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[硕士论文] 刘肖
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:生物质能的开发利用可以有效地缓解当前能源短缺、环境污染的问题。其中,稻壳作为一种生物质能源在中国储量丰富,其热解利用在行业内应用非常广泛。研究表明,在稻壳进行生物质热解之前对其进行干燥预处理可以有效增强稻壳热解过程、提升热解产品质量。但是,目前行业内热解前干燥预处理并不被重视,与热解匹配的干燥设备较少。当前,热风干燥运用技术成熟、干燥效率极高,可以用于热解前处理,但传统热风干燥设备垂直高度大、气流速度高、由此造成运行成本较高,制造、安装、维修难度大。
  本文首先总结干燥理论成果,介绍干燥的基础理论知识,其中包括与干燥有关的基本概念、基本公式以及基本理论。传热方面,介绍了干燥传热有效膜理论,引出牛顿冷却公式,该公式为传热计算基础公式;传质方面,采用类比方法,引出物料干燥传质有效膜理论对物料干燥传质过程进行解释。最后介绍干燥实验以及干燥实验曲线,据此,将干燥过程分成三个阶段,并介绍了各个阶段的特点。在此基础上,提出厚度水膜理论,以准确解释干燥过程中干燥速度变化以及影响因素,通俗易懂,能够较好契合其他学者研究所得结论。
  在干燥曲线的指导下,论文设计出一种稻壳干燥装置,该装置能够克服传统热气干燥装置设备高大、气体流速高等不足,在与热解炉配合工作中,还能够一定程度去除热解气中焦油粒子进行二次裂解,压缩稻壳物料中空气优化热解材料。通过对干燥装置进行结构功能分析,能够得出影响干燥效率的主要因素是干燥热气的温度;通过对设备进行结构尺寸设计,能够表明,该装置垂直高度较低、设备制造成本不高。
  论文最后,以设计的稻壳干燥装置为研究对象,通过对牛顿第二定律、牛顿冷却公式、干燥传质速率方程等基本公式进行处理,使用MATLAB辅助计算,针对稻壳干燥装置中稻壳的运动、传热、传质问题进行深入分析,得出实际干燥设备中的干燥曲线。该曲线是对恒定条件下干燥实验曲线的一个补充,对于进一步研究干燥理论,设计干燥设备都具有一定的指导意义。
[硕士论文] 王静文
动力工程及工程热物理 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:随着人们对粉体需求量的增加,破碎所消耗的能源也越来越多。料床粉碎因其可以大大降低生产能耗,提高工作效率,现已被广泛应用于破碎生产中。为了将料床粉碎理论与粉磨设备更好地结合在一起,发挥出更大的功效,本文基于FPP800盘辊磨机建立的立式辊磨机模型,利用离散元软件EDEM(Engineering Discrete Element Method)对料床粉碎过程进行研究。主要工作及结论如下:
  (1)根据立式辊磨机料床粉碎过程中料床的变化,可以将粉碎过程分为三个阶段:料床密实阶段、料床粉碎阶段和料床结团阶段;通过对料床粉碎过程料床高度的变化进行研究,得出料床高度的收缩性与物料的引入角有关;
  (2)分析立式辊磨机中物料的运动和料床粉碎各阶段物料的受力情况,建立相应的数学模型,总结出影响物料运动状态的因素是磨盘半径和物料与磨盘的摩擦系数,立式辊磨机料床粉碎时各阶段的受力主要和物料的性质、物料强度、料床厚度、料床粉碎各阶段的料床密度、单位受载面积上的最终压力等因素有关。
  (3)基于FPP800盘辊磨机构建立式辊磨机三维模型,并依据BPM(Bonded Particle Model)模型创建用于破碎的石灰石物料模型;为了减少仿真料床粉碎过程时变量的干扰,建立了统一的料床模型,同时,给出了在EDEM中判定立式辊磨机料床形成的两个判断准则,即料床厚度保持稳定和液压缸工作压力达到要求。
  (4)对影响料床粉碎过程的因素进行仿真分析。通过仿真物料性质对料床粉碎的影响,得到在仿真的三种物料粒径中,物料粒径为50mm时料床粉碎效果最好;不同形状的物料进行料床破碎仿真,方块状的物料比扁平状的物料更易破碎。通过仿真立式辊磨机的工作参数和结构参数对料床粉碎的影响,发现磨盘转速和磨辊个数都存在一最佳值,并非磨盘转速越高和磨辊个数越多,料床粉碎效率就越高,从本文比较的几组数值来看,磨盘转速为55r/min,磨辊个数为2个时,立式辊磨机的料床粉碎效率最高。
[硕士论文] 陈毛毛
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,伴随中国经济的腾飞和产业结构的优化,具有产业集聚效能的石化园区大量涌现。同时,石化产业又是重大危险源聚集的区域,一旦发生火灾事故,容易造成重大人员伤亡和财产损失。目前,大部分石化园区的消防安全管理仍主要依靠传统的人工排查和经验分析方式,缺乏智能、科学的辅助管理手段。
  本研究着眼于火灾风险管控和应急疏散问题,结合GIS、火灾风险评估和应急疏散三方面知识,开发了一款适用于石化园区消防安全管理的GIS系统,旨在解决石化园区消防安全管理现状中存在的一些问题,以实现火灾风险评估的智能化和可视化,应急疏散管理的科学化和高效化,主要研究内容如下:
  (1)结合GIS可视化技术,构建火灾风险评估模型。建立石化园区风险评估指标体系,引入模糊综合评价数学模型,选用专家咨询法作为确定指标权重的方法,实现对石化园区火灾风险评估,并将评估结果可视化输出,以专题地图形式展示。
  (2)结合GIS空间分析功能,构建应急疏散模型。火灾影响区域分析模型依据火灾事故情景特征,采用GIS缓冲区分析功能,可视化事故影响范围;避难场所选址模型根据避难点选址指标体系,运用GIS叠加分析功能,筛选出最佳避难点;最佳路径规划模型综合考虑多种因素,调用GIS网络分析功能,分析出最佳疏散路径。
  (3)选取Visual Studio软件开发平台、ArcEngine二次开发方式和SQL Server数据库管理系统,以SDX For SQL Server作为数据库引擎,通过C#语言完成了电子地图操作、火灾风险评估、火灾应急疏散三大功能模块的开发和集成。
  (4)将园区火灾风险评估与应急疏散指挥GIS系统应用于盛虹石化园区,对系统可靠性与功能性进行测试,实现地图基础操作、火灾风险评估、火灾影响区域分析、最佳避难点选址、最佳疏散路径规划功能。该GIS系统满足安环管理部门对石化园区消防管理的日常需求,在火灾风险管控和应急疏散管理方面具有重要实际意义。
[硕士论文] 刘琰琰
安全工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:危险化学品事故往往会造成大范围破坏性极强的不良后果,因此采取必要的技术手段提高危险化学品应急管理水平是很有必要的。
  本文通过构建基于事故情景的应急准备分析模型,从而对我国危险化学品行业的应急预案编制及应急管理提供参考性意见。文中通过对国内外应急准备研究现状及危险化学品应急管理现状进行分析汇总,总结出我国现阶段对于事故之前的重大事故场景的识别和筛选、事故情景的构建和推演、应急处置的需求识别和应急管理策划等方面存在不足之处;另一方面国外充分考虑了事故情景的识别应该贯穿于整个项目生命周期,包括项目的概念设计、基础设计、试运行、正式投产乃至维修报废阶段,从而达到设备设施的本质应急安全要求,而我国现阶段的法律法规往往只覆盖到项目的操作运行阶段,对于设计规划阶段没有提出明确的应急要求。因此,应在借鉴国外较为成熟的应急管理理论及实践的基础上提出符合我国危险化学品应急管理实际的改进方案。
  我国国情决定了应急管理的核心工作内容是“一案”带动“三制”,即通过应急预案带动我国应急管理体制、运行机制、法制的发展。应急预案奠定了应急管理工作的基础,虽在国家的政策方针下得到了人们的重视,但综合现状来看,在应急预案的编制工作中还存在着种种问题,如预案编制流于形式、内容跟企业实际无法衔接,归根结底是由于企业在预案编制的过程中没有考虑有针对性的构建关键事故情景,以及这些关键事故情景的应急要求。应急准备分析需基于事故情景的建立,从而对定义的重大事故情景进行性能要求分析以及应急处置措施的有效性分析。文中应急准备分析模型是在NORSOK Z-013标准中应急准备评估流程的基础上建立的,结合国内危险化学品应急管理实际构建我国的应急准备分析模型,并对模型中每个步骤的方法论和原则进行了具体表述,然后将模型运用到具体的工程案例中去,得出针对于具体事故情景的应急处置性能要求及应急处置措施,作为危险化学品企业编制应急预案和进行应急管理的输入条件。
[硕士论文] 姜鹏鹏
安全科学与工程 安徽理工大学 2018(学位年度)
摘要:氨被广泛应用于化工、轻工、化肥、制药、合成纤维等众多领域,我国对氨的需求日益增长,由于供需关系,我国的氨产量也随之增加。氨气储存时一般对其加压或者降温成液氨储存,而对于超过1000m3的大型储罐一般采用常压降温储存。氨气是有毒、易燃、易爆的气体,一旦大型罐区的氨气泄露将造成严重的后果,因此对罐区的风险控制至关重要。风险预警是风险控制的有效手段,它是对潜在危险进行事先预警,从根源上消除、控制不安全因素,能够最大限度地降低事故的发生以及减轻事故造成的损失,保障液氨储罐区人员和设备的安全。
  本文通过对模糊综合评价模型、灰色关联度分析模型、人工神经网络法模型以及可拓理论预警模型的优缺点进行分析比较,结合液氨储罐区实际情况,确定用可拓理论预警模型进行风险预警的计算。分析液氨储罐区事故,结合现场调研和专家建议,建立了科学、系统的液氨储罐区预警指标体系,其中包括人、机、环、管理4个一级指标和25个二级预警指标。对于人的因素和管理因素下的二级指标,由于其敏感度弱,采用专家打分法与AHP相结合的常权方法确定权重;对于罐区机械设备和环境因素下的二级指标,由于其敏感度强,采用可拓理论与AHP相结合的变权方法确定权重。在此基础上建立基于可拓理论的液氨储罐区风险预警模型,该模型把每个预警指标划分为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级、Ⅳ级四个等级,既能计算出罐区预警指数,又能分别对各指标预警,以便采取控制措施。
  将模型运用于某企业的液氨储罐区,将现场采集的数据输入模型计算,得出罐区预警指数为Ⅱ级预警,能正常安全生产,但存在一定的危险因素。从单指标方面可以看出,罐区噪声这项指标警级达到Ⅳ级,安全制度落实率和专职安全管理人员比例这两项指标达到了Ⅲ级预警,对于这三项指标应该采取相应措施,降低其预警等级。通过实例的应用,验证了本文建立的预警模型能够对液氨储罐区的风险进行预警,为液氨储罐区智能化管理提供一种可行的理论基础。
[硕士论文] 刘奕
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:气液相接触广泛存在于冶金、石油化工、化工等各种过程工业中,其中,气液流动和传质性能等在气液传质设备的设计和优化中起着重要作用,与气液接触反应器的设计成败与否有着直接的联系。以往对多相流体系中气液传质特性的实验和理论研究主要针对静态体系,大多计算静水中自由上升的气泡或流动液相中的相对静止气泡的传质系数,这些研究结果与石油化工、生物化工等许多工业过程中通常涉及的高度湍动流动体系中气液传质过程有较大区别,因此,对湍流体系中气液两相传质性能进行研究具有较高的理论意义和工业应用价值。
  本文实验采用高速相机成像方法,实验测定了湍流条件下单个氧气泡在不同浓度和不同液体流量条件下的亚硫酸钠溶液中的传质情况,用MATLAB编程对拍摄到的气泡图像进行分析处理,得到高精度的气泡体积随时间的变化情况,由氧气泡的体积缩小量计算传质系数,探究湍流条件下的气液传质规律。结果表明:传质系数随亚硫酸钠溶液浓度和气泡尺寸的增大而增大,随液体流量增大略有增大,但幅度很小。
  本文还分析建立了传质系数与各影响因素之间的关系式,并对其进行了因次分析,得到Sh准数、Sc准数、Re准数相关联的半经验公式,结果表明,拟合值与实验值较为吻合,误差在10%以内。
  此外,本文研究了化学反应对于传质过程的加强作用,研究表明,具有化学反应的体系,传质有了较明显的增强,传质系数对比同条件下不加入化学反应体系的对照组增大1~4倍,随着溶液浓度的增大,增大的程度越明显。
  本文的研究结果对于α烯烃和PAO等气液反应器的设计和优化具有一定的参考价值。
[硕士论文] 赵紫云
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:固体颗粒发生初始运动的情况常见于各种化工过程,如表面清洁、固体输运、过滤和分离等。已有研究主要分析单颗粒在不同类型平面上的运动特性和简化的力学模型,对搅拌槽内多颗粒初始运动特性的研究鲜有报道。因此本文对固液搅拌槽内规则基板上多颗粒的初始运动特性进行实验研究,并结合数值模拟对多颗粒的初始运动状态进行了受力分析。
  实验搅拌槽为边长为220mm的立方体搅拌槽,规则基板由149颗直径为10mm的玻璃颗粒按照正三角形排列构成,其中心位于搅拌槽底面中心。实验桨叶为标准Rushton涡轮桨,离底高度为55mm。本文采用摄像与图像处理技术研究了双颗粒的间距、密度、直径及周向位置对颗粒初始运动特性的影响规律,并结合格子Boltzmann方法对典型工况进行了直接数值模拟,进而分析了多颗粒发生初始运动的受力状态。
  本文研究结果表明:(1).沿x方向的相邻颗粒阻碍被测颗粒的初始运动;随颗粒间距增加,对被测颗粒的干扰减小,当颗粒间距△x>2ds时,颗粒间相互作用可忽略不计;(2).改变被测颗粒上游颗粒的密度对被测颗粒的初始运动影响较小;而增加其下游颗粒密度,会阻碍被测颗粒的初始运动。(3).随着上游或下游颗粒直径的增大,被测颗粒发生初始运动的临界转速增大,且上游的影响更加显著。(4).在被测颗粒的运动方向夹角小于90°的方向范围内,有干扰颗粒的存在时,那么被测颗粒的初始运动Shields数明显升高,若在该方向范围外有其他颗粒的存在,被测颗粒的初始运动Shields数略微升高。
  此外,数值模拟预测的颗粒初始运动现象和轨迹与实验数据吻合良好,发生初始运动的状态下,颗粒的受力分析结果表明颗粒所受力矩的作用不容忽视。
[硕士论文] 沈雨歌
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:在医药化工生产等领域中粉体颗粒搅拌是重要的单元操作。在粉体颗粒搅拌中功率消耗是关注的重点。建立扭矩模型是研究混合过程中功率消耗的一个重要方法。该方法不仅可以帮助工业放大,也是研究工程机械与介质相互作用动力学问题的理论基础。离散元法(Discrete Element Method,DEM)是一种通过受力模型模拟颗粒间的碰撞过程,分析单个颗粒和颗粒群运动、受力的数值方法。该方法已经在颗粒搅拌过程工业中得到广泛应用。
  本研究在直径为210mm的平底不锈钢搅拌槽内,对平均直径为114μm的玻璃珠粉体和平均直径为5mm的球形玻璃颗粒的搅拌功率进行研究。通过扭矩传感器进行不同桨叶形状搅拌两种不同物料功率的测量。对搅拌平均直径为114μm的粉体物料的搅拌扭矩结果和桨型参数进行分析,建立无因次模型和半理论半经验模型;通过DEM数值模拟方法对平均直径为5mm的球形颗粒在不同搅拌桨、不同转速、不同填料量的情况下进行数值模拟,研究颗粒搅拌内部的颗粒运动形态分布。
  实验结果表明,随着叶片长度的加长、叶片宽度的变大、搅拌物料料位相对高度的增加以及叶片数量增加,扭矩值也随之增大。在相同搅拌桨叶片数下,不同搅拌桨的扭矩值由小到大排列为:上提桨<后掠桨<直叶桨<下压桨。根据定量分析知,对于平均粒径114μm的玻璃微珠,搅拌桨扭矩值与料位相对高度的关系式为:MT=k2(H/T)1.5,不同桨型k2值不同。对于平均粒径5mm的玻璃珠,搅拌桨扭矩值、料位相对高度和转速的关系式为:MT=k3(H/T)13(N)0.1,不同桨型k3值不同。
  通过因次分析建立了功率准数Np与搅拌桨直径与料位高度之比㈣、搅拌桨宽度与料位高度之比(w/H)、桨叶转速无因次化表达式g/(HN2)、叶片数(n)这四项之间的关系公式为:Np=4.206(D/H)-3.131(w/H)0.550(g/(HN2))1.034n0.2,拟合结果R2=0.990,且通过无因次公式计算的值与实验值的偏差在±15%以内。
  半经验半理论模型建立了扭矩(MT)与搅拌桨直径D、搅拌桨宽度w、料位高度H、转速N、粉体间摩擦系数μ等变量之间的关系为:MT=0.504D2ρg[(H-C)2-(H-w-C)2]+0.168D3ρg(2H-w-2C)-0.488N2D4ρw,通过该公式计算值与实验值的偏差在±20%以内。
  DEM模拟结果显示各桨型在混合过程中的搅拌扭矩值与实验所测扭矩值基本吻合。同时,通过数值模拟发现颗粒的运动形态和循环范围受桨叶宽度、桨叶斜度的影响;相同桨型下,循环流的强弱和分布面积主要受桨叶叶片数的影响。
[硕士论文] 朱维强
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:本文对处理量为106310Nm3/h的低温甲醇洗工艺装置,进行稳态和动态的模拟研究。
  首先采用Aspen plus软件,对低温甲醇洗工艺进行了稳态模拟。本工艺温度范围-60~140℃,操作压力范围0.13~4.0Mpa。由于活度系数法只适用于低压系统,一般的状态方程难以描述高度非理想性的体系,而CPA热力学方程适用于氢键缔合能和强极性体系,故选用CPA热力学方程,对该工艺进行全流程的稳态模拟;本文对甲醇再生优化,从两方面通过提高H2S的浓度,提高了硫的回收率:(1)给T06气提塔后加一个闪蒸罐,闪蒸出部分CO2后的甲醇溶液进入再生塔;(2)提高气提气N2的流量,降低进入再生塔甲醇溶液中CO2组成。对甲醇洗涤塔灵敏度分析,分析吸收剂流量和分流率对吸收效果和CO2产品气的影响。
  本文对该低温甲醇洗工艺进行了动态模拟,建立了为该工艺装置建立吸收塔、精馏塔、闪蒸罐、换热器、泵等单元设备的数学模型。以管网的拓扑结构来接各单元设备模块搭建流程,采用序贯模块法进行求解,通过调试得到了最终的动态模拟结果。该工艺最重要的设备是甲醇洗涤塔,因此本文对洗涤塔的稳定性进行测试,研究进料流量的波动对系统的影响,评价该动态模拟系统抗扰动的能力。
[硕士论文] 王倩倩
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:过程强化对于现代化工具有极为重要的意义,微反应器作为过程强化的重要设备,近年来受到越来越多的关注。目前微反应器的种类有很多,但因为放大、通道堵塞等方面存在的问题,所以很少被应用于实际工业生产中。基于此,对流微通道反应器被设计出来。在本实验室前人的研究中证实该反应器具有良好的微观混合性能,且结构简单、易于清洗和放大。本论文研究了对流微通道反应器在两个液液萃取体系中的应用,进一步证明其工业应用的价值。本文的主要研究内容如下:
  (1)将对流微通道反应器应用于低萃取剂浓度的Cr(Ⅵ)的萃取。研究表明:氢离子浓度越高萃取效果越好;分别以环己烷、煤油和四氯化碳为稀释剂进行对比发现,环己烷为稀释剂时萃取效果最好,四氯化碳为稀释剂时萃取效果最差。操作条件和反应器结构对萃取效果影响显著:萃取率随雷诺数的增大先升高后降低;待萃液和萃取液在体积流量相同的条件下进料萃取效果最好;0.8mm管径,1.3mm开口为反应器最佳结构参数。在最优操作条件下,后续搅拌10min,萃取率可达55%左右。在相同的操作条件下,使用单束式和集束式对流微反应器在萃取效果上相差不大;对于不同放大倍数的集束式反应器,萃取结果也几乎没有差别,说明反应器基本无放大效应。另外还探究了对于TBP进行反萃的最佳的工艺条件。
  (2)采用超声微波提取的方式进行黑苦荞麦中芦丁的提取,正交实验优化提取过程工艺条件,结果表明最佳工艺条件为:乙醇浓度为70%;提取时间为60min;微波温度为80℃;超声功率为200W。最优条件下,芦丁的提取率约为1.85%。以正丁醇为萃取剂使用对流微通道反应器提纯芦丁,研究表明:芦丁水溶液与正丁醇的体积为1∶1时为最佳进料比;萃取率随雷诺数的增大先升高后降低;最佳反应器规格是管径0.8mm,开口0.8mm。最优条件下,后续搅拌5min,芦丁的萃取率约为90%。放大实验表明反应器无放大效应。
  研究证实,对流微通道反应器对于液液萃取具有一定的强化作用,反应器易于放大且无放大效应,具有良好的工业应用前景。
[硕士论文] 郭林涛
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:超(亚)临界流体技术是一种绿色化工技术,已被广泛应用于聚合物制备和天然产物萃取等领域。其中,固体溶质在超(亚)临界流体中的相平衡数据作为一种重要的基础数据为超(亚)临界流体技术的应用提供支持,但其相关研究比较匮乏。
  本文采用动态法测量分子量为100000和260000g·mol-1的聚苯乙烯(PS)在实验温度(313-333)K,实验压力(9.0-18.0)MPa的超临界CO2(SCCO2)中的溶解度;采用静态法测量相同分子量的聚苯乙烯在实验温度(313-333)K,实验压力(5.0-18.0)MPa的亚临界R134a(sub-R134a)中的溶解度。分别采用动态法和静态法测量肉桂酸在实验温度(308-328)K,实验压力(9.0-18.0)MPa的纯SCCO2、sub-R134a和含夹带剂(乙醇、乙酸乙酯和正戊烷)的SCCO2中的溶解度。从分子微观层面分析了不同的温度和压力、溶剂的类别、溶质的分子量以及夹带剂种类对溶质溶解度的影响,计算了溶质在超(亚)临界流体中的溶解度增强因子(δ),以及夹带剂效应因子(ψ)。
  本文采用六种半经验模型(Chrastil、A-L、K-J、S-S、M-S-T和Bartle模型)对得到的聚苯乙烯和肉桂酸在不含夹带剂的超(亚)临界流体中的溶解度进行了关联拟合,采用四种半经验模型(Gonzalez、Sovova、Tang以及Sauceau模型)对获得的肉桂酸在含夹带剂的SCCO2中的溶解度数据进行了关联拟合,用平均相对绝对偏差(AARD)表示各模型关联精度。采用K-J模型计算了溶质的偏摩尔体积(V'),用Chrastil和Bartle模型的关联参数计算了溶质总的热效应(ΔHtotal)、溶解热(ΔHsol.)和升华热(ΔHsub.)。最后,依据分子缔合理论建立新的计算溶质在超(亚)临界流体中溶解度的模型,并采用实验数据以及文献数据共993组数据验证了模型的精度。结果表明,新模型的计算精度优于同参数的模型,可用于计算溶质在超(亚)临界流体中的溶解度。
[硕士论文] 安赵芳
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:近年来,化工安全事故频发,尤其是罐区突发性泄漏事故所引发的火灾、爆炸等二次事故。罐区是化工生产企业的重要组成部分,由于存储着大量的化学危险品,易发生突发性泄漏事故。突发性泄漏事故影响范围较广、危害性极大,若事故不能及时控制,将造成严重的人员伤亡、环境污染以及财产损失。因此开发罐区泄漏事故后果仿真软件对操作人员和工艺人员进行安全培训刻不容缓。
  本文主要是针对罐区泄漏的灾害仿真模拟,以罐区为研究对象,对罐区所在的区域进行网格划分,建立灾害多模型系统。灾害模型包括泄漏源模型、气体扩散模型、液体扩散模型、池火灾模型、传热模型以及气液平衡模型。本文总结了常用的三种模型求解方法,并给出灾害模型的求解方法。在北京化工大学自主研制的DSO平台下,利用Microsoft Visual Studio完成相关模块的编制,结合最先进的虚拟现实基础,进行结果的可视化呈现。
  论文最后一部分,利用开发的灾害模型系统,以某石化公司的项目为背景,对汽油罐区泄漏的事故后果进行模拟,分别模拟了未发生火灾前液池半径随泄漏时长的变化、泄漏速率和风速对气相扩散的影响以及发生火灾后燃烧时长和风速对气相温度以及气相浓度分布的影响。还模拟了泄漏15min的有限泄漏时长后,气相浓度在空间的分布及扩散多长时间后可达到安全浓度。
[硕士论文] 王向阳
化学工程与技术 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:研究地震灾害对化工园区的危害程度及情景演化过程,为制定合理应急救援措施提供一定的理论支持。本文以化工园区地震次生灾害为对象,采用贝叶斯模型分析化工园区地震次生灾害的演化过程,量化地震加速度(PGA)与储罐超越概率之间的对应关系,并应用CFD软件模拟液氨储罐发生泄漏后的扩散过程。主要研究成果如下:
  1.根据贝叶斯网络模型,研究不同地震烈度下,园区内设备损坏、火灾爆炸及人员伤亡等节点的后验概率值。结果表明,各概率值随着地震烈度的增大而增大。实例分析某地区的地震烈度为9级时,中毒、化学性火灾和物理爆炸概率分别为0.042、0.115及0.0264,人员伤亡不可接受的概率为0.021;并探讨了应急救援和人员密度对人员伤亡的影响。
  2.以Probit模型为易损性函数,分别利用贝叶斯和最小二乘法估计模型参数,绘制易损性曲线。结果表明,随着地震烈度的增大,储罐某一损伤等级的超越概率不断增大,以损伤等级≥3为例,当地震加速度(PGA)小于0.4g时,超越概率值增长较快,之后曲线趋势变缓,概率值最高可达70%;在同一地震烈度下,随着损伤等级的增加,超越概率值逐步减小,当地震加速度为0.4g时,各损伤等级的超越概率值分别为0.516、0.2578、0.1314和0.0465。
  3.建立液氨储罐在某化工企业内泄漏扩散的三维CFD模型。结果表明,随着风速的增大,横向扩散距离变小,纵向扩散距离增大;泄漏孔直径5mm,压力1MPa时,风速从2m/s增大到4m/s时,纵向扩散距离从5m增大至10.1m;一水合氨主要在地表扩散,危害程度比气氨严重;并实例分析该企业受地震波及连接储罐的管道破裂后,氨泄漏后的扩散过程,1min后死亡浓度区域最远已扩散至150m处,已基本覆盖半个厂区。
[硕士论文] 高伟伟
化学工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:为了使现代化工企业生产大型化和经济节约化,建立化工园区已经成为石油化工行业发展的主要趋势。截至2015年,我国化工园区数量已达到约500家。随着化工企业的密集化,化工园区的安全影响和风险评价受到各级政府和相关学者的高度关注。我国同时是一个受自然灾害影响很大的国家,每年由自然灾害导致的化工园区安全事故及其所造成的经济损失和人员伤亡不可估量。在安全生产“十三五”规划中,明确提出了自然灾害对化工园区项目相关课题。本文主要研究了地震、飓风和雷电三种自然灾害对典型化工园区的安全影响辨识与风险评价。一方面,本文从致灾因子危险性、承灾体暴露性、承灾体易损性与防灾减灾能力的角度出发,利用层次分析法,在前人研究的基础上,建立了自然灾害综合风险评价模型,从而对化工园区内的危险化学品、重大危险源、危险工艺进行了风险辨识;另一方面,运用CASST-QRA软件对化工园区事故后果以及区域风险进行了定量风险评价。以某一典型化工园区进行验证,并得到以下结论:
  1、通过研究层次分析法,建立了自然灾害综合风险评价模型,最终辨识结果为:地震、飓风、雷电三种自然灾害对该化工园区的风险辨识都属于中等风险。
  2、通过针对某一典型化工园区开展了重大危险源辨识,主要包括:危险化学品辨识、危险工艺辨识、重大危险源辨识。通过数据统计,研究结果表明,该化工园区涉及到的危险化学品共82种,危险化工工艺共9家,重大危险源化工企业共14家。
  3、通过CASST-QRA软件对某一典型化工园区内重大事故后果、个人风险、社会风险和道路运输风险进行了模拟研究,得出了相应的死亡半径、重伤半径和轻伤半径。通过模拟研究可知,由此造成的个人风险、社会风险和道路运输风险都是可以接受的。
[硕士论文] 周瑞坤
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:流程雁阵(Process Goose Queue,PGQ)为复杂生产工艺优化提供了新的思路和方法,目前PGQ方法仍是采用基于机理数学模型的优化和阵型调整方法,其中对系统模型准确性要求较高,限制了其实际工程应用。本课题结合数据挖掘相关技术,提出了一种基于数据挖掘的流程雁阵阵型调整方法,主要研究内容和取得成果如下:
  1、深入研究了流程雁阵(PGQ)方法及其阵型调整机制,研究了模糊聚类和模糊关联规则算法,为后续研究工作奠定基础。
  2、对头雁位置变量进行目标聚类分析,发现头雁在不同工作点的分布情况,利用模糊聚类算法对各状态子雁和操作子雁进行模糊聚类划分,给出在不同模糊语言值下的模糊参数分布;然后,划分的模糊集用于流程雁阵的模糊关联规则挖掘,并通过实例给出了流程雁阵模糊关联规则模糊查询表的实现方法,通过查询表可以对雁阵阵型偏移进行干预。
  3、以水泥生产工艺作为研究对象,建立以分解炉温度为目标的多级流程雁阵结构,对生产过程数据在各模糊语言值上进行模糊聚类,通过对子雁的模糊关联规则挖掘,得到的模糊关联规则查询表,用于雁阵阵型调整的指导。
[硕士论文] 曹阳
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:反应蒸馏通过将反应操作和分离操作集成在一个处理单元中,使得系统具有更低的能耗,降低了经济成本,是一种极具潜力的化工过程强化技术。然而,常规的单反应段蒸馏塔并不总是适用于所有的反应物系。当产物为次重和次轻组分而反应物为最重和最轻组分时,单反应段蒸馏塔的分离效果反而不如传统的化工流程。针对这种具有最不利相对挥发度排序的反应物系,一种方案是采用常规的双反应段蒸馏塔(Reactive distillation column with double reactive sections,RDC-DRS)。RDC-DRS是将两个反应段分别设置于塔顶和塔底而产物由侧线采出,这样的过程配置有利于加强物质耦合,使系统获得比单反应段蒸馏塔更好的稳态性能。进一步,可以在RDC-DRS的基础上引入进料分流继续提升系统的稳态性能,也就是采用进料分流双反应段蒸馏塔(Reactive distillation column with double reactive sections and feed splitting,RDC-DRSFS)。虽然进料分流过程强化技术对双反应段蒸馏塔的稳态性能是有利的,但是这种技术对系统动态特性和控制的影响仍然是未知的,而这恰恰是进料分流是否可行的关键性问题。
  本文详细研究了RDC-DRS和RDC-DRSFS这两种双反应段蒸馏塔的动态特性和控制,尤其关注进料分流对系统的影响。由于RDC-DRS具有单股侧线出料的过程配置,以及处于全回流和全回热的工作模式,系统调节通道(再沸器热负荷一侧线产物组分浓度)的开环响应会表现出严重的欠阻尼特性,而在扰动通道(进料流量一侧线产物组分浓度)的开环正负响应具有严重的不对称性。这些不利的动态特性将会恶化RDC-DRS的可控性。相比于RDC-DRS,由于RDC-DRSFS引入了进料分流,这种欠阻尼和不对称性在一定程度上受到了抑制,系统的动态特性和可控性得到改善。
  本文分别采用理想四元可逆反应物系、甲醇和乳酸的酯化反应物系进行仿真研究,验证了进料分流对双反应段蒸馏塔动态特性和控制的影响。在相同的控制方案下,RDC-DRSFS的控制效果要优于RDC-DRS。本文的研究揭示了进料分流对双反应段蒸馏塔不仅是一种优化稳态性能的过程强化技术,而且也是改善系统动态特性和可控性的一种有效手段。
[硕士论文] 王腾飞
控制工程 北京化工大学 2018(学位年度)
摘要:反应精馏将反应操作与分离操作整合到一个操作单元中,与传统的化工流程相比,减小了设备投资,降低了生产成本,使得反应精馏的研究势在必行。然而,在处理最不利相对挥发度序列的反应时,传统反应精馏塔(Conventional reactive distillation column,CRDC)使用的是单股侧线出料的过程配置,以及全回流全回热的工作模式,反应段位于整个精馏塔的底部,反应物从底部和中间进料,这导致了反应操作与分离操作的不协调性,不能对系统进行有效的控制,针对这种情况,可以采用外部环流反应精馏塔(Reactive distillation column with a top-bottom external recycle,RDC-TBER)。在此结构中,未反应的反应物(相对挥发度为最轻和最重,趋向于在RDC-TBER的顶部和底部聚集)通过外部环流返回到反应段发生进一步反应,因此可以大幅提高系统的热力学效率。然而,RDC-TBER相当于对CRDC进行了结构翻新,这导致RDC-TBER的动态特性与控制方案仍然是个未知数,因此,有必要对这一问题进行研究。
  本课题详细研究了在处理最不利相对挥发度序列的反应时,RDC-TBER的动态特性与控制,尤其关注外部环流对系统的影响。在研究的过程中,要对RDC-TBER进行控制,RDC-TBER共有6个操作变量:1、回流量,2、冷凝器热负荷,3、最重反应物进料流量,4、出料流量,5、再沸器热负荷,6、外部环流流量;前五个操作变量分别控制塔顶液位、塔压、灵敏板浓度、出料浓度、塔底液位,外部环流流量作为操作变量,在本文中提出两种不同的控制方案,分别是:1、外部环流流量采用流量控制,将其固定在稳态值附近;2、外部环流流量控制中间出料产物的浓度。研究表明,通过外部环流的结构,系统的动态特性与可控性相比于CRDC有了明显的提升。
  本课题分别通过理想四元放热可逆反应和乳酸的酯化反应的仿真实验,验证了外部环流结构对系统动态特性与控制的影响。在相同的扰动情况(进料流量扰动、进料组分扰动、出料浓度扰动)下,RDC-TBER的控制效果要优于CRDC,同时,RDC-TBER中,外部环流流量控制中间出料产物的浓度的控制方案比外部环流流量采用流量控制有更好的控制效果。本文的研究证明了在处理最不利相对挥发度序列的反应上,RDC-TBER对改善系统的动态特性与控制效果十分有效。
[硕士论文] 曹远洋
化学工程 合肥工业大学 2018(学位年度)
摘要:水力旋流器是一种利用离心力进行多相分离的机械设备,常用于固-液两相、液-液两相、固-液-气三相的分离。因实际生产过程需使用微型水力旋流器,而市场上并无所选条件下的水力旋流器结构参数,故本文对水力旋流器进行微型化。利用CFX进行数值模拟,并辅以气源试验验证的方式,本文对微型水力旋流器其结构参数进行优化,确定最适合模拟该流态下的均相模型和曳力模型,得到分离要求下的最优水力旋流器结构参数,并已应用于土壤浸提系统中,同时也为水力旋流器的微型化提供一套完备的可行的模拟方案。考虑到实际生产过程中各类因素对分离结果的影响,其中主要涉及旋流器筒径、进料固相浓度、气源进口气压、固相颗粒直径、进料液相种类、固相颗粒密度、固相载体种类以及进口加工偏转角度等八项因素,进行仿真分离效果分析,为实际生产提供参考意见。
  微型水力旋流器研究得到相应结论如下:
  (1)因仿真模型的多样性,为确定合适的模拟模型,本文选择在气源气压为0075MPa,进料固-液质量比为120时,对比仿真结果与气源试验结果,确定Gidaspow曳力模型为最佳曳力预测模型。
  (2)为获得满足生产要求下分离效果最佳的水力旋流器结构尺寸,本文利用正交试验法,对水力旋流器各项结构参数进行仿真,确定分离要求下的最优结构参数为:筒径为20mm、溢流管深度为25mm、沉沙口径为6mm、进口形状为2*6矩形进口、溢流孔径为3mm、锥角为6°、筒高为45mm。
  (3)对影响因素分析,得到:当筒体筒径为22mm时,其固液分离效果最佳;对进料固相浓度分析,进料固相浓度与溢流口固相浓度呈线性关系;对进料气源气压分析发现气压为0.075MPa分离效果较好;对进料固相颗粒直径进行分析,发现最佳水力旋流器适合分离颗粒直径为0.03mm以上的固体颗粒;对进料液相种类研究发现,常用液相溶剂中苯对分离过程影响效果最好;对固相颗粒密度进行分析发现,该水力旋流器适合分离密度在1900kg/m3的固体;对固相载体进行分析发现,三氧化二铝其分离效果最佳;对进口加工偏转角进行分析发现,在3°以内,偏转角对分离率影响不大,但对溢流口固相浓度影响存在波动现象。
[博士论文] 耿察民
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:双流化床是一种由两个流化床单元通过动力链接耦合而成的反应器,由于此类反应器具有解耦热化学反应实现优化控制及产物分离等优势,近年来众多研究者对双流化床在燃料的高效利用和分级转化等方面应用进行了探索。然而,由于双流化床的物理结构与内部流动机理相对复杂,目前对其气固流动特性的掌握并不充分,尤其是对其颗粒循环与协调耦合机制的认识尚不能完全满足应用要求,因此亟需对交互循环双流化床气固流动特性进行系统的研究以指导设备的设计、运行和优化需求。
  本文构建了由两个尺寸相同的快速流化床单元对称构成的交互循环双流化床冷态试验系统,每个快速流化床单元均由上升管、下降管、旋风分离器、Loop seal气动返料阀组成。通过在较宽工况条件范围内的试验研究,在流化床单元内实现了四种气固流动结构,包括湍动流动(Turbulent Flow/TF)、团聚流动(Cluster Flow/CF)、环核流动(Annular Flow/AF)和悬浮流动(Suspension Flow/SF),掌握了双流化床的耦合操作特性,并在此基础上成功构建了五类耦合运行模式(CF-CF、CF-TF、CF-AF、AF-AF以及AF-SF)。
  通过采用对称参数及非对称参数两类操作方法,系统地分析了双流化床内压力分布、床层压降、颗粒浓度分布等气固流动特征参数随装置存料量、上升管流化风量、返料阀返料风量、返料阀返料风量等操作参数的变化规律,并基于试验数据构建了对称型交互循环双流化床的全场压力平衡模型。此外,通过处理时序压差数据分析了流化床单元上升管内的全高度颗粒浓度波动特性,揭示了各操作参数对双流化床反应器内动态颗粒浓度波动强度及运行稳定性的影响规律。
  以流化床内颗粒动态质量流量测量为应用背景,构建了一种适用于本文所建立双流化床装置的在线、实时、非侵入式的微波动态质量流量测量系统,并借助此系统实现对所建立交互循环双流化床内的颗粒循环流量的高频率动态连续测量,通过对时序颗粒质量流量标准差及变异系数的分析,揭示了交互循环双流化床流化床单元间连续颗粒循环的波动强度及循环稳定性随操作参数的变化规律。
  基于颗粒动理学理论,针对双流化床内的复杂气固流动过程构建了的三维欧拉-欧拉数值计算模型及模拟方法,随后以串行结构双流化床和并行结构双流化床为对象分别构建了三维物理模型,并实现了三维维度上的双流化床全场气固流动数值模拟,在此基础上对流动结构、颗粒分布、速度分布等重要流体动力学特性以及双流化耦合运行失稳机理等试验中难以观测的气固流动特性开展了研究。
[博士论文] 陈岱琳
动力工程及工程热物理;热能工程 东南大学 2017(学位年度)
摘要:快速流化床(Fast fluidized bed,FFB)是一种高效的气固反应和传热传质设备,近年来广泛运用在煤加压气化和燃烧、费-托合成(Fischer-Tropsch synthesis,FTS)、氧化铝焙烧及提升管式流化催化裂化等工业过程。国内外学者对快速流化床的基本理论和气固流动特性进行了一系列研究,但目前对快速流化床介尺度气固流动特性的了解较为不足,针对Geldart B类颗粒在快速流化床内的气固流动特性,特别是颗粒团絮的演化规律掌握不够,使快速流化床设备在方法设计、参数优化等方面存在一定困难。本文基于试验和数值模拟手段,对快速流化床内颗粒团絮规律进行了系统的研究。
  本文建立了三维可视快速流化床系统(上升管H=3m,D=0.1m),系统地研究了快速流化床内气固流动结构随着静止床高(H0/D=0-4)、表观气速(ug=0-5.28m/s)等操作条件和颗粒性质改变的变化过程,揭示了Geldart B类颗粒在快速流化床内全范围气固流动结构及其转变规律,全面地定义和描述了快速流化床从低速流态化到高速流态化经历的五种气固流动结构。同时,对上升管内颗粒浓度和气固滑移特性等流体动力学特性随操作参数(流化风速和循环通量等)的变化规律进行研究,并建立了这些气固流动特性和操作参数之间的内在关联式。此外,结合图像和压力信号分析,观察并定义了快速流化床内典型的高速气固流动结构并绘制了流动相图,拟合了不同流动结构之间的转变速度,揭示了快速流化床内不同气固流动结构之间的转变规律。
  在由三维可视快速流化床和高速图像采集系统构成的试验平台上,建立了三维快速流化床上升管颗粒团絮图像采集和处理系统,提出了基于图像二值法的团絮识别及表征方法。识别和定义了快速流化床上升管存在的四种典型颗粒团絮类型,分别描述了这四种颗粒团絮的主要特征(团絮尺寸、速度等)和存在范围,全面地揭示了不同类型颗粒团絮形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。同时,研究了操作条件和颗粒性质对颗粒团絮气固流动特性的影响。
  采用多相流网格质点(Multiphase Particle-in-Cell,MP-PIC)方法,建立了适用于Geldart B类颗粒的三维快速流化床气固流动的数理模型、模型边界条件和数值求解方法。构建了基于本文试验装置的三维快速流化床全循环物理模型,通过对系统网格尺寸、计算粒子内的颗粒数、曳力模型和颗粒堆积密度等一系列模型参数进行敏感性分析,提出了适用于Geldart B类颗粒在快速流化床数值计算的最优模型和模型参数群,成功实现了Geldart B类颗粒在快速流化床上升管、两级旋风分离器、下降管和J型返料阀之间全循环流动的数值模拟。
  基于数值模拟,系统地研究了操作参数(流化风速、返料风量和储料量)对快速流化床内气固流动结构的影响。实现了对三维快速流化床上升管内三种典型颗粒团絮的模拟,并对其演化规律进行了研究。同时,预测了不同长度上升管内颗粒团絮性质(团絮平均浓度、平均速度)的分布规律,进一步揭示了快速流化床内部颗粒团絮的气固流动特性,特别是团絮形成、发展、聚并直至破碎的演化规律。
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