乙醛氧化生产醋酸装置仿真培训系统的开发

摘要

乙醛氧化生产醋酸装置的系统十分复杂，操作难度大，要求高。开发该装置的全流程仿真培训系统对确保其平稳、高效运行具有重要意义。 本文在总结国内外化工仿真技术研究进展的基础上，对乙醛氧化生产醋酸装置仿真培训系统的结构、技术原理、设计思想、开发过程、建模方法和部分单元数学模型的建立与求解进行了详细的介绍。 对于醋酸生产的核心设备——鼓泡塔反应器，采用了多级返混模型进行研究。一方面，用“分段集结”的思想，化分布参数模型为集中参数模型，有效地减少了计算量；另一方面，应用流体力学对气液相流量和级间返混进行计算，提高了模型对非稳态过程的模拟精度。建立精馏塔动态模型，采用“分段集总”的思想，将整个塔设备视为含C个组分的N级串联的连续搅拌槽。根据汽液两相传质的动态特性与进出料情况将实际塔板集总为“塔顶段”、“侧采段”、“进料段”、“塔釜段”等相应的搅拌槽，每段近似抽象为一“虚拟理论级”，每一“虚拟理论级”汽液达到相平衡。 该系统在综合运用国内外最先进的化工仿真培训系统的开发方法的基础上，针对装置的实际情况在开发手段上进行了适当的创新，体系结构优化合理、灵活，实现了DCS的逼真模拟，具有通用且较为开放的运行环境，为技术人员的二次开发提供了有力保障，该系统对改进现有的培训方式，提高培训效率具有十分积极的意义。 仿真培训系统运行实践表明，仿真过程与实际过程的宏观特性一致，证明了模型的正确性。并通过仿真实验，研究了反应器的动态特性，对实际生产具有一定的指导意义。

目录

文摘

英文文摘

论文说明：符号说明

北京化工大学学位论文原创性声明

第一章文献综述

1.1仿真技术的定义

1.2国内化工仿真技术的发展概况

1.3仿真领域的研究成果分析

1.3.1仿真支撑系统的发展

1.3.2面向对象的仿真技术

1.3.3基于稳态数据的化工过程动态模型的建立

1.3.4化工流程模拟的基本方法

1.3.5化工流程模拟系统组成

第二章乙醛氧化生产醋酸工艺与装置

2.1生产工艺原理

2.1.1乙醛与氧气反应生产醋酸的主要化学反应

2.1.2乙醛液相氧化反应机理

2.2生产工艺过程简述

第三章物性数据的计算

3.1临界性质计算

3.2标准沸点下的液体摩尔体积的估算

3.3标准沸点下蒸发潜热的估算

3.4沸点的计算

3.5理想气体的热力学性质

3.6饱和蒸汽压方程

3.6.1 Clausius-Clapeyron方程

3.6.2 Clapeyron方程

第四章乙醛氧化生产醋酸过程仿真系统

4.1仿真系统体系结构

4.1.1仿真系统硬件结构

4.1.2仿真系统体系软件结构

4.2仿真系统的主要功能

第五章乙醛氧化生产醋酸仿真系统的开发过程

5.1系统分析

5.2仿真范围的确定

5.3仿真软件的设计

5.3.1硬件的构成

5.3.2软件的构成

5.4工艺仿真软件的开发

5.4.1动态模拟的序贯模块法原理

5.4.2动态模拟序贯模块法的数学描述

5.4.3流程模拟系统中的模型

5.4.4动态模拟序贯模块法中过程单元模块的设计

5.4.5全流程动态模拟计算主要程序步骤

5.5仿DCS软件的开发

5.5.1仿DCS流程图组态

5.5.2仿DCS点组态

第六章数学模型建立与求解

6.1反应器数学模型

6.1.1反应器数学模型的建立

6.1.2反应器数学模型的求解

6.2换热器数学模型

6.2.1换热器数学模型的建立

6.2.2换热器数学模型的求解

6.3精馏塔动态数学模型的建立与求解

6.3.1精馏塔动态数学模型的建立

6.3.2精馏塔动态数学模型的求解

第七章模拟结果分析与讨论

7.1仿真精度

7.2动态特性分析

第八章结论

参考文献

附录

附录一流程示意图

附录二仿DCS及仿现场画面图例

致谢