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关键词： 变分方法   熵产   传热传质强化   Rayleigh-Bénard对流   Maxwell-Stefan扩散系数  

摘要： 数值方法已经成为解决科学研究和工程问题中的重要工具。数值方法不仅被广泛地应用于化工过程的模拟中,还可以用于其过程强化。本文提出了一种多目标变分方法,并对其在化工中的过程强化和过程仿真的应用进行了研究。多目标变分方法是一种从非平衡热力学的熵产极值原理发展而来的强化与仿真方法。不同于熵产极值原理将总熵产作为一个目标函数,多目标变分方法将熵产的传热、传质、反应和流动黏性耗散部分进行分解,并将各个部分作为多个目标函数,分别考虑其在过程强化和过程仿真中的极值趋势。然后,根据极值趋势构造出泛函形式的目标函数,并将涉及到的控制方程作为约束条件,通过变分法求出带约束的泛函极值,从而实现其在过程强化和过程仿真中的应用。首先,本文将多目标变分方法应用到了化工过程强化中,以对流传质过程中的传质熵产和黏性耗散为目标函数,求出其对应的最优流场和最优附加外力场。还针对优化过程中出现的负扩散系数偏微分方程的收敛问题,提出了使用Ritz法改进的方法。然后,将多目标变分方法应用到了复杂过程模拟仿真中。分析了Rayleigh-Bénard对流中传热或传质熵产的极值趋势,针对难以找到守恒方程的复杂过程,应用最优化计算封闭方程,给出了非平衡热力学应用的新思路。最后,跳出Navier-Stokes方程的框架,尝试将极值原理应用到二元液相扩散过程中。以Maxwell-Stefan扩散方程表示的熵产为目标函数,通过变分计算推导出Maxwell-Stefan扩散系数的表达式。从配分函数推导出了摩尔超额内能的表达式,用来修正线性混合规则带来的误差。使用局部表面积分数代替摩尔分数,修正了平均摩尔分数带来的误差。最终总结出了一种新的扩散系数预测模型。本文提出的多目标变分方法具有广泛的应用范围和良好的应用前景,未来这一方法还可以在化工过程的很多方面进行应用与拓展。

关键词： 化工设计竞赛   化工过程模拟   实验室   开放性管理  

摘要： 全国大学生化工设计竞赛既丰富了大学生的专业知识开拓了视野、又提高了学生工程实践和创新能力。本文阐述了高校如何以化工设计大赛为契机,深化化工过程模拟工程实践教学改革、充分发挥开放式实验室的工程教育功能。

关键词： 化工过程模拟   实验室   虚实结合  

摘要： 实践能力不足是当前工科专业普遍存在的问题,建立基于网络资源平台的《化工过程模拟》课程虚拟实验室是解决该问题的重要举措。该虚拟实验室的建立突破了传统实验环境在时间、空间上的限制,可促进学生对化工过程产生直观、感性的认识,成为传统课堂教学的有力补充。

关键词： 化学   应用化学   化工过程  

摘要： 目前全国高校较多设置了化学和应用化学专业,理科化学系学生的理科课程框架较为丰富,但是其工科课程设置较少,化学系类学生的工科素养要远低于化学工程专业的工科学生。这极大的限制了理科化学系类学生的就业和进一步深造方向。针对此问题,本文将浅谈理科化学和应用化学专业本科生的化工过程模拟上机课程,让学生在有限的教学课程中,学习化工过程三传一反的核心理论,获得化工过程的知识,提高工科素养。

ISBN: (纸本)9787122315281

关键词： 化工生产   过程模拟   工业应用  

摘要： 流程模拟软件在MTBE化工装置、己内酰胺聚合过程、氟化工、反应精馏、聚合生产等化工生产领域中都有较好的应用。在运用过程模拟软件时,正确利用已有实验数据或工况数据,选择合适的操作模拟模块和物性参数,可取得较理想的模拟效果,为化工装置的技术创新、产品结构的优化、工艺系统的整体优化提供可靠的依据。由于化工过程的复杂性及工况特性,虽然在工业生产中的某些领域中,模拟软件的模拟结果不能得到验证,但其优点仍非常明显。流程模拟可减少实验测试次数,节省大量资金和时间,并能解决某些由于实验技术所限难以进行测量的问题,具有重大的现实意义和经济效应。

关键词： 化工过程模拟   教学改革   应用型人才  

摘要： 本文就化工过程模拟与优化课程教学过程中出现的问题进行了分析,从改革教学方式,强化案例教学、改革考核方式、鼓励学生参加化工设计竞赛,提高学生学习兴趣、开展校企合作毕设,提升学生模拟优化的实践创新能力等几方面阐述了课程改革的过程,获得了较为显著的成效。

关键词： 化工过程模拟   低温精馏   返流膨胀  

摘要： 基于ASPEN PLUS,设计了新一代现场制备空气分离流程,流程采用间歇低温精馏、返流膨胀的方式得到工业用普通氮气(99.9%)、高纯液氮(99.999%)、液氧(99.5%)3种空分产品。选用适当的物性方法,利用ASPEN PLUS对高度限制的低温精馏空分装置进行了稳态模拟,制备高纯氮方法采用普氮进一步精馏提纯的方法,以适合现场制备的条件,并对精馏塔内组成和压力分布进行了讨论。结果表明:在现场制备的空分工艺中,若塔板数受限,可以采用改变精馏塔排列、调节回流比等方法来完成空气的低温精馏。

ISBN: (纸本)9787122302519

关键词： 煤化工   低温甲醇洗   化工过程模拟  

摘要： 我国是煤炭大国,具有“富煤、少油、少气”的能源结构特点。随着全球经济发展,对煤炭的高效利用仍然是当前形势下研究的重点课题。煤气化是煤化工的关键技术,经煤气化后得到的有效气体中掺杂硫化氢和二氧化碳等酸性气体杂质,易造成后续合成产品过程中催化剂中毒。低温甲醇洗工艺具有强吸收性、高选择性和稳定性,可以对原料气进行净化,从而达到脱除酸性气体杂质的目的。现阶段,低温甲醇洗工艺的操作条件为低温高压,最低压力不能低于2.0MPa。迄今为止,尚未有针对低压条件下,含有C3、C4等低碳杂质的特殊原料气的研究报道。本课题针对这种低压特殊原料气进行低温甲醇洗的工艺模拟开发。根据原料气特点进行了如下初步设计:在Aspen Plus平台上建立一套七塔系统,包含吸收塔、浓缩塔、甲醇热再生塔、甲醇水分离塔、尾气处理塔和两个辅助塔;通过增加循环甲醇液和气提辅助塔的方法,解决低压条件下CO2吸收困难的问题;通过匹配换热网络设计,回收多余冷量,提高设备投资效率;通过提高甲醇热再生塔塔顶流股温度的方法,解决低碳杂质在系统中循环富集导致收敛困难的问题。运用灵敏度分析等工具对参数调优,进行全流程模拟后,得到净化气满足工艺净化要求(CO2回收率>95%,HS<2.6ppm),有效气体H和CO回收率均大于99.5%;尾气和废水满足国家排放标准(HS<20ppm,甲醇<100ppm)。因此,该课题不但满足了工艺要求,可应用于实际生产,也拓宽了低温甲醇洗在低压条件下对包含低碳杂质的特殊原料气的应用范围,为发展该工艺提供了理论指导依据。