生物质裂解制油冷凝换热系统设计及理论研究

摘要

随着经济建设的快速发展，我国能源安全与环境污染问题日益严重，目前我国每年从境外进口的石油总量已接近3亿吨，每年排放的CO2已超过100亿吨。与此同时，我国还是一个农林业大国，农林废弃生物质资源非常丰富，扣除各种利用，每年至少尚有6亿多吨的农林业废弃物有待利用。因此，研究和探索可将各种农林废弃生物质经济高效地制成能在一定的领域和范围内替代石油的生物燃油清洁液体燃料的先进技术和装备，是当前深度开发、利用农林废弃物的最优方法和途径之一，对弥补我国石油不足、维护国家能源安全，具有重大现实意义和工程应用价值。
　　用生物质制油的过程中，生物质裂解油气的冷凝换热环节，是制约生物燃油产率和质量的最重要因素之一。然而，已有生物质裂解制油成套装备中冷凝与换热装置的设计，到目前为止，仍无成熟、先进的专业设计理论与方法可用，致使人们在开发设计这类装置时，仍不得不主要依赖经验或粗略估算的方法进行，严重影响生物燃油生产装备的精良设计与制造，进而影响生物燃油产业的快速发展和崛起。
　　针对上述问题，本论文在大量收集、阅读国内外有关各种冷凝与换热装置设计理论和方法文献资料的基础上，以混合式冷凝换热装置设计理念、思想为启发，研究探讨了高温裂解油气与常温生物燃油在冷凝装置中直接接触、冷凝液化的工艺方式;提出了基于该工艺方式的冷凝换热系统的开发设计方法、步骤、相关设计参数及其取值;研究、设计出了适用于年产1万吨制油装置的冷凝换热系统，并利用Fluent流体数值模拟仿真软件对其效果进行仿真验证。结果表明，本文所提出的开发设计方法是可行的;设计出的冷凝换热系统可尝试应用于工程实践。本文最后还针对与冷凝换热系统配套的流体输送及电气控制过程进行了研究，完成了与核心冷凝装置配套使用的流体输送及电气控制子系统的设计。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题研究背景及意义

1．2 国内外相关技术研究现状及发展趋势

1．2．1 国外相关技术研究现状

1．2．2 国内相关技术研究现状

1．2．3 发展趋势

1．3 本文研究内容

2 冷凝换热系统的设计与研究

2．1 气体冷凝换热器的选型

2．1．1 间壁式冷凝换热器

2．1．2 混合式冷凝换热器

2．2 冷凝换热系统的工艺流程设计

2．3 冷凝换热系统的热量衡算与部分设备选用

2．3．1 生物燃油的制取条件

2．3．2 生物燃油及裂解油气的物性数据

2．3．3 系统热量传递衡算

2．3．4 冷却水流量计算及部分设备设计选用

2．4 本章小结

3 混合式冷凝换热器的研究与仿真

3．1 混合式冷凝换热器的设计理论研究

3．1．1 液柱式混合冷凝换热器的结构原理

3．1．2 液柱式混合冷凝换热器的传热理论研究

3．1．3 液柱式混合冷凝换热器核心尺寸设计计算

3．1．4 筛板通孔直径的取值对冷凝换热器核心尺寸的影响

3．1．5 冷凝换热器其他尺寸的选择计算

3．2 冷凝换热器冷凝效果的仿真检验

3．2．1 Fluent流体数值模拟仿真软件简介

3．2．2 利用Fluent软件进行数值模拟的步骤

3．2．3 设计要求与参数

3．2．4 计算模型的简化

3．2．5 多相流模型的建立

3．2．6 仿真计算的冷凝效果

3．3 本章小结

4 物料输送与电气控制系统设计

4．1 流体输送系统设计

4．1．1 流体输送系统原理图设计

4．1．2 液压泵的选型

4．1．3 液压阀的选型

4．2 电气控制系统设计

4．2．1 电气控制原理图设计

4．2．2 电气控制柜操作面板设计

4．3 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

致谢

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