液流量及转速测定气相压降的实验结果表明,气体流量和转速的增大均使干、湿床气相压降增大;液体流量增大时湿床气相压降先减小,而后基本保持不变;该旋转填料床具有气相压降小、操作弹性大的优点。按照气相压降产生的机理,将其分为局部压降、离心压降、转子外内腔压降和填料主体压降4部分进行模型研究,其中用旋涡理论描述转子外内腔压降、用简化的模型描述填料主体压降是新提出的方法,且所建模型能较好地描述气相压降的规律。

旋转填料床间歇精馏恒回流比操作性能研究

为寻找强化间歇精馏过程的有效途径,在三角形螺旋填料旋转床中,以乙醇-水为实验物系,进行间歇精馏恒回流比操作性能研究。通过改变转速n、回流比R和进料质量分数wF,考察产品纯度和回收率的变化规律。研究结果表明:产品纯度wD和回收率η均随n增加先增大,后减小,即存在最佳转速nopt;随R的增大缓慢增大;产品纯度随wF的增加而增大,回收率η随wF的增加先增大后减小。在旋转填料床中的间歇精馏应在较小回流比和最佳转速条件下操作,且适合处理较高质量分数的原料。

非理想溶液间歇精馏的计算机辅助设计

为了提高二元非理想溶液间歇精馏的设计效率,提出了恒馏出液组成和恒回流比两种间歇精馏操作方式的计算机辅助设计法。采用由智能拟合法得到的汽液相平衡方程逐板计算求理论塔板数,高斯-勒让德数值积分法求有关积分,可视化的Visual Basic 6.0语言编制设计软件。将设计参数输入软件,可快速准确地求出二元非理想溶液间歇精馏的众多设计和操作参数,还可求出回流比与釜液温度的关系,实现由釜液温度前馈控制间歇精馏过程。计算机辅助设计法极大地提高了二元非理想溶液间歇精馏的设计效率。

精金矿生物氧化反应器固体悬浮及能耗研究

为了解决生物氧化反应器存在的高剪切及高能耗等问题,分别以石英砂和含砷难处理精金矿固体颗粒为研究对象,对临界离底悬浮转速Njs和功率进行研究。结果表明,Njs随着固含率的增大而增大,轴向桨Njs随通气量的增大而减小,而径向桨Njs随通气量的增大变化不大;功率随着搅拌转速的增大而增大,从釜底引气时功率会随着通气速率的增大而增大,从侧壁引气时功率则受通气速率的影响不大。

金精矿生物氧化反应器的离底悬浮及设计优化

难处理金精矿的生物氧化浸出过程是一种新型、低污染、清洁的生产工艺。该生物氧化过程是在气液固三相生物搅拌釜反应器中进行的。在气液固三相生物搅拌釜反应器中,离底悬浮状态具有较低剪应力、较低能耗和较高相间传质系数的特点,是保证生物反应持续高效进行的一个优化条件。为了优化设置搅拌桨离底高度以实现生物氧化浸出反应过程的节能和高效,本文提出了一种通用的计算离底悬浮转速的公式,并采用实验数据进行验证。结果表明:针对精金矿体系气液固三相离底悬浮转速的计算误差低于20%,所提出的公式和研究方法能够快速地确定工程设计的优化参数,以实现节能和减少生物浸出的污染。

乙醇平流双效及三效精馏节能工艺模拟研究

本文以典型的平流双效精馏和平流三效精馏为例,以高度非理想体系乙醇-水溶液为物系,建立起非理想体系平流多效精馏数学模型并求解,得到各效精馏塔的工艺参数,研究结果表明,平流三效精馏比平流双效精馏节约生蒸汽用量21.4%,但塔板数比双效精馏增加了36.4%;在设计多效精馏塔时还应考虑压力的影响,随着效数的增加,首效精馏塔的压力也是急剧增大,对分离不利,同时要考虑高压设备的投资及维护费用,不建议采用四效以上的多效精馏工艺流程。研究结果为平流多效精馏这一重要的分离过程提供基础数据,对精馏过程的节能降耗具有重要的指导意义。

复杂平流多效精馏系统常规操作的模型及算法

操作型调优可以在不增加生产设备的情况下,通过调整工艺操作条件取得明显的经济效益,而要进行操作型调优首先必须对操作型多效精馏的过程进行严格模拟。对操作型多效精馏的过程进行严格模拟时,平衡级模型是最适用、应用最广的方法。以往文献的模拟方法为先模拟各效精馏塔的单塔衡算,再模拟各塔之间的塔间衡算,这种逐效嵌套式的模拟方法计算量较大,如果涉及到优化问题,计算量还要大得多。建立了计算量较少的多效精馏操作型问题的严格计算模型。研究结果为平流多效精馏的分离过程提供基础数据,对精馏过程的节能降耗具有重要的指导意义。

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。

分隔壁精馏塔分离松节油中蒎烯的多目标优化

为了降低能耗,提高经济效益,在AspenPlus平台上建立了分隔壁精馏塔(DWC)分离松节油中蒎烯的四塔等效模拟流程,采用灵敏度分析确定了对能耗和分离效果影响较大的设计变量及其取值范围,以预分离塔塔板数、主塔塔板数以及能耗最小为目标,建立了DWC分离松节油中蒎烯的多目标优化模型,并利用约束多目标微粒群优化(CMOPSO)算法对模型进行了求解。结果表明:CMOPSO算法能很好地解得DWC的Pareto最优解集,为决策者提供了多种可供选择的DWC优化设计方案;经多目标优化后,在总塔板数(或设备投资费)相近时,与DWC分离松节油的单目标优化结果相比,多目标优化结果可进一步节能21.7 kW;气、液相分配比是DWC特有的,且非常重要的设计变量,采用的双变量灵敏度分析方法能够比较准确地得到两者的适宜取值范围,优化时在该范围内搜索气、液相分配比可望进一步缩短寻优时间。

三角形螺旋填料旋转床气相压降的数值模拟

为研究三角形螺旋填料旋转床内部流场的复杂流动,建立了正三角形结构的填料物理模型来描述实际的三角形螺旋填料,并基于Gambit-Fluent的计算平台,采用realizable k-ε湍流模型对逆流旋转填料床进行气相干床压降的计算流体力学(CFD)模拟。结果表明:正三角形填料模型比较符合大比表面积,高空隙率的三角形螺旋填料的实际情况;气相在填料表面剧烈湍动,对强化传质极为有利;不同气体流量和转速下的正三角形填料旋转床气相干床压降的CFD模拟值与三角形螺旋填料床气相干床压降的实验值较吻合,两者的平均相对误差为15.8%。

旋转填料床间歇精馏不稳态开工过程

为了深入了解三角形螺旋填料旋转床间歇精馏不稳态开工过程的影响因素及规律,以乙醇-水为实验物系进行实验和模型研究。改变料液浓度、再沸器加热功率和转速的开工实验结果表明,旋转填料床中强大的离心力和高效填料的协同作用使得间歇精馏不稳态开工过程得到极大强化、开工时间很短(30min左右),节能;在最佳转速下开工可使馏出液浓度最大,馏出液浓度随料液浓度和再沸器加热功率的增加而增大。旋转填料床间歇精馏过程在最佳转速和较大的再沸器加热功率下开工,效果最好;以平衡级理论为基础建立的数学模型能较好地描述该过程的不稳态开工规律,模拟值与实验值吻合良好,平均相对误差在2%以内。旋转填料床是强化间歇精馏过程的有效途径。