化工工程硕士论文范文10篇

来源: www.sblunwen.com 作者:lgg 发布时间:2018-12-18 论文字数:38592字
论文编号: sb2018121621440324101 论文语言:中文 论文类型:硕士毕业论文
本文是一篇化工工程论文,化工工程系统地掌握化学工程与工艺的基础理论与专业知识,能够结合化工生产的社会经济目标,从事研究、开发、设计、生产与企业管理等工作。
本文是一篇化工工程论文,化工工程系统地掌握化学工程与工艺的基础理论与专业知识,能够结合化工生产的社会经济目标,从事研究、开发、设计、生产与企业管理等工作。(以上内容来自百度百科)今天为大家推荐一篇化工工程论文,供大家参考。
 

化工工程硕士论文范文篇一

 
第1章石油概述
 
1.1石油的元素组成
石油又称为原油,是由沸点相近的烃类和含有氧、硫、氮及某些金属杂原子的高分子烃类化合物组成的复杂液体混合物[1]。石油经过分馆和裂化等加工过程后可得到石油气、汽油、煤油、柴油、润滑油等等一系列产品。不同地区的原油性质各不相同,可是它们的元素组成基本都是由碳、氯、硫、氮、氧五种元素构成,其中以碳和氧两种元素为主,它们在原油中占95%以上。原油的碳氧质量比或者碳氧原子比是反映原油化学组成的一个重要参数。对于烃类化合物来说,碳氧比与它们的化学结构差异以及分子量大小相关,当石油以及加工的相关产品中的有机化合物的环状结构增加时,碳氧比就会降低,特别当芳香环结构增加时,其碳氧比明显减小。硫、氮、氧是以碳氧化合物为主的石油的杂原子,它们在原油中的含量只有百分之几,但是含有这些杂原子的非烃化合物的含量却比较高,占原油的百分之几十。同世界上大多数原油相比,我国除新疆和胜利原油之外主要原油的硫含量一般都小于1.0%,而氮含量却相对较高。除碳、氢、硫、氮、氧外,原油中还含有微量的金属和非金属元素,其中含量较多的是镇、机、铁、铜等。
 
1.2原油的分类
原油中的有机硫在炼制生产过程中会转化成硫化氧,而硫化氧对炼制装置腐蚀性较强,而按照原油中硫含量的高低对其分类,为石油炼制采取相应的生产工艺有着重要意义。通常分类有如下三种:低硫原油(硫含量低于0.5%);含硫原油(硫含量在0.5?2.0%之间);高硫原油(硫含量高于2.0%)。此外,原油也可以按照相对密度来进行分类。通常将相对密度不大于0.8654g/cm的原油称为轻质原油;将相对密度介于0.8654-.9340 g/cm3之间的称为中质原油;将相对密度介于0.9340?1.0000 g/cm3之间的称为重质原油;将相对密度大于等于1.0000 g/cm3的原油称为特重原油。另外,按照原油中的錯含量也可把原油分为三类。低錯原油的錯含量通常低于2.5%,含蜡原油的錯含量在2.5?10.0%之间,而高蜡原油的蜡含量一般高于10.0%。
 
1.3石油的非烃化合物
石油中的含硫、氮、氧化合物和胶状沥青状物质等物质属于非经化合物⑴。这些非烃化合物在石油中的含量比较大,尤其在石油重质傾分和减压澄油中的含量更高。非烃化合物的存在对于石油的加工工艺以及石油产品的使用性能都有很大的影响。
 
1.3.1石油中硫含量
石油馆分中的硫的分布与石油馆分的沸点有关,一般随着其沸点的升高而增加,渔油和重馆分油中集中了大部分的硫。其中元素硫、硫化氧、硫醇、硫醚、二硫化物、噻盼等类型的有机含硫化合物是石油中应经确定的留的存在形式。由这些硫化物的性质可将其分为两大类,即活性硫化物和非活性硫化物。对金属设备具有较强的腐蚀作用的H2S、S以及RSH等属于主要的活性硫化物,而硫酸、二硫化物和噻盼等非活性硫化物硫化物对生产装置无腐蚀作用,一些非活性硫化物受热分解后会变成活性硫化物。原油和石油的产品中除了元素硫和硫化氧外均以有机硫化物的形态存在。硫醇在轻质馆分中存在多些,原油中含量较少[2]。
 
第2章石油化工的废气
 
2. 1石油化工的废气产生
石油炼制主要包括催化裂化、常减压蒸馆、焼基化等过程加氧裂化、常减压蒸馆、催化裂化、催化重整、加氧精制、芳经分离、焼基化、延迟焦化、气体分馆、减粘裂化、氧化沥青、脱硫、制硫、制氧等是其比较常用的装置⑷。石油化工废气是指在加工过程中由于物料在特定条件下经过化学反应产生的含污染物质的有毒有害气体。
 
2. 1. 1来自常减压蒸溜的加热炉
常减压蒸馆是常压蒸懐与减压蒸馆的组合,在常压蒸馆中把汽油、航空煤油及柴油组分分离出来,然后将高沸点组分在减压条件(降低组分的沸点以防止热分解)下分离出石蜡和润滑油组分及减压渣油[5]。常减压装置的顶气主要来自常压塔顶、减压塔顶。由于顶气可以通入加热炉进行回收燃烧,不用直接排入大气。因此,废气主要来自加热炉烟气。
 
2. 1.2来自催化裂化装置
催化裂化是将常减压澄油在桂酸绍催化剂的作用下,把大分子烃类断裂成C3以上的小分子焼烃的过程。催化裂化反应的产物可分割为高辛焼值的汽油、柴油等馆分。这种工艺装置废气主要来源于再生器及原料加热炉烟气,特别是催化剂再牛.烧焦过程所排出的烟气中含有大量的一氧化碳气体,约占烟气总体积的8%?10%。这种烟气过去一般在一氧化碳锅炉中烧掉,同时回收产生的热量,以防止空气污染。近年来,国内外绝大多数催化裂化装置采用一氧化碳助燃剂,将再生烟气的一氧化碳烧掉,使烟气中的一氧化碳量降至2%-.2%。
 
第3章硫化物和氮化物的危害及防治........ 8
3.1硫化物污染的危害及防治........  8
3.1.1硫化物的危害........  8
3.1.2硫氧化物的来源与防治........  8
3.1.3国内外烟气脱硫发展及现状........  12
3.1.4治理S02的先进技术........ 12
3.2氮化物污染的危害及治理........  14
3.2.1氮化物的危害........  14
3.2.2氮化物治理方法........  15
3.3硫化物和氮化物的联合治理方法........  18
第4章石化企业硫化物和氮化物........ 29
4.1国内石化企业硫氮化物的治理........  29 
4.2东北某石化公司硫氮化物的治理状况........  29
 
结论
 
随着我国石油化工产业的发展,国产原油已经无法满足需求,我国已成为原油净进口大国,其中进口的原油大多数为高含硫的中东油、南美油及中亚油,因而沿海、沿江承接原油卸载的石化企业,将大量加工高含硫原油。这就要求炼油厂改进和提高生产装置耐腐蚀性,以满足炼制进口原油的要求。如引进先进高效的联合脱硫脱氮设备,它既能满足大气环保的要求,又能节省大量的土地资源。
为了减少石化废气中硫化物和氮化物对大气的污染,在改进燃烧技术、抑制其生成的同时,还要加强对烟气中的硫化物和氮化物的净化治理。目前,国内外已开发了多种联合脱硫脱氮的工艺,但是评价各种工艺应从硫化物和氮化物净化率、装置成本、运行费用以及副产物处理和二次污染等多方面综合评价。因此,针对文中提到的东北某石化公司而言,活性炭法或SNOX (WSA-SNOX)工艺是处理该公司烟气中硫化物和氮化物的比较理想的方法。此外,燃烧前脱硫脱氮也是控制硫化物和氮化物排放的有效方法之一。
 
参考文献
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化工工程硕士论文范文篇二

 
1绪论
 
1.1引言
能源是人类社会发展的基础与动力,今天的文明和繁荣是建立在对煤炭、石油等化石燃料的巨大消耗之上。而且,随着世界人口的不断增加以及人们对物质生活水平要求的不断提高,人类社会对能源的需求量仍将持续增加。然而,化石燃料作为不可再生能源,终有枯竭的一天。与此同时,化石燃料的大量消耗也为人类社会带来了大量的环境问题。因此,寻求可以替代化石燃料的绿色、高效能源成为人类社会的必然选择。能源问题是关乎国计民生甚至国家发展的重大问题,因此我国也在积极开展新能源方面的研究。在各国都在积极寻求新能源的背景下,诸如太阳能、风能、潮沙能、地热和生物能均取得了一系列的进展⑴。从18世纪英国科学家卡文迪许发现氢气开始,就有将氢气作为燃料的想法⑴。氢气一直被认为是一种清洁和高效的能源,有望代替化石燃料成为人类社会的重要能源[2][3]。在氧能应用的研究中,燃料电池是一个研究热点。燃料电池是一种将化学能直接转化为电能的能源转换装置。与传统化学电池相比,燃料电池产生电能所需的燃料和氧化刻并非存储在电池内部,而是通过外部设备提供给燃料电池[4]。因此,燃料电池只决定电池输出功率的大小,而不限制燃料电池所能提供的总能量。燃料电池最突出的优点是其能量转化效率非常高,在实际应用中燃料电池效率可以达到普通内燃机的两倍以上⑴。
目前,氢能及燃料电池忮术已经成为全球能源和交通领域的一个研究热点[5]。世界许多国家都将氢能开发视为国家的一个战略,同时,许多跨国公司也投入了大量的人力、物力积极开展氢能和燃料电池技术的研发[6]。其中,一些顶尖汽车制造商纷纷相继推出了以氢能源为动力的汽车⑴我国自20世纪90年代也逐步开展了氧能源技术的研究,并且取得了一定的成果。随着燃料电池技术的发展,氧源技术巳经成为限制燃料电池产业化的关键技术。目前,为燃料电池提供氢气的方式主要有两种:一种是燃料电池直接携带氢气;另一种是通过液体原料重整反应现场制取氢气。燃料电池携带氢气是一种很直观的供氢方式。由于其密度非常小,所以氢气的存储需要通过液化、吸附等方式来进行[3]。然而,氢气是一种难溶于水和难以液化的气体。同时,氢气的分子非常小,可以通过极其微小的间隙,因此氣气非常容易泄露,这也使得一般材料的容器难以存储氧气。氢气的这些特点为氧气的存储和运输带来了许多困难和高额的成本问题。除此以外,氢气是一种易燃气体,具有较大范围的爆炸极限⑴。加之氢气极易泄露,而且引燃氧气只需要很少的能量,甚至普通电子设备的摩擦都可以引燃氧气[3]。综合考虑存储、运输和安全性等各方面问题,燃料电池直接携带氢气并不是一个非常好的选择。因此,科研人员积极寻求可以通过重整反应现场制取氧气的液体原料。液相的烃类和醇类因其能量密度高,能量转换效率高,易于存储和运输,安全性等优势,成为现场制氧的合适原料。虽然研究表明,在同等的性能下,直接携带氢气的燃料电池比通过液体原料现场制氢的燃料电池,具有效率更高、成本更低和设计更为简单等优点。但综合考虑,通过液体原料重整反应现场制取氧气仍然比燃料电池直接携带氧气更具有可行性。在众多液相烃类和醇类中,曱醇因其自身的许多性质,被广泛认为是一种非常适合通过重整反应制取氢气的原料。
 
1.2研究内容
从结构特征上看,重整反应装置主要包括列管式重整装置、板式重整装置和微通道重整装置。传统重整装置主要为列管式,其制氧能力强,但是体积大,制造和安装成本高19]。板式重整装置将放热反应和吸热反应进行了耦合[32],其传热能力得到了加强,结构更为紧凑,体积也较小[33]。微通道重整装置运用了微反应技术,通过徵通道的精合来完成热量交换,具有体积小、效率高和响应速度快等优点,但目前其设计和制造的成本有待降低[9]。大型重整装置因其体积庞大和复杂性,使其主要在工业生产中使用,限制了其在生活中的应用。随着燃料电池技术的日益成熟,运用燃料电池取代内燃机成为交通工具的动力来源以及燃料电池的移动应用都具有非常好的前景。为解决燃料电池的氢源问题,微小型重整反应装置越来越受到关注,制造出重整效率高、能量密度大、响应速度快和变负荷能力强的微小型重整反应装置成为目标。随着徵反应技术的发展,其在重整装置中也得到了应用,重整装置中开始使用微反应器和徵换热器。由于重整反应装置尺度的大幅减小,反应过程中所需的监测点也相应地减少,降低了系统的复杂度。加之微反应器可以提高反应效率、转化率、易于改变操作条件和生产能力,这使得重整效率高、能量密度大、响应速度快和变负荷能力强的微小型重整反应装置成为可能。此外,微反应器的高安全性也有效地缓解了安全隐患的问题。这些因素均为重整制氢技术在生活中的应用提供了极大的便利。本研究中重整反应装置即为运用了徵反应技术的组合重整装置,因此本研究也主要针对此装置制氢过程的控制。
 
2甲醇重整制氢微化工实验平台
 
本章摘要:作者参与搭建了一套甲醇重整制氧微化工实验平台,本章先介绍了系统的制氧原理,然后对系统的软硬件结构进行了介绍。最后对甲醇重整制氧过程进行了系统辨识,系统辨识的结果表明曱醇重整制氢过程的模型参数具有不确定性。
 
2.1引言
随着微反应技术的发展,许多大型化工装置都体现出了小型化甚至徵型化的趋势,甲醇重整制氢装置也是其中之一。微小型甲醇重整制氧装置不仅明显提高了反应效率和安全性,还使得甲醇重整制氧技术有了更广阔的应用空间。虽然,已经有对甲醇重盤制氢系统的研究,但其中很多还停留在仿真上。由于实际系统可能受到干扰和噪声的影响,加之系统尚有未知因素,在实际应用中可能会出现无法预知的问题。为了使控制算法得到更有力的验证和推动曱醇重整制氣技术的应用,作者参与搭建了一套微型甲醇重整制氧微化工实验平台。为了给后续的自动控制研究提供基础,还对微型甲醇重整制氧过程进行建模。
 
3甲醇重整制氢过程的滑摸控制....... 21
3.1 引言....... 21
3.2滑模控制....... 21
3.3李雅普诺夫稳定性理论....... 23
3.4滑模控制器....... 24 
3.5状态观测器....... 34
3.5.1高增益观测....... 34
3.5.2观测器设计....... 36
3.5.3仿真结果....... 36
3.6滑模控制器的干扰补偿....... 38
3.6.1干扰补偿设计....... 38
3.6.2滑模控制器....... 41
3.7本章小结....... 43
4甲跨重整制氢过程的自适应控制....... 45
4.1引言....... 45
4.2 自适应....... 45
4.3神经网络....... 46
4.4自适应控制器....... 46
4.4.1控制器设计....... 47
4.4.2控制器分析....... 57
4.5仿真结果....... 58
4.6本章小结....... 61
5甲醇重整制氢过程的总体控制....... 63
5.1 引言....... 63
5.2比值控制系统.......63
5.3甲醇重整制氢过程的总体控制....... 64
5.4实验结果....... 67
5.5本章小结....... 69
 
结论
 
氢气一直被广泛认为是一种清洁和高效的能源,有着广阔的应用前景。燃料电池技术的发展也推动了氢能源的开发。氧气虽然非常适合作为燃料电池的燃料,但是氧气密度小、分子小和易燃易爆等性质,使其在存储、运输和加注等方面存在一系列棘手的问题,进而使燃料电池的氢气来源成为限制燃料电池应用的主要因素之一。于是,研究人员开始寻求通过液体原料重整反应现场制取氧气的方案。在众多液相的烃类和醇类中,甲醇因其来源充足、氢碳比高、重整温度适中等诸多优点,使其适合作为通过重整反应现场制取気气的原料。因此,甲醇重整制気成为一个研究热点,甲醇重整制氢复杂过程的先进控制是该技术在应用中一个亟待解决的重要问题。在甲醇重整制氧过程的控制方面,本文主要进行了以下工作:
(1)参与搭建了一套甲醇重整制氢微化工实验平台,用于对甲醇重整制氢进行更深入的研究,也可以对控制算法进行有效验证。由于机理建模的复杂性和难以直接用于控制,因此目前主要通过系统辨识来获得甲醇重整制氢过程的模型。系统辨识的结果表明甲醇重整制氢过程的模型参数具有不确定性,模型的参数会因工况、催化劍活性等因素变化而发生改变。
(2)设计了一种可以适应模型参数不确定性的滑模控制器。在控制器设计中,通过结合逐项优超法与自适应控制的思想来设计变结构控制,以此减少变结构控制中切换的数量,这对削弱抖振是有益的。同时,控制器通过设计系统输入的导数也有效地削弱了抖振。由于控制器不依赖于系统的精确模型,因而控制器可以在因工况、催化劍活性改变带来的摸型失配时依然取得良好的控制效果。滑模控制器以状态反馈为基础,由于系统中存在难以测量的状态变量,因此本文通过高增益观测器对系统的状态进行估计,进而实现反馈控制。针对实际系统中存在干扰,本文对滑模控制器进行了干扰补偿设计,有效地提升了系统的抗干扰能力。
(3)对Sunan Huang等设计的自适应控制器进行了改进,使系统在误差有界的基础上,在一定条件下可以迖到渐近稳定;并将控制器参数推广到更一般的形式,使参数的选择更加灵活;还考虑了干扰的影响,表明了控制器在有一定干扰的情况下依然有效。同时,控制器也通过设计输入的导数来平滑控制作用,抑制了控制作用高频振荡甚至为负值的情况。因此,自适应控制器在模型失配和存在一定干扰的情况下依然可以保证控制效果。
(4)基于甲醇重整制氢过程中各输入之间的配比关系,设计了一个曱醇重整制氢过程的总体控制策略。甲醇重整制氢过程的输入有甲醇流量,水流量和重整空气流量。除了系统的氢气产量以外,重整温度同样也是一个被控变量。总体控制策略使用本文设计的滑模控制器或自适应控制器来控制曱醇流量,由于水流量和甲醇流量的比例是固定的,因此也就得到了水流量。然后,使用一个重整温度约束的变比值控制器实现对重整空气流量的控制。最后,将该控制策略应用到甲醇重整制氢微化工实验平台上,对控制策略的可行性进行了验证,实验结杲表明该控制策略具备可行性。
 
参考文献
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化工工程硕士论文范文篇三

 
第1章绪论
 
1.1 引言
工程技术与科学研宄中的许多问题的本质实际上是优化问题,是一个寻找最优解的问题,研宄出能准确、快速找到最优解的方法具有重要的实际意义。然而伴随着科学技术进步带来的现代化生产发展,实际生产过程中出现的问题往往更加的复杂,模型建立也越来越困难,同时越来越多的非线性、多极值的优化问题产生,用传统方法求解这些问题难度极高而且难以获得最优解,于是科研人员将目光投向智能进化算法,寻找用其解决复杂优化问题的方法。进化算法来源于自然界,是依据生物体的进化过程和机制演化与提炼出来的人工智能技术。生物进化是一个从低级到高级、从简单到复杂的过程⑴,由于环境的不断变化导致每一代都需要通过优胜劣汰以及遗传变异,从而才能适应并生存下去,只有这样,进化才有意义。而进化算法就是根据这种思想产生的,它根据问题的条件选定初始解,在迭代中通过类似于自然选择的方式来修正初始解,最终获得最优解。迄今为止,科研人员己经获得了许多根据生物进化的机制而产生的方法,并用在了复杂优化问题上,诸如遗传算法进化规划[4]、进化策略遗传编程等。然而传统的进化算法并不完美,总是有一些缺陷,对于种群的个体经验只能提供有限的知识表示和保存的机制,甚至有时候这种机制是完全隐性存在,如果有一种显性的机制可以保存种群的进化时产生的知识以及经验,那么对于优化复杂问题的解决有着很好的帮助。文化算法正是基于人类文化进化的思想,它具备一种显性机制,可以用来提取、存储和融合微观群体在进化过程中出现的问题的知识和经验,并将这些知识和经验用于指导种群的进化的一种新型进化算法。
众所周知,任何智能算法的产生其根本原因是因为实际生产过程的需要,其最终目的是要解决实际工程问题,因此,它被应用到工业生产的许多领域。在化学工业过程中,大型石油化工设备的故障诊断一直是关键问题,智能算法的一大实际应用就是在故障诊断上。故障诊断方法的作用就是对生产过程中已出现的故障迅速诊断,确定故障类型,迅速发出警报,第一时间作出反应,并为决策提供依据,从而保证生产过程快速的恢复正常安全的运行。而对于生产过程的控制来说,依靠某种手段,诸如计算机系统的监测,找出故障、判断类型、发现源头,这是控制所要达到的目标。经过几十年的发展,研究人员不断的提出新的故障诊断方法,故障诊断技术亦取得了长足的进步,它从早先的对简单机械或设备进行故障诊断开始,逐步发展为今天的对工业过程中巨型生产装置的故障诊断。但面对高度发展的工业生产,庞大的规模和复杂的过程,传统的故障诊断方法己远远不能适应现代工业生产的需求基于智能算法的故障诊断技术的产生,对于系统安全稳定的运行具有重要的意义。
 
1.2文化算法概述
 
1.2.1进化算法
进化算法(Evolutionary Algorithms, EA)的产生其思想的灵感来源于大自然界,它是由生物体进化的过程和机制中演化形成的,用以求解优化问题的高级人工智能方法,其主要概念是适者生存,它利用一群个体,在每一个世代,相互竞争,繁殖子代,只有具有最强生存能力的子代才有最大机会繁殖。在给定初始解的基础上,在迭代的过程中,通过评价解的性能再到选定解进行基因操作,这些操作包括交叉、变异、选择,最终得到满足要求的新解,称之为最优解。与传统的优化方法比较,它存在两点独特的地方:
 
(1) 并行性
进化算法的这种性质主要表现为:(a)不同进化算法之间,可以进行大规模的并行,这一特点使得不同进化算法的结合成为可能;(b)从进化算法自身来看,也具有并行性,通过种群的方式进行搜索,因此具备了对解空间多个区域进行搜索的能力,并且每个区域亦可互相交流。
 
(2) 智能性
进化算法可以进行自适应、自组织、自学习,只要确定了编码方案、适应度函数以及算法算子,进化算法就可以自行进行搜索最优解,并且可以自行发现环境的特性和能力。目前,己经产生并且发展的比较成熟的进化算法主要有:遗传算法、进化规划、进化策略、遗传编程、差分进化文化进化协同进化等。进化计算目前己经有了大量的实际应用,包括故障诊断、数据挖掘、组合优化、分类聚类等。
 
第2章免疫文化算法
 
因为没有依赖具体问题的需要,而且对求解问题需要的知识量也没有很高的要求,因此各种优化问题都开始大量使用进化算法。同时在实际的生产过程中,许多领域也运用到了进化算法,并且取得良好的实用价值。目前应用较多的四大进化算法:遗传算法、进化规划、进化策略、遗传编码,它们的共有的局限处在于知识的表示与保存规则,这种规则只能供给有限的或者隐性的种群个体经验,而对于隐藏信息则无法获得。而研宄人员对其研究也仅集中在生物自然选择或者是对某一自然现象的模仿层面上。因此如何寻找到一种显性机制来提取进化过程中的隐含信息,同时加以利用,成为了目前的研宄热点。
 
2.1文化算法的基本理论
 
2.1.1文化算法思想的产生
上一章已经说过,文化实际上是信息的载体,其存在目的是为人类社会每一代的发展提供信息,并指导他们适应环境,没有文化的存在,人类社会的进化与自然界其他进化无异,文化就是人类社会进化发展优越性的体现。如果将这些思想运用到智能进化计算中,必定可以减少进化耗时,提高进化效率。受到这种思想的启发,1994年,Reynolds于底特律提出了文化算法(Cultural Algorithms)。他通过这种算法阐述了这样的思想,建立一个知识库,用来储存信息,当种群进化的时候,从知识库中提取信息,用于指导迭代进化,同时将进化过程中产生的新的知识储存到知识库,从而实现知识库的更新。通过这样的方法就可以提高种群进化的性能。
 
第3章基于免疫文化算法的故障......... 26
3.1 支持向量机概述......... 26
3.2 TE过程概述......... 28
3.3基于免疫文化算法的支持向量机参数......... 31
3.3.1 参数优化方法......... 31
3.3.2免疫文化算法在TE过程故障诊断......... 32
3.4基于免疫文化算法的故障特征选择方法......... 38
3.4.1 特征选择方法概述......... 38
3.4.2基于免疫文化算法的特征选择......... 39
3.4.3 仿真实验与结果分析......... 40
3.5 本章小结......... 45
第4章免疫文化算法在乙烯裂解炉......... 46
4.1引言......... 46
4.2 乙烯裂解炉生产工艺......... 46
4.3 乙烯裂解炉故障诊断......... 48
4.3.1进行乙烯裂解炉故障诊断......... 48
4.3.2数据采集与预处理......... 48
4.3.3 故障特征选择......... 50
4.3.4故障诊断及结果分析 .........51
4.4 本章小结......... 54
第5章总结与展望......... 55
5.1 工作总结......... 55
5.2 研究展望......... 56
 
结论
 
本文主要研宄的是化工工业的故障诊断方法,由于随着化工工业系统发展的越来越大型、复杂、智能、,系统一旦出现故障必将给企业、社会、人员带来巨大损失,因此无论是从科学的角度还是从现实的意义上说,对化工工业故障诊断的研宄都是十分必要且很有价值的。而另一方面,新型的智能优化算法的提出以及诸如神经网络、朴素贝叶斯、支持向量机等一系列模型方法的提出给化工工业故障诊断方法的更新与改进提供了可能。新一代的故障诊断方法不断的被研宄出来,种类繁多,层出不穷。在这样一个大环境下,本文重点研宄了新型智能优化算法一一克隆选择算法与文化算法,根据文化算法种群空间可以纳入任何智能进化算法的特点,创造性的将免疫克隆选择算法融合到了文化算法的种群框架中,提出了新型免疫文化算法,并对文化算法的信念空间及影响函数做了相应的改进,并研宄了基于该免疫文化算法的故障特征选择方法以及支持向量机参数优化方法,将这些方法应用到了TE过程和乙烯裂解炉故障诊断中,通过实例验证了这些故障诊断方法的性能。本文所做的主要工作如下:
(1) 通过对大量文献资料的阅读,本文对文化算法、故障诊断方法、支持向量机以及特征选择方法进行了详尽的概述,介绍了文化算法的原理、发展历程与研宄展望;同时详细描述了故障诊断方法的分类,并对每一类的故障诊断方法进行了一定的介绍;对于支持向量机,概述了其理论形成的过程,并且简要介绍了目前所发展的几种支持向量机算法;同样的对于特征选择方法,本文介绍了特征选择方法的分类与发展,通过这些概述,对所要研究的内容有个明确具体的了解,而本文主要研究的就是文化算法、特征选择方法以及支持向量机在故障诊断中的应用。
(2)由于文化算法的特点是可以对种群空间进行任意改进,不同的智能进化算法都可以使用在其中,本文将免疫克隆选择算法纳入到文化算法框架中,同时根据克隆选择算法的记忆细胞原理提出新的历史知识,并且改进了接受函数,给出了免疫文化算法的流程图。通过9种函数对于该算法的测试,并与两种不同算法一一免疫算法和差分进化文化算法进行比较,通过对达优率、收敛时间、最优解的比较,证明免疫文化算法的优良性能。
(3)将免疫文化算法运用到支持向量机的参数优化上去。通过对支持向量机原理的介绍,指出核函数的选取并不是决定支持向量机性能的决定因素,而是核函数的参数,分析了支持向量机需要参数优化的原因,以及将进行参数优化的支持向量机运用到TE过程的故障诊断中,通过与用免疫算法以及传统的交叉验证方法优化过的支持向量机故障诊断结果比较,免疫文化算法的优化效果更好,性能更优,并将其应用到多分类问题上,构造多类支持向量分类器,通过仿真实验得出结论,对于多分类高纬度庞大数据量问题,免疫文化算法能准确的找到最优参数,其故障诊断准确率高,显示其良好的效果。
 
参考文献
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化工工程硕士论文范文篇四

 
引言
 
(一) 研究背景与意义 
吉林化工产业集群由“一五”期间的化工基地演化而来,发展成为包括石油化工、合成材料、精细化工和生物化工在内的完整产业体系,其中化学原料及化学制品制造业和化学纤维制造业两大产业拥有较高的专业化程度,成为本文的主要研究对象。吉林市化工产业集群主要包括中国石油吉林石化公司(以下简称吉化公司)、吉林化纤集团有限责任公司(以下简称吉林化纤)等大型企业在内的规模以上的化工企业 132 户,总产品品种超过 1000 余种,覆盖基础有机化工原料、合成材料、化肥、精细化学品、生物化工产品等多个领域,其中生产规模较大、在国内外市场占有一定份额的产品 60 余种,获得了规模效应和地区品牌及竞争优势,成为吉林市的支柱产业之一。 
本文选题的意义主要表现在实践方面,是着眼于吉林市化工产业集群的具体问题。化工产业是国民经济中的重要基础产业。在市场经济的不断发展和 WTO给我国化工产业带来的各种机遇和挑战的大背景下,吉林市化工产业也面临着产业转型、产业升级等重要问题。国际油价的攀升、外资进驻我国化工领域、国际化工巨头陶氏等企业深度专业化的强大竞争优势、东部沿海依托市场和便利的运输条件获得了国内化工产业领头羊的地位等等,这些因素不断挤压着吉林市化工的市场空间、危害着原料供应,倒逼着这个建国之初老牌国家化工基地的发展转型。一是上述激烈的市场竞争状况、二是自身污染和供需条件,“十二五”规划中淘汰落后产能的要求,以及从现实生活中纳入公众视野的若干对化工企业进驻的抵制和污染事件的频发,这些都对化工企业的发展提出了新的命题。此外,集群发展作为当今时代普遍认可的发展方式,正以其专业化的生产方式、劳动力和公共品的共享、上下游的密切配套带来的高效运作成为经济发展的引擎,一直是产业发展的方向,而就吉林市的化工产业集群来讲,尽管其基础雄厚,规模庞大,在全国化工领域也拥有较高地位,但其集群的专业化发展还有很多不足,比如配套协作方面、体制机制方面等。 面对激烈的竞争,如何培养更强势的集群竞争力从“产品同质产能过剩”的背景下脱颖而出、如何扩大内需壮大市场空间等,都成为吉林市化工产业集群发展面临的亟待解决的问题。
 
(二) 研究内容与方法 
本文运用区域经济的理论、方法,对吉林市化工产业集群进行研究,通过测量集聚度,以及用马歇尔的三要素进行集群形成原因分析和问题分析,提出相关影响因素,来针对影响因素和问题对集群发展提出相应对策建议。 我们分析了集群上下游产品的配套、市场状况、集群企业自身体制状况、企业融资情况、环保和安全生产约束等问题,来找出集群不足之处,以提出适应国家振兴东北老工业基地和长吉图一体化政策的集群竞争力提高的相应对策。在发展循环经济的框架下,充分发挥自身优势、调整和优化产业结构产品结构、克服计划经济下的体制带来的困扰,改革融资体系,促进知识流动和创新,深化产业链,发展优势项目,提高集群竞争力。
 
一、相关理论与文献综述
 
(一)相关概念
(1)产业集群的概念 
产业集群的概念由产业的地理集中(geographic  concentration)、产业集聚(Industrial agglomeration)等演化而来,产业的地理集中是指产业经济活动在某个地区范围内集聚的经济现象(魏后凯等,2008)。产业集聚学者们没有一个较为统一的定义。这里我们区分产业的地理集中(产业经济活动空间聚集)和产业集中的概念(一个行业的市场集中度),以及辨别产业的地理集中和产业集聚的关系。产业地理集中的概念包含产业集聚,集聚则另强调了行业间的联系和集中的较高密度。由波特(1998)提出的产业集群定义为,一个主导产业带动下的大量联系密集的企业及支撑机构的地理集中,形成强势竞争优势。这些支撑机构提供着原料、特殊基础建设,或者是政府、大学等这些教育、资讯、技术等的提供者。而产业集聚相比产业集群,概念涵盖范围广,产业集聚不一定能发展成具有密切联系的产业集群的程度。
 
(2)产业集群的分类 
产业集群按照不同标准则有不同的分类,Piore 和 Sabel(1984)的研究强调了合作与竞争、信任与制度以及网络的重要性。他们将产业集群分为三种类型,一是以意大利为典型的区域性产业集群,二是以日本为典型的家族式企业产业集群,三是以美国德国常见的有明显等级的产业集群。Peter Knorringa 和 J g Meyer (1998)将发展中国家的产业集群划为三种类型:意大利式、卫星式、轮轴式,这也是最普遍的分类方式。意大利式通常是由一系列相互联系密切的小企业组成,而卫星式通常依赖于外部大企业,而轮轴式集群内则有着明显的等级结构。Lynn Mytelka 和 Fulvia  Farinelli(2000)则采取了另外的分类方法,基于产业集群内企业相关关系他把产业集群分为三类:非正式集群、有组织的产业集群、创新型集群。仇保兴(1999)根据集群的结构状况的分类是  “市场型集群”、“椎形”集群和“混合网络型”集群。此外,魏后凯(2003)从集群的产业性质的分类:一是纺织、鞋帽等传统劳动密集型产业集群,二是软件、医药等高新技术产业集群,三是技术和资本密集型的化工、机械等产业集群。3Gordon & McCann(2000)还从产业集聚的功能角度,划分地域综合体、社会网络模式和传统的纯集聚模式三类,将产业集聚的内涵加以深化总结。
 
三、吉林化工产业集群的定量分析 ........33
(一)吉林市化工产业集聚水平及动态变化......... 33
(二)全国化工产业集聚水平及动态变化..... 34
(三)小结....... 39
四、吉林化工产业集群存在的问题及成因 ........40
(一)主要问题......... 40
(二)问题的成因....... 43
五、结论和对策建议 ........46
(一)加强人力资本培育....... 46
(二)采取循环经济的发展模式... 47
(三)改革融资体制..... 48
(四)加强法律法规建设....... 49
 
结论
 
市场经济背景下,更需要政府这个看得见的手来对集群发展把关,需要制定相关法律法规来保障市场秩序和政府行为。当前政府对于服务中小企业意识比较浓,通过颁布支持中小企业发展的地方性法规来培育当地市场。法律法规是规范集群发展的制度保障,建立法律法规,一是来保障规划和产业政策的良好实施——政府已经制定了吉林化工产业集群的“十二五”发展规划和相关产业支持政策,我们用制定地方法律法规的形式确保政策的稳定性;二是来调整集群发展秩序——建立法律法规来调节集群企业利益分享和利益纠纷,弥补市场失灵的弊端,对于财产权利的保护、契约责任的认定等方面制定相关法规法则、促进市场良性竞争;三是来保护中小企业发展,培育吉林化工产业集群的当地市场,保护中小企业家合法经营;四是来保护环境,实现吉林化工产业集群的可持续发展。 通过制定和完善中小企业基本法、环境保护法、固体废物污染环境防治法、清洁生产法、产权保护法等,进一步保障中小企业发展、集群发展和环境保护。
 
参考文献  
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化工工程硕士论文范文篇五

 
第一章绪论
 
1.1课题背景及意义
随着化石资源的大量消耗,能源短缺问题日益突出。此外,化石燃料的利用过程将大量有害物质排放到环境中,极大地威胁着人类的生存空间。保持能源、国民经济与环境的协调发展,是我国21世纪经济发展战略[5]。我国是煤多油少的国家,随着经济的发展,石油供需矛盾日益突出,而煤炭储量相对丰富。在未来几十年内,煤炭在我国能源结构中的主导地位不会发生根本性改变阵6]。因此,如何高效、清洁地利用我国现有的煤炭资源,是实现我国国民经济可持续发展的关键所在,也成为能源、环境科学技术发展的重要科学问题。中国目前所利用的能源主要是化石能源,主要包括煤炭、石油、天然气。2008年我国石油(包括成品油)进口己超过2亿吨,石油消费对外依存度逼近50%。据估计,到2020年,我国石油进口依存度将升至60%一70%。大量的石油进口不仅要花费大量的外汇,而且使国内经济易受国际石油市场波动的影响,对石油的下游产品市场造成冲击,影响经济的稳定发展。由于我国石油战略储备体系尚不健全,这种与经济发展极不协调的石油供需状况,势必造成我国石油供给的安全隐患。石油短缺己成为限制我国经济发展、威胁我国能源安全的严峻问题。鉴于我国实际国情,长期大量进口石油难以为继,必须开发基于我国资源特征的石油替代燃料。
未来对能源的基本要求是:l)可获得性,即能保障可靠供应;2)经济性,即有成本竞争力;3)清洁性,即本身洁净或可洁净利用。我国的煤炭资源恰恰具备了这三点要求:煤炭资源探明储量占我国化石能源的90%以上,是保障安全供应的最可靠能源,同时也是目前最廉价的可利用能源;煤炭本身不是污染物,可以通过技术进步实现洁净转化和利用。能源利用技术的发展己产生出若干种可替代石油的车用燃料制备技术,但在未来几十年内,就量级考虑,唯有基于煤炭的车用燃料制备技术能够满足我国对石油的需求。目前,化工生产、电力系统与环境保护等各学科之间相互独立,各自发展[8]。例如,我国煤炭的利用就存在着两种主要的利用方式,且相互独立发展。一种利用方式为直接燃烧,提供我国发电、供热、冶金、化工等行业的主要热源。其中,发电用煤占到煤炭消耗总量的50%左右。
化工、动力学科领域之间相互独立、各自发展的传统模式,难以应对资源短缺、能源结构不合理与环境污染的多重压力。21世纪,人们将越来越关注不同领域交叉科学的发展与应用,领域的渗透与综合成为现代科学发展的基本特征和主要趋势。事实上,能源科学、化工科学共同牵涉到资源的合理利用、能源的高效转化与污染物的减排等问题,在处理这些问题上,二者各有优势与不足,既有区别,又存在着紧密的联系。两领域的综合渗透与学科交叉将同时为解决能源问题与化工产业问题提供突破口,化工动力多联产的概念就是在这一大背景下产生的。化工动力多联产系统是一个多功能、多目标综合的能源利用系统。它通过系统集成把化工生产过程和动力系统有机地祸合在一起,在完成发电、供热等目标的同时,生产替代燃料或化工产品,从而同时满足能源的高效利用、化工生产以及环境保护等多重目标。
 
第二章基于化学能与物理能梯级利用原理的多联产系统集成机理
 
热力循环是能源环境科学研究的重点之一,吴仲华先生在20世纪80年代提出的物理能梯级利用原理“温度对口,梯级利用”,为热力循环由传统蒸汽循环向联合循环转变提供了理论依据,并为燃气轮机总能系统的集成奠定了理论基础。本世纪初,金红光等人将能源动力系统中物理能梯级利用原理拓展到燃料化学能的转化,以及化学能向物理能转化的过程,提出了化学能与物理能综合梯级利用新原理,并基于化学链燃烧、甲烷重整和甲醇裂解的间接燃烧过程,提出了一个能量释放新机理,即燃烧反应品位降低与热能品位提升之间的藕合机理。本章将化学能物理能梯级利用新原理应用到多联产系统中,阐明了多联产系统中的化学能物理能梯级利用机制和方法。首先,从宏观上分析多联产系统节能的潜力和优势,并阐述多联产系统系统集成的原则和依据。继而,基于能的品位概念,研究分产化工生产过程中化学能与物理能的能量品位关系,建立分产系统以及多联产系统的拥平衡关系式,并在此基础上分析联产系统化学能梯级利用的节能机理。发现化工生产过程中产品的佣耗随着转化率的提高,存在着单位产品拥耗最小的点。然后,采用比较法分析联产系统相对于分产系统节能的本质原因,即原料的适度转化。最后,分析动力岛热拥收益与化工岛拥损失减少的藕合关系。本部分的分析结论将提出对多联产系统的能量释放机理的新认识,并为其系统集成提供理论支持与依据。
 
第三章 焦炭电力联产系统....................51-80 
    3.1 典型分产系统-炼焦工艺与改进................. 51-56 
    3.2 采用新型炼焦工艺的并联型焦电联产系统................. 56-68 
        3.2.1 并联型焦电联产系统的集成 .................57-59 
        3.2.2 并联产焦电联产系统的性能特性................. 59-62 
        3.2.3 并联型焦电联产系统的(火用)分析.................62-68 
    3.3 串联型焦电联产系统 .................68-78 
    3.4 本章小结................. 78-80 
第四章 双气头甲醇电力联产系统................. 80-100 
    4.1 典型分产系统分析................. 80-82 
    4.2 双气头整合的甲醇电力联产系统................. 82-92 
    4.3 回收CO_2的双气头甲醇电力联产系统................. 92-98 
    4.4 小结................. 98-100 
第五章 焦炭、化工与电力多功能系统 .................100-131 
    5.1 焦炭、氢与电力多功能系统................. 100-116 
        5.1.1 焦炭、氢与电力多功能系统的集成................. 100-103 
        5.1.2 多功能系统的热力性能................. 103-106 
        5.1.3 EUD分析及节能机理................. 106-113 
        5.1.4 经济性及温室气体的减排................. 113-116 
    5.2 焦炭、甲醇与动力多功能系统................. 116-130 
5.3 小结 .................130-131
 
结论
 
本学位论文依托国家重要科研项目,研究焦炉煤气与合成煤气共制合成气的多联产系统。首先,研究多联产系统中化学能与物理能梯级利用机制,揭示了利用化工产品拥耗与转化率之间的非线性关系。然后以焦炉煤气与合成煤气共制合成气的双气头多联产系统为典型实例,进行系统集成与开拓研究。根据气头之一焦炉煤气的生产特点和利用现状,提出新型的燃煤焦炉工艺,以生产出更多的焦炉煤气,并集成新型焦炭动力联产系统;对太原理工大学提出的双气头多联产系统进行系统分析研究与优化,集成出无重整的双气头多联产系统,旨在更好地高效利用焦炉煤气。最后,结合新型炼焦系统和焦炉煤气富氢的特点,综合考虑焦炉煤气的生产特点和利用现状,提出了焦炭、氢与电的多功能系统和焦炭、甲醇与电的多功能系统。主要研究进展和成果如下:
 
(1)多联产系统中化学能、物理能综合梯级利用
机理与集成原则首先,从宏观上分析多联产系统节能的潜力和优势,并阐述多联产系统系统集成的原则和依据。然后,基于能的品位概念,研究分产化工和动力系统化学能与物理能的能量品位关系,建立分产系统以及多联产系统的烟平衡关系式。并在此基础上分析联产系统化学能梯级利用的节能机理,发现了在化工生产过程中,产品的拥耗随着转化率的提高,呈非线性增加。对单位产品的佣耗分析表明随着转化率的变化存在着单位产品拥耗最小的点。随后,采用比较法阐述联产系统相对于分产系统节能的本质原因,即原料的适度转化。最后,揭示了动力岛热拥收益与化工岛烟损失减少的祸合关系。本部分的分析结论阐明了多联产系统中化学能的梯级利用理,并为多联产系统的集成提供理论依据。
 
(2)炼焦工艺的改进与焦电联产系统的提出
针对传统炼焦工艺采用直接将炼焦过程副产的焦炉煤气的一半左右回炉燃烧,并将炭化所需的高温热量通过炉墙传递给炭化室中的炼焦煤,提出采用燃煤替代焦炉煤气燃烧获得炼焦热的新型燃煤焦炉。焦炉煤气是富氢(体积含量50%一60%)的高品质原料,采用新型炼焦工艺,可以节省更多的焦炉煤气,为后继的系统提供甲多的合成气。针对焦炉生产过程中,由于烟气与空气的固有特性使得排烟温度过高的现象,提出了并联型焦电联产系统,利用动力单元的工质水进一步回收焦炉排烟的废热,并采用高效的联合循环使气体燃料焦炉煤气得到充分高效的利用。最后,还集成了利用燃气轮机排气作为焦炉助燃空气的串联型多联产系统,并对其进行了热力性能与特性分析。
 
(3)焦炉煤气与气化煤气互补的双气头多联产系统集成与优化
针对焦炉煤气富氢、气化煤气富炭的特点,太原理工大学提出了采用焦炉煤气与气化煤气互补制得合成气的双气头多联产系统,该系统取消了调整单元,取得了较好的节能效果。本论文从系统整体性能的角度对双气头多联产系统进行分析,分析结果表明重整过程可以提高有效成分的含量,提高合成气的转化率,但由于重整过程需要消耗巨大的能量,使得系统整体性能提升幅度不大。根据上述分析结果,本研究对双气头甲醇电力多联产系统进行优化,集成了无重整的双气头多联产系统。对新系统进行的热力性能及特性规律分析表明其具有优良的热力性能,并采用拥分析的方法进一步揭示了重整过程的取消使得联产系统取得了更好的节能效果。最后,在此系统的基础上,集成了带CO:回收的多联产系统,该系统在回收排放尾气中90%CO:的情况下,热效率约562%,仍可以比具有相同输入的传统的无回收系统多产出约40%的电力,而甲醇产量基本不变。
 
参考文献
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化工工程硕士论文范文篇六

 
1绪论
 
1.1化工园区及其安全生产形势
石油和化工产业适合建立化工园区,因为石油和化工产业的突出特点是形成产业链,产品的上下游关系紧密,因此,相互关联的装置集中在一起,通过管道进行原料或产品互送,以产业链的形式将上下游产品之间环环相扣,使上游企业的产品成为下游企业的原料,实现原料、中间产品和副产品的综合利用,甚至上游企业生产的废物也能成为下游企业的原料,进而实现变废为宝的目的,形成生产过程的一体化和成本的集约化。我国对化工产品的需求不断增长,推动了各地化工园区的兴起、建设和发展,据不完全统计,到2006年我国相继建立的各类化工园区千余家,其中省级以上人民政府批准建设的化工园区592家[2]。化工园区建设已经成为我国现在与未来化学工业的发展方向,成为化工发展的主流模式[3][4][51。化工园区的不断建设和发展,对于促进我国产业结构调整、资源优化配置、引进国外先进技术、提升生产技术水平、改善投资环境、吸引外资、发展区域经济以及促进化工行业的可持续发展,起到了积极的示范、带动和辐射作用[6][7]。随着化工园区的建设规模和生产储存装置不断扩大,化工企业内大量使用易燃易爆、有毒有害化学品,同时企业之间密集布局,使得化工园区事故隐患日益增多,重特大事故时有发生[8]。2006年7月18日,浙江省杭州湾精细化工园区浙江宏达化学制品有限公司的1个储存仓库发生爆炸事故,大约l000m“的钢棚仓库被大火烧焦,顶棚坍塌,仓库内大量货物被烧毁,此次火灾爆炸事故损失在4亿元人民币左右。2008年3月11日,浙江省舟山市海洋化工园区浙海油污水处理有限公司一油罐爆炸起火,所幸事故救援及时,未引起罐区其他7只油罐(约4000m3柴油)连锁燃烧爆炸,此次事故造成2名员工当场死亡。面对当前化工园区开发建设过程中面临的突出问题,研究如何对化工园区实行科学、合理、高效的化工安全监管,具有十分重要的战略意义。
 
1.2化工园区的安全生产形势
生物化工、精细化工类产品的。因此,具有以下的生产特点:
(1)生产与储存的物料绝大多数具有一定的危险性。化工园区内企业生产使用的原料、中间体和产品绝大多数具有易燃易爆、有毒有害、腐蚀等特性。物质的这些潜在危险性决定了在生产、使用、储存和运输等过程中稍有不慎就会酿成事故。
(2)生产过程较为复杂,工序繁多。化工园区中企业的生产从原料到产品,一般都需要经过许多工序和复杂的加工单元,通过多次反应或分离才能完成。例如,生产醋醉的工艺主要包括裂解、弱酸回收和精馏等单元,裂解反应是在高温条件下进行的,在反应过程中需要不停地移除反应热,如果冷却不到位而引起反应失控,则可能会导致反应器的热爆炸。同时,中间产物中的乙烯酮具有自聚能力,一旦温度压力控制不当,也可能导致自聚放热,同样可能引起火灾、爆炸事故。
(3)生产规模大型化,生产过程连续性较强。例如,我国的炼油装置最大规模已达到年产千万吨,乙烯装置己建成年生产能力100多万吨,并即将扩建到年产260万吨左右的更大规模。装置的大型化有效地提高了生产效率,但规模越大,储存的危险物料量越多,潜在的危险能量也越大。同时,企业的生产从原料输入到产品输出具有高度的连续性,前后单元息息相关,相互制约,某一环节发生故障常常会影响到整个工厂的正常生产。如某厂年产30万吨乙烯装置含有裂解炉、加热炉、反应器、换热器等设备共500多台件,管道上千根,还有各种控制和检测仪表,这些设备如维修保养不良很易引起事故的发生。
(4)生产过程自动化程度高。由于装置大型化、连续化、工艺程序复杂化和工艺参数要求苛刻,因而现代化工生产过程用人工操作己不能适应其需要,必须采用自动化程度较高的控制系统。近年来随着计算机技术的发展,化工生产中普遍采用了DCS集散型控制系统,对生产过程的各种参数及开停车实行监视、控制、管理,从而有效地提高了控制的可靠性。但是控制系统和仪器仪表维护不好,性能下降,也可能因检测或控制失效而发生事故。
(5)周边环境复杂、影响面大。大部分化工园区分布在沿江沿海水资源丰富及有深水码头一带,长江流域正在建设或规划的化工园区有20多个。一旦发生危险化学品事故,化学品很可能流入长江,造成严重的环境污染。
 
2化工园区的风险评价与分级理论
 
化工园区的生产所用的原料,以及产品不但种类繁多,而且其中大多具有较大的风险性,且园区内风险呈现出种类多,后果严重,难定量等特点。这就要求我们必须提出一个合理有效的化工园区的风险评价理论来评价园区的风险[20]。
 
2.1风险评价的目的及意义
(1)系统地从计划、设计、制造、运行等全过程中考虑化工园区的工艺,找出生产过程中固有的或潜在的危险因素;
(2)对危险有害因素所导致的事故而引起的个体风险与社会风险进行定性、定量研究,区分园区内各个系统的危险等级;
(3)促进化工园区安全管理系统化,安全生产设施健全化的实现;
(4)为实现合理有效的园区风险监管体系的研究提供依据
 
2.1.2评价意义
随着我国经济的飞速发展,作为国家重要产业的化工园区也在不断的壮大,其所使用的原料和生产的产品越来越繁杂,而导致事故发生的可能性也随之增大,为了能使企业确实取得更大的经济效益,保障人民的生命财产,在国民经济建设和科研工作中,就应通过安全评价,增加防范措施,提高企业对灾害事故的应变能力,提高其安全性,尽量减少事故发生特别是重大恶性事故发生,因此,风险评价具有非常重要的现实意义。
 
3 化工园区安全监管体系的研究............ 49-57 
    3.1 监管环境........... 50-51 
    3.2 监管主体 ...........51-53 
        3.2.1 企业的职责........... 51-52 
        3.2.2 政府的职责........... 52-53 
    3.3 监管技术 ...........53-54 
    3.4 监管制度........... 54-57 
4 安全监督管理体系的构建........... 57-70 
    4.1 建立全面监管体制........... 57-61 
    4.2 “四位一体”监管体系的建立........... 61-70 
        4.2.1 监管法律体系........... 61-63 
        4.2.2 技术保障体系........... 63-65 
        4.2.3 教育培训体系........... 65-67 
        4.2.4 监督体系 ...........67-70 
5 沧州渤海新区安全监管体系构建........... 70-79 
    5.1 企业风险等级和监察频次的确定........... 70-71 
        5.1.1 沧州渤海新区危化品分级........... 70-71 
        5.1.2 企业分级及监察频次确定........... 71 
    5.2 监督检查的内容........... 71-75 
    5.3 监督检查的基本方式及程序........... 75-76 
    5.4 监督检查结果的处理和工作要求........... 76-77 
        5.4.1 结果处理 ...........76 
        5.4.2 工作要求 ...........76-77 
5.5 安全监管体系适用范围和实施原则........... 77-79
 
结论
 
化工园区是一个存在大量危险有害因素的生产场所,一旦发生危险事故,其后果可能会十分严重,本文在充分研究了国内最新研究成果的基础上,通过建立适当的模型对园区风险进行了分级,并在此基础上,建立了园区风险监管理论体系。
(1)基于笛卡尔坐标系将二位空间的评价区域用等步长划分为相同大小的正方形网格,即将连续区域进行散化。网格法简化了处理具有多危险源,多目标等特点的区域风险评价过程。
(2)信息扩散法较为适合宏观的区域风险评价事故发生的概率,区域性的风险评价是对整个区域的风险性进行宏观的评价,对于引发各种事故的原因不进行过多的分析。信息扩散法正是建立在事故观测样本基础上的一种计算方法,准确性提高的同时简化了计算工程。
(3)通过计算中毒、火灾、爆炸事故的后果,与个体风险与社会风险进行了结合,通过个体风险和社会风险的概率值来反映事故后果的严重程度。
(4)风险可接受标准是衡量“多安全才足够安全”的问题,是对计算出的风险值进行可接受与否的一个衡量尺度。风险可接受标准的最终决策在政府部门,并应得到社会的公认。本文在参考了相关文献后,提出了适合化工园区事故风险的可接受标准。
(5)在风险分级研究的基础上,文中对化工园区进行了安全监督管理体系的构建,提出了以监督法律体系、技术保障体系、教育培训体系和监督体系为内容的“四位一体”监管理论。
(6)在分级理论研究和监管体系的构建中结合了沧州渤海新区化工企业的实际情况,通过对实际情况的分析,具体构建了适合该区域的分级方法和监管体制。
 
参考文献
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化工工程硕士论文范文篇七

 
第 1 章 绪 论
 
1.1 课题研究背景
工程承包模式首先经历了工业革命前的原始的设计与施工相结合的阶段,由施工方承担所有的设计与施工工作;工业革命以后,业主对工程的要求逐步多样化,使得设计和施工技术复杂起来,出现了设计和施工分离为两个独立的阶段,由设计方进行设计和费用估算,通过招投标确定施工承包商签定合同进行施工;随着工程项目的复杂性进一步增加,工期过长、设计变更频繁、责任划分不清等不足便显现出来,上世纪七十年代出现了 CM 承包模式,业主与 CM 经理签定合同,由 CM 经理负责组织和管理工程的规划、设计和施工,可以分阶段设计,分阶段施工缩短了一定的工期,但并未从本质上改变传统的设计方与施工方相分离的状态;二十世纪九十年代,进入了设计和施工一体化阶段,包括设计一建造总包模式和 EPC 总承包模式。可以看出 EPC 总承包模式的出现是国际建筑市场经过长期的探索与发展的结果。1999 年国际咨询工程师联合会(FIDIC)编写并推出了《设计采购施工(EPC)/交钥匙工程合同条件》,该合同条件是根据专家、学者和相关各方面的意见和建议以及多年来在实践中取得的经验,在原有 FIDIC 合同条件的基础上进行了重新修改而编制完成的。这种模式的主要特点是:业主将大部分风险转移给承包商,由承包商承担项目设计、采购、施工的全部责任,项目合同价款为固定总价,要求的工期具有确定性。
我国发展工程总承包起源于基本建设管理体制改革。1984 年国务院颁发的《关于改革建筑业和基本建设管理体制若干问题的暂行规定》(国发[1984]123 号)文件中首次提出建立工程总承包企业。1997 年,我国颁布的《建筑法》明确提倡建筑工程进行总承包,确立了工程总承包的法律地位。2003 年 2 月,建设部发出了《关于培育发展工程总承包和工程项目管理企业的指导意见》,开始在全国范围内推广工程总承包和工程项目管理。由专门的公司对建设项目试行总承包制,从项目可研、立项开始,到设计、采购、施工,直至交付使用全过程实行固定价格总承包。我国在水电、建筑、石化、石油等行业相继采用了 EPC 总承包模式。通过实施,在管理上采用一些国际先进的管理模式和方法,取得了一定的成效。但我国的工程总承包公司,一般情况下是由设计单位改建而成的,与国外一流的工程总承包公司相比,在组织机构、人员素质、管理方法和管理水平上还存在一定差距,因此为了提高我国工程总承包的水平,努力培育高水平、具有竞争力的工程公司和项目管理公司,培养一批高素质的项目管理人员,是我国建设管理部门的一项重要工作。
 
1.2 研究 EPC 总承包模式的意义
EPC 是英文 Engineering Procurement Construction 的缩写形式。EPC 总承包模式,是指业主选择一家总承包商负责整个工程项目的设计、采购、施工以及试运行的全过程、全方位的总承包任务。由于石油化工项目具有投资额度大、风险高、建设周期长、技术复杂、涉及专业多、质量要求高等特点,在工程建设中采用传统的设计、采购、施工分离的项目管理模式已不能很好的满足工程的需要,EPC 工程总承包管理模式的出现,正好适应了石油化工项目的管理。采用 EPC 总承包模式的优势在于:
(1)可以进行整体优化。业主和EPC承包商密切合作,完成项目的设计、采购、施工等工作,承包商对整个工程项目实行整体构思、全面安排,协调解决设计和施工的矛盾;
(2)有利于保证工程质量。在选定承包商时,把设计方案的优劣作为评价因素,保证业主得到高质量的工程建设项目;
(3)有效缩短工期。根据设计进度,采用分段发包,分段施工,使设计和施工紧密的连接,不仅缩短了工期,也为业主节约投资;
(4)承包商承担大部分责任和风险。有利于在设计阶段预先考虑施工方案和可行性,从而减少了由于设计对施工的考虑不周而引起的变更。近年来,中国石油、中国石化发展迅速,在石油化工项目管理上取得较大进步,在工程项目管理模式上均采用了EPC总承包模式。通过EPC总承包模式,达到了确保工程安全、提高工程质量、优化工程组织、减少投资费用、加快工程进度的目的,使石油化工项目实现了又好又快的建设目标。
 
1.3 EPC 总承包模式的研究现状
 
1.3.1 国外研究现状
EPC 总承包模式是一种在实践中发展起来的承包模式。在国外,理论界对其进行了深入的研究,发表专门的论文有很多篇。1999 年,国际咨询工程师联合会 (FIDIC)认识到这种模式具有广泛的应用前景,根据专家、学者及相关各方面的意见和建议以及多年来在实践中取得的经验,在原有 FIDIC 合同条件的基础上,将原来的《设计/建造和交钥匙合同条件》划分为《工程设备和设计/建造合同条件》及《EPC/交钥匙项目合同条件》两本合同条件,从而确立了 EPC/交钥匙模式的独立地位。近几年,随着 EPC 总承包模式在世界各国的大型项目中的广泛应用,美国和英国的一些大学和行业协会对 EPC 模式下的招投标管理、合同管理和信息管理等进行了深入的研究。国外的大型国际工程公司也拨出专门资金进行 EPC 各项内容的研究,包括对 EPC模式下项目的融资、设计、采购、施工进度、安全、质量等方面进行研究,以维持其优势地位,同时有多篇文章在国际会议上发表[27]。
 
第 2 章 工程项目总承包概述
 
2.1 工程项目的概念及特点
项目是指在一定的约束条件下,为完成某一独特的产品或服务所做的一次性努力。项目是一个过程,不是项目产品本身;项目完成的可以是一个产品,也可以是一项服务;项目具有单件性,项目过程具有一次性;项目从开始到结束具有生命周期;项目具有一定的约束条件,主要是限定的资源、限定的时间、限定的质量要求等。
 
2.1.2 工程项目的概念
工程项目是项目中重要一类,项目的产品是工程,以形成固定资产为其特定的目标,需要遵循必要的建设程序和经过特定的建设过程,项目实施主体具有多元化,通常由多个分项目组成统一完整的项目;项目管理模式具有多样性,如 E、P、C 分别承包的模式,EPC 总承包的模式,PC 承包的模式等。
 
2.1.3 工程项目的特点
(1)建设目标明确。工程项目的建设目标,包括宏观目标和微观目标。
(2)具有一定的约束性。主要包括时间约束、资源约束、质量约束、空间约束 。
(3)具有一次性、不可逆。建设地点是确定的,设计、施工是一次性的,施工过程是不可逆的,一旦建成,很难改变。
(4)具有建设周期长,投资回收期长,工程质量好坏影响面大的特点。
(5)投资具有一定的风险。
(6)管理协调的复杂性。由于工程项目建设的参建方较多,各方的管理界面的划定较复杂,问题的沟通、协调困难,也是工程实施中容易出现事故和质量问题的地方。
 
第3章 石油化工项目EPC 总承包模式.......... 20-27 
    3.1 我国石油化工项目 EPC 总承包.......... 20-21 
    3.2 EPC 总承包模式存在的问题 ..........21-23 
        3.2.1 外部环境存在的问题.......... 21-22 
        3.2.2 企业内部存在的问题.......... 22-23 
    3.3 提出解决对策 ..........23-27 
第4章 石油化工项目中EPC 总承包模式.......... 27-40 
    4.1 EPC 总承包模式在新疆独山子100 万吨.......... 27-37 
        4.1.1 项目概况 ..........27-28 
        4.1.2 该项目 EPC 总承包管理情况.......... 28-37 
    4.2 EPC 项目管理的综合效果.......... 37 
    4.3 EPC 总承包项目管理中存在的不足.......... 37-40 
第5章 对大庆石化乙烯改扩建工程EPC 总承包管理.......... 40-45 
    5.1 大庆石化120 万吨/年乙烯改扩建工程.......... 40-41 
        5.1.1 项目概况 ..........40 
        5.1.2 工程进展情况.......... 40-41 
    5.2 对该项目 EPC 总承包管理提出建议 ..........41-45
 
结论
 
EPC总承包模式以其建设项目投资省、工期短、质量高、业主承担风险小等优势,逐步在我国石油化工项目中得到广泛地应用。本文在对国内外工程项目EPC总承包模式的主要差异分析的基础上,对我国石油化工项目EPC总承包模式存在的问题进行了深入研究;结合EPC总承包模式在新疆独山子100万吨/年乙烯项目中的应用情况,分析了EPC总承包模式项目管理存在的不足;对在建的大庆石化120万吨/年乙烯改扩建工程EPC总承包管理提出建议。通过本论文的分析研究,现得出如下结论:
(1)EPC 总承包模式具有系统性和整体性,能够实现设计、采购、施工进度的深度交叉,有利于保证工程质量,能实现对工程造价的控制,能减少业主对设计与施工单位的协调工作量,减少信息传递的途径等优点。
(2)我国石油化工项目 EPC 总承包模式存在的主要问题是外部环境存在业主缺乏工程总承包意识 、缺乏与工程总承包相适应的政策性法律法规和指导性规定、市场准入管理不规范等问题;EPC 总承包企业存在缺少具有国际竞争力的综合性工程总承包企业、内部组织管理体系不健全、融资能力不足、缺少高素质的项目管理人才等问题。
(3)新疆独山子 100 万吨/年乙烯项目中 EPC 总承包管理存在的不足主要有工程总承包合同内容不全面、不规范,合同谈判时间较长;管理层次多,管理界面交叉,工作协调难度大;EPC 总承包商管理力量不足;总承包单位对分包单位的管理还需加强。
(4)对在建的大庆石化120万吨/年乙烯改扩建工程EPC总承包模式管理提出的建议为优选EPC工程总承包商,严格合同文本审核,充分发挥设计主导作用,加强对分包单位管理。
实践证明, EPC总承包管理模式是较好的项目管理模式,已在国内许多石油化工项目上得到广泛应用。随着我国经济的发展和工程管理水平的提高,国内工程项目管理模式将会不断地改进,逐步与国际先进的管理模式接轨。
 
参 考 文 献
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[10] 梁祖涛.论建设工程总承包中的工程设计投资控制[J].凯里学院学报,2007, 25(6)
 

化工工程硕士论文范文篇八

 
第一章 绪论
 
1.1 水资源现状
一般来说,含盐废水包括含盐工业废水和含盐生活污水。其主要来源有两方面[9,10]:一是:海水直接利用过程中排放出来的废水。近年来,为缓解淡水资源日益紧缺的局面,许多城市开始推行海水直接利用,海水可以直接应用于很多方面:(1)作冷却水,广泛用于电力;钢铁、化工、机械、纺织、仪器等行业;(2)作为建材、印染、化工等行业的生产用水。(3)作为农业灌溉用水:开发能够用海水灌溉的农作物,一直是沿海缺水地区努力的方向,现已发现既可用海水灌溉又可作粮食的天然农作物。(4)作为城市生活用水,主要用于冲洗道路和器具、厕所、消防、游泳等方面,其中以海水冲厕应用最广,用水量最大。(5)其它用水:如作为电厂冲灰水,近年来的研究表明,海水用作烟气洗涤水,可以经济有效地实现烟气脱硫除尘,既节约淡水资源,又消除了烟尘和SO2对大气环境的污染,同时还可副产硫酸盐。无论海水直接用于哪一方面,最终都将进入城市污水处理厂,其含盐量一般在 25~35g/L[11],以 Cl-和 Na+为主。二是:有些工业行业生产过程中排放出的高盐废水。如印染、造纸、化工、食品和制药行业等排放出大量的高盐度废水,另外石油和天然气加工回收工业也产生大量含盐废水[12]。这类废水具有盐度高,有机负荷高等特点,有的还含有大量的有毒难生化降解、溶解性的有机物,如苯环类化合物和烃类等,属于高含盐有毒工业废水。它们污染严重,必须经过严格处理才能排放。其含盐量一般>35g/L[9,11,12],大多也以 Cl-和 Na+为主。
高盐有机废水中除了含有有机污染物外,还含有大量的无机盐,如 Cl-、SO42-、Na+、Ca2+等离子,这些盐的存在对生物活性有明显的抑制作用。当盐(NaCl)质量分数大于 1%时会造成质壁分离或细胞失活,严重影响废水处理效果和出水水质[13],许多研究结果表明,当废水含盐质量分数在 3%以上时,废水的生物处理效率明显下降[14,15]。尽管许多研究表明,高盐度废水不能用常规生化法处理,但也有不少研究证明,只要系统经过一定时间的驯化期或给系统投加筛选得到的耐盐菌或嗜盐菌,生化法也可以处理高盐度有机废水。
 
1.2含盐废水国内外研究现状
 
1.2.1 含盐废水的物化处理
由于生化法受盐度的限制,在生化处理之前国外通常用物化法来处理含盐废水,物化法主要有热技术(蒸发)、絮凝沉淀、离子交换及膜技术。热技术 暴晒蒸发是一种低成本的技术,通过浓缩含盐废水中的盐份和有机物来达到减小废水体积的目的,然而,由于所得到的固体盐纯度不高,因而不能被重复利用。还有一种技术是多效蒸发,使含盐废水在一系列的容器内沸腾,每个容器都比前一个容器的压力低,因为压力低沸点自然也低,一个容器出来的蒸汽可以用来加热另一个,这样只需要给第一个容器加热就可以了。鉴于这种方法耗能低,经济分析学家认为此法比其他脱盐技术更有竞争力,特别适合港湾国家[16,17]。絮凝沉淀 絮凝沉淀技术被用来对含盐废水进行前处理,以去除废水中的胶体物或悬浮物,尽管其效率不是很高。通常投加各种化学药剂或絮凝剂使废水中的胶体或悬浮物沉淀下来,在一定程度上能降低废水的浑浊度和 CODcr。离子交换 离子交换是用来软化水质的一种常用方法。离子交换树脂包含固定的阳离子和阴离子,一旦它们与溶液中带相反电子的可移动离子相接触,就会相互交换电子。在盐份去除过程中,这两种交换都是必需的。废水首先要经过一个离子交换器,在那里,带电阳离子被氢离子所取代,然后废水再经过阴离子交换器,阴离子被氢氧根离子所取代。这样,盐份就从水分子中被氢离子和氢氧根离子取代了。之后,还有一个再生循环过程,用过的树脂要被反洗,以去除上面残留的固体,避免影响下次的使用。采用离子交换法来处理废水的一个主要问题是废水中的悬浮固体浓度太高,会堵塞树脂,从而导致处理效果下降,另一个问题是离子交换器的再生费用较高。膜技术 膜技术就是被选择分子在浓度梯度、压力梯度或电场的作用下发生迁移。刘梅红[18]等采用纳滤膜,对高盐度、高色度、高 CODcr的染料废水进行了处理,研究结果表明,实验用的纳滤膜可 100%去除水中的色度,而对 CODcr的去除与膜的孔径有关,孔径越小,废水中有机物的去除率越高,对 CODcr的脱除性越好。膜分离法存在废水中的悬浮物和有机物对膜的堵塞问题,实际应用中受到限制。用于除盐的膜技术还包括电渗析和反渗透。物化方法由于处理费用高,甚至会带来二次污染,因此应用范围有限,而常被用在废水预处理阶段。
 
第二章 中试材料及研究方法
 
2.1 中试材料
中试实验地点在某化学工业有限公司内,试验用水根据公司生产和排污情况,将MC 洗涤废水、CMC 酒精回收蒸馏废水、EC 溶剂回收蒸馏残液、HEC 溶剂回收蒸馏残液、硝化棉溶剂回收蒸馏废水、双基球扁药成球、钝感废水集中收集后作为废水处理中试废水。各股废水的排放情况如下表:考虑到进水浓度高,在厌氧池设置内循环泵,回流稀释。废水经厌氧菌分解后自流入沉淀池一,经沉淀去除悬浮物后,通过提升泵泵入好氧池一,通好氧微生物的新陈代谢作用,分解水中的大多数的有机污染物。在好氧池一,设置内循环泵,调节进水的浓度,以提高处理效率。经好氧一处理后的污水自流进入强氧化系统,通过强氧化作用,使废水中不能为好氧微生物分解的难降解类大分子有机物分解为小分子有机物,经中和混凝后的污水自流入沉淀池二,进行泥水分离。泥水分离后的污水通过提升泵泵入好氧池二,进一步去除被强氧化所分解成的小分子有机污染物。经好氧二处理后的污水自流入吸附反应池,通过投加吸附剂,吸附未能被分解的有机物,混合液自流入沉淀池三,泥水分离后的污水各项指标即可达到排放标准,排入清水池,达标排放。
 
第三章 中试设备设计及实验计划拟定........... 34-42 
    3.1 中试设备设计参数 ...........34-37 
    3.2 中试试验准备工作........... 37-38 
    3.3 中试实验步骤拟定......... 38-42 
第四章 中试数据分析......... 42-67 
    4.1 原水水质分析试验数据与分......... 42-48 
    4.2 混凝剂的选择和投加量试验数据......... 48-52 
    4.3 强氧化工艺选择试验数据与分析......... 52-55 
    4.4 生化处理试验数据与分析.........55-62 
    4.5 活性炭吸附试验数据与分析.........62-66 
    4.6 中试运行费用分析......... 66-67 
中试结论及建议......... 67-70 
    1)中试运行效果......... 67-68 
    2)中试结论.........68-69 
3)工程建议 .........69-70
 
结论
 
1)原水的含盐量高,如不进行脱盐或稀释处理,直接进入生化系统,将抑制生物膜的新陈代谢作用,出水不能达到排放标准。通过中试验证了提出的“物化预处理→厌氧→强氧化→好氧”工艺,并在中试过程中修改了工艺参数给予工程设计提供有利的支持。用此工艺处理此类高氯盐废水(Cl-<5000mg/L)是能达到排放标准。
2)经中试试验和运行,好氧一出水采用臭氧氧化工艺以改变废水的可生化性是经济可行的。混合废水 B/C 约在 0.4 左右,属可生化性较好的一类。通过中试试验,此废水(Cl-<5000mg/L)如果直接通过“厌氧+好氧+好氧”工艺处理,出水 CODcr在 150~300mg/l 之间,不能达到排放标准。分析认为,主要是废水中存在不可生物降解的有机物,当废水经过厌氧、好氧一后,可生化的物质已经降解,但不可生化降解的有机物仍停在水里面,因此出水 CODcr不能达标。为改变经厌氧、好氧一处理后的废水的可生化性,在好氧一出水端进行臭氧氧化处理,可以提高废水的可生化性。
3)车间排水的 pH 变化较大,波动的范围在 4~12 之间。中试系统通过在调配池进行 pH 调节后便入生化处理。通过中试的物化试验可知,中和混凝沉淀可去除 15%的CODcr。在工程设计中可考虑增加前处理工艺,通过中和、混凝沉淀工艺,以达到调节pH 和物化去除部分有机污染物的目的,同时降低生化处理的负荷,使工程运行更加稳定。
4)原水的氮、磷含量低,在工程设计和今后运行中需要加入生活污水或增加碳源和氮磷营养物,以利于微生物的增殖和繁衍,引入生活污水可减少其他营养盐的投加量,降低运行成本。
5)使用活性炭粉进行吸附去除 CODcr,工艺技术上是可行的,但运行成本过高,经济性太差。
 
参考文献
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[10] 尤作亮, 蒋展鹏, 祝万鹏. 海水直接利用及其环境问题分析[J]. 给水排水,1998, 24(3), 64-68.
 

化工工程硕士论文范文篇九

 
1绪论
 
1.1课题的背景及意义
化工容器主要由筒体和封头组成,由于筒体是通过钢板卷制后焊接而成的,而筒体与封头的连接通常也是通过焊接完成的,所以化工容器本身是一种具有典型几何形状的焊接结构件。当化工容器长期在低温、高温、高压、高真空或强腐蚀条件下操作时,其材料存在脆断、劣化、蠕变开裂和蠕变疲劳断裂的可能性,加上容器原有缺陷的扩展将会导致容器失效,并产生危害。按照我国有关规程规定,要定期对化工容器内、外壁面的安全性能进行检测,其外部检验周期最长为1年,内部检验周期最长为6年。现阶段如何检验和监测危险性缺陷,了解设备的运行状态,以判断容器能否继续使用,是保证化工容器与管道安全运行的关键问题。现行的在役化工容器定期检验多在设备停止运行时由人工借助无损探伤手段完成。由于设备必须处在停机状态进行检测,会造成企业生产过程的不连续性,从而降低企业的生产效益;同时受工作条件及环境限制,工人工作量繁杂,并且存在不安全因素;对大中型化工容器来说,很多焊缝无法靠近,给化工生产带来了极大的安全隐患。因此,开发研制满足于现场条件的在线无损检测系统代替人工进行检测操作具有十分重要的现实意义。
机器人作为一种新型的生产工具,是一个复杂的机电一体化系统,它可以通过自身的动力和控制能力来实现各种功能以及运动过程,以其代替人类从事各种单调、繁重、危险的工作是社会发展的一个趋势。在役化工容器壁面检测机器人是将爬壁机器人技术与在线无损检测技术相融合而产生的,它可以充分满足检测需要,释放劳动力。而目前国内、外在役化工容器壁面检测机器人技术还不成熟,结构复杂,安全性和实用性尚不能满足实际的工作要求,并且一定程度上还需要人工辅助,因此不能完全代替人工进行检测。针对以上情况,在青岛利一技计划局的支持下,本课题开展了“在役化工容器在线无损检测系统”的研究,课题来源于青岛市公共领域科技支撑计划项目(项目编号本论文作为课题的主要组成部分,其理论意义表现在:(l)运用仿生学原理,结合现代设计方法,将四足与履带这种复合行走机构运用到爬壁机器人上,为爬壁机器人机构的研究提供了新的设计思路与方法。(2)采用虚拟样机技术与仿真分析相结合的方法,为结构设计和控制系统设计的优化提供了可靠的依据。
 
1.2壁面检测机器人的发展现状
 
1.2.1国外壁面检测机器人的研究发展现状
壁面检测机器人作为一种可代替人工进行检测操作的检测系统备受人们关注,各工业发达国家都投入了大量人力物力,积极地进行理论和技术研究,研制出了一些各具特色的壁面检测机器人实验样机。1%6年,日本大阪府立大学讲师西亮,利用电风扇进气侧低压空气产生的负压作为吸附力,制作了世界上第一台垂直壁面移动的机器人样机,被看作是壁面检测机器人研究的开端[3]。此后几十年里,壁面检测机器人技术在世界范围内迅速发展,在这一领域,日本取得的成绩最为突出,美国、法国、英国、西班牙、澳大利亚、意大利等国也在进行深入研究。其中最具代表性的有:日本钢管株式会社研制的“车轮式磁吸附壁面移动机器人”,如图1.1所示,可吸附在各种大型油罐、球形煤气罐、船舶等壁面,代替人工进行检查或维修。其中,左右两组车轮单元分别由一台直流电机驱动,柔性手臂可用来夹持检测探头或清扫、喷涂器械等作业工具,整个机器人靠磁性车轮产生的吸附力贴附于壁面。其主要特征是:行走速度快,最高可达到9耐min,适用于各种形状的壁面,且不会对壁面涂层带来损坏。但是,机器人越障特别是做大交角的壁面过渡非常困难,并且车轮与壁面接触面积很小,负载能力较差。2005年,香港城市大学和英国多个大学的多名学者合作开发了多足式壁面移动机器人,如图1.2所示,它是一种真空吸附的足式壁面移动机器人。该机器人脚部较为灵活,有较高自由度,智能性高,并且具有自动寻迹功能,能够在各种危险性和复杂性较高的环境下进行工作。机器人可以通过腿部的交替运动以及吸盘的开合实现其在墙壁上的自由移动,并能完成从地面到墙壁、从墙壁到屋顶的自由跨越和跨越楼梯等多种障碍。
日本日立制作所内藤绅司等人研制开发了“履带式爬壁机器人”[6],如图1.3(a)所示,他们将链条上镶上永磁体,形成磁性履带,靠履带吸附于壁面并进行移动;此后,为避免行走过程中出现载荷集中的现象,又在履带上加上一根刚性导杆,变铰链联接为刚性联接,如图1.3(b),使载荷均匀在各永磁体上分布,该机器人可跨越13~的突起焊缝,最大移动速度可达10m/min;但是,刚性导杆仅局限于平面的运动,在曲面上的不能保证足够的接触面积,后来,又开发了适用于曲面的负荷分散机构,即采用多个导杆用连杆多级联接,如图1.3(c),为使机构对称,让重心始终处于中心位置,导杆的个数为2的幂次方,该机器人可跨越平面上13mm的突起和半径为Zm的曲面外侧面上10mm的突起。
 
1.2.2国内壁面检测机器人的研究发展现状
相比而一言,我国的壁面检测机器人研究起步较晚,但发展很快,如哈尔滨工业大学、北京航空航天大学、上海交通大学等在壁面移动机器人这一领域处于国内领先地位。哈尔滨工业大学机器人研究所设计并研制我国第一台用于检查核废液储罐壁厚及焊缝的“壁而遥控检查机器人”,填补了国内壁面检测机器人技术的空白。随后,又相继研制出“单吸盘轮式壁面检测机器人” “永磁铁吸附履带式壁面检测机器人”。其中,“单吸盘轮式壁面检测机器人”,如图1.6所示,由吸附机构和移动机构两大部分组成,吸附机构中采用真空吸附的形式,对壁面的的适应性较好;“履带式壁面检测机器人”,如图1.7所示,采用双履带永磁吸附一结构,在履带外圈上安装有数十个永磁吸附块,其中利用与壁面接触的永磁铁块紧紧地吸附在壁面上,并形成一定的吸附力,通过磁性履带(由链条和永磁块组成)使机器人贴附在壁面上并实现壁面的行走,其运动较为灵活,但不适合在凹凸壁面上运动。
上海大学研制成功了“球形壁面移动机器人”[22,23],如图1.8所示,该机器人采用腿足式的移动方式,根据偶数数量的足更容易产生有效步态的原理,选定为六足结构,在足端连接真空吸盘。每个足都由两个关节组成,采用独立控制,可实现两个自由度的运动。整个机器人运用缩放机构原理、六足独立驱动和负压吸附的移动方案,可用于不同曲率半径的球形外壁面,并通过足的有效配合,可实现多种步态的运动,使机器人有效的完成的直线移动和原地转向,但是,机器人体积大,重量大以及足式行走的不稳定性提高了检测的难度。
 
3 壁面检测机器人的安全性分析.......... 39-51 
    3.1 影响壁面检测机器人安全性.......... 39 
    3.2 磁吸附机构的安全性分析 ..........39-42 
    3.3 真空吸附机构的安全性分析.......... 42-45 
    3.4 关键零部件的静力学分析.......... 45-50 
    3.5 本章小结.......... 50-51 
4 壁面检测机器人运动学分析与仿真.......... 51-72 
    4.1 壁面检测机器人的运动学分析.......... 51-57 
    4.2 壁面检测机器人的步态规划.......... 57-59 
    4.3 壁面检测机器人虚拟样机的建.......... 59-61 
    4.4 壁面检测机器人直线行走时.......... 61-67 
    4.5 壁面检测机器人转向时的运动学仿真.......... 67-71 
    4.6 本章小结 ..........71-72 
5 壁面检测机器人的动力学仿真.......... 72-82 
    5.1 引言.......... 72 
    5.2 载荷施加 ..........72-75 
    5.3 仿真结果分析及优化.......... 75-79 
    5.4 试验验证..........79-81 
5.5 本章小结.......... 81-82
 
结论
 
本文在对国内、外壁面检测机器人的研究现状进行归纳和总结的基础上,提出了一种新型壁面检测机器人结构的设计方案,并且通过理论计算和仿真分析对机器人结构和运动进行了优化,具体研究成果如下:
(l)提出了一种新型壁面检测机器人的设计方案。设计采用足一履带式复合行走方式,解决了传统爬壁机器人行走方式单一带来的行走可靠性和灵活性不能兼备的弊端。
(2)建立了壁面检测机器人的虚拟样机。对壁面检测机器人的各零、部件进行了具体设计,并在Solidworks环境下建立了机器人虚拟样机的模型。
(3)对壁面检测机器人进行可靠性分析。通过受力分析,得到机器人吸附于壁面所需的最小吸附永磁吸附力和真空吸附力,为保障机器人的安全性提供了依据。
(4)对关键零、部件进行静力学分析。通过ANSYS软件对机器人关键零部件如框架,支撑臂等进行静力学分析,通过改变结构和材料等方法对不合理的零、部件进行优化。
(5)对壁面检测机器人进行运动学分析。利用D-H表示法推导出机器人的正、逆运动学方程,得到了机器人运动过程中各构件空间位置的表示方法,并对机器人直线行走和转向两个运动过程进行了运动规划。
(6)对壁面检测机器人进行运动学仿真。探索了多体动力学软件ADAMS在机器人仿真分析中的应用,利用STEP函数拟合趋于真实的运动过程,并通过仿真得到机器人运动时的距离及速度随时间变化曲线,验证了运动规划的可行性。
(7)对壁面检测机器人进行动力学仿真。通过施加外力和摩擦,分析机器人行走时所受力的变化,通过仿真结果分析了影响机器人运行稳定性的因素,并对其结构或运动步态进行优化,提出了提高机器人运动稳定性和灵活性的结构改进方案。
(8)搭建试验台,加工优化后的试验样机,进行在线测试。试验证明,该机器人基本达到设计要求。
 
参考文献
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[10]Hayek, F.A. Individualism and Economic Order[M].Chicago: University of ChicagoPress,1948

 

化工工程硕士论文范文篇十

 
第 1 章 引 言
 
化工过程系统工程通过对化工过程各部分的集成与优化,以得到最优的技术和经济方案。过程工业系统的模型化、系统集成优化技术及算法研究室化工系统工程研究中的基础和研究热点。生命周期评价(Life Cycle Assessment,LCA)是一种面向产品、生产工艺和它的活动对环境的影响进行识别而后量化的工具,其目的是评估在其生命周期内能量和物质利用,以及废物排放对环境的影响,以及寻找改善环境影响的方法和怎样利用这种机会[2]。LCA 经过多年的发展与改进,逐渐发展为国际公认的环境管理标准。将 LCA应用于系统工程,结合其他系统优化工具,对系统进行改进和评价,已得到众多学者的关注[3]。生命周期成本评价(Life Cycle Costing, LCC)是产品从开始原料准备和生产费用、使用和保障费用及最后废弃费用的净现值总和,LCC 可以在产品设计阶段就对产品整个生命周期的成本进行审阅和处理,可作为不同方案选择的依据[4]。质量功能展开(Quality Function Deployment, QFD)是面向顾客需求的产品及过程设计方法,通过对顾客需求分析,将顾客需求转化为产品及过程设计的方案[5]。本文运用 QFD 理论,将顾客需求与现有流程进行比较,得出方案的质量指标。生产环境友好,成本低廉,质量优秀的化工产品是企业提高自身竞争力的要求,更是可持续发展的要求。多属性决策方法理论是用来解决多目标决策问题的方法,是在方案具有多个相互冲突、不可公度的属性情况下,从已有的有限方案中选择最优方案的决策。本文在深入研究分析 LCA、LCC 与 QFD 理论方法基础上,对三种理论方法所得评价数据的量化方法也进行了讨论与研究,探索通过这个三个属性的集成评价结果,采用多属性决策方法来判定生产过程优劣的方法,建立了基于多属性决策的化工过程优选模型。通过该模型对某地区尿素生产工艺进行比较,建立优选模型,并得出了最优方案。为决策者提供了有力的决策支持工具。
 
第 2 章 文献综述
 
2.1 生命周期评价的应用进展
生命周期评价是一种评价产品、工艺或活动在其生命周期阶段(包括原材料采集、生产、使用和废弃)环境影响的过程。LCA 是目前国际公认的环境管理方法与标准[1]。国际环境毒理学和化学学会(SETAC)首先意识到 LAC 的发展前景。国际标准化组织(ISO)随后设定了 ISO 14000 系列作为环境评价标准,制定了 LCA 的原理及实施步骤的规范和准则。LCA 是利用能量和质量守恒定律,对产品生命周期各阶段中的物质及能量的使用和消耗进行平衡计算[6]。
 
2.1.1 LCA 软件介绍
在实施生命周期评估过程中,往往需要大量的数据以及繁琐的运算才能完成,目前国外的产品生命周期评价多采用计算机分析软件为辅助,目前 LCA 软件开发机构欧洲国家为主,Rice 等[8]对目前欧洲的 LCA 软件进行了介绍与比较。下面介绍 SimPro、EcoPro、GaBi三套目前常用的生命周期评估软件。SimaPro 是由荷兰 Leiden 大学的 CML 中心所研究的,其目的主要在于可以简化流程和数据的量化,由于各环节的评估过程与结果都可以用系统流量来表示,进而达到保护环境的目的。该软件于 1990年完成,现在已经发展到第七代。综合而言,该软件特色包括:(1)可使用不同流程组合;(2)可将产品的生产流程模块化分解;(3)产品的生产流程以树型图形表示,并以类似温度计的指针的形式体现产品生命周期各阶段中的环境负荷。其附属数据库有方法数据库、流程数据库、处理半分比数据库、物质数据库、单位数据库等五类。Ecopro 可在微软视窗下操作,其数据库由瑞士环境、森林和景观局(SwissAgency for Environment, Forests and Landscape)所研发,并有三种冲击评估模式(临界体积、效益导向模式和生态乏值)可供选择。以乙烯(原油-石蜡-乙烯)的制取流程为例,若生产 1 公斤乙烯需石蜡 1.48 公斤,需原油 1.94 公斤,则环境负荷或污染排放影响的分配系数(乙烯:石蜡:原油)为 1.00:1.48:1.94。
Gabi 由德国 IKP 大学所发展,其数据库主要由 BUWAL 与 APME发展而得,Gabi 的模块结构可分为:以面向客户的模块与考虑包括产品原料、生产、使用和废弃的模块。Gabi 的操作界面主要是微软视窗,选单式的指令与交换式的对话框,界面直接、大方。该软件的特色总结如下:(1)运用质量守恒定律处理数据,软件管理与使用较为严谨;(2)以流程与输入输出概念整合研究分析与影响评估;(3)含有多种评价模型;(4)阐述阶段可进行敏感度分析等。
 
2.1.2 LCA 在化工中的应用进展
由于可持续发展与环境保护已得到的到社会普遍重视,在 ISO 推出相关环境管理标准后,LCA 应用也越来越广泛,我国在应用 LCA方面几乎涵盖了所有行业。LCA 在化工上的应用也取得了重大进展。目前,LCA 在化工上的应用主要有产品评估与化工系统工程两个方向。孟祥键[12]根据LCA理论方法,建立了针对精细化工的LCA模型。为了进一步的该模型的可行性,作者以一种精细化工品的合成过程为研究对象,研究了怎样更深入的运用 LCA 来优化精细化工企业的生产过程和公司管理,从而降低精细化工企业的环境负荷。通过对该企业产品的 LCA 研究,建立合成过程的环境优劣比较体系,对该企业清洁生产给出了可持续发展的建议。马骕等[13]对化工纺织品进行了生命周期评价,得出在化工纺织品的加工制造阶段,噪声、酸化和富营养化影响最大。为企业内部产品及其制造过程的生态设计;改进生态环境及其后续改进方向;支持建立采购程序及规格;环境监察及废弃物减量提供依据。
Erwan 等[20]对铬酸阳极氧化过程进行了 LCA 评价,评价的结果作为优化铬酸阳极氧化过程的理论依据。在评价方法上,作者运用了简要生命周期评价(Simplified LCA )方法,只考虑了工业管理部门要求的环境影响类型,很大程度的减少了数据需求量,也减少了评价的难度。Seungdo 等[21]利用 LCA 方法对玉米发酵制取聚丁酸工艺的能量消耗和温室气体排放进行了评估,研究表明,由农作物中获取聚丁酸的环境友好性、能量消耗、温室气体排放明显优于用石化产品生产聚合物的情况,除此之外,聚丁酸还起到了温室气体储存的作用,玉米种植技术的改进还可以进一步减少聚丁酸工艺的环境影响。Kian等[22]对以棕榈为原料制生物柴油进行了生命周期评价。评估的内容为工艺过程的能量消耗和温室气体排放。研究结果表明,与油菜籽制取生物柴油以及石油制取柴油相比,棕榈制取生物柴油在技术经济性和环境可行性方面都有较大的优势。
 
第3章 集成环境、成本和质量评价........... 27-43 
    3.1 集成环境、成本和质量评价........... 27-29 
    3.2 方案的多属性评价 ...........29-42 
        3.2.1 环境影响评价模型........... 29-36 
        3.2.2 生命周期成本评价模型........... 36-38 
        3.2.3 质量评价模型...........38-40 
        3.2.4 产品生命周期评........... 40-42 
    3.3 本章小结...........42-43 
第4章 案例分析........... 43-55 
    4.1 尿素生产的生命周期评价...........44-49 
        4.1.1 尿素生产环境影响范围界定........... 44-45 
        4.1.2 尿素生产系统边界...........45-47 
        4.1.3 尿素生产环境影响评价........... 47-48 
        4.1.4 尿素生产的环境评价指标........... 48-49 
    4.2 尿素生产的成本评价指标........... 49-50 
    4.3 尿素生产的质量评价指标...........50-53 
    4.4 尿素生产方案的优选........... 53-54 
    4.5 本章小结 ...........54-55 
第5章 结论及其建议...........55-57 
    5.1 结论........... 55-56 
5.2 对后续工作的建议........... 56-57
 
结论
 
化学工业在国民经济中占重要地位,但作为自然资源消耗大、环境污染严重的行业,也对自然环境造成了极大的破坏。目前,各国政府及消费者个人对环境保护的意识不断增强,各种环境法规,绿色贸易壁垒的出现,促使企业不得不转变观念,在产品及过程选择上加强对环境因素的考虑,同时,经济全球化使得行业竞争更加激烈,顾客对产品质量的要求越来越高。本文在查阅国内外文献基础上,较为全面的分析和总结了生命周期评价、生命周期成本分析、质量功能展开和多属性决策等理论和方法。在深入研究各项内容的基础上,从化工产品的环境、成本和质量三个属性切入,对化工产品整个生命周期的多角度评价的理论方法进行了探索性的研究,建立了化工过程集成评价和优选模型。主要结论包括以下几个方面:
(1)根据生命周期评价、生命周期成本分析和质量功能展开方法,对化工过程进行了环境影响、成本和顾客满意度上的评价。建立了化工产品的生命周期评价指标体系。在此基础上详细分析环境数据的特征化方法,成本的估算方法。建立适合化工过程的评价模型。特别的,将顾客对产品质量的满意度指标转化为化工过程单元的质量评价,以此作为产品的质量属性的优先度。
(2)建立了化工过程的多属性集成评价模型。先独立对化工产品生命周期进行环境、成本和质量评价,建立化工产品生命周期评价模型,化工产品生命周期成本模型,化工产品质量功能展开模型。再运用多属性决策方法对化工产品生命周期过程中环境影响、成本和产品质量进行了集成评价,得出产品的综合指标,为决策者提供了有力的决策依据。
(3)研究讨论了生命周期评价、生命周期成本分析和质量功能展开所得评价数据的量化方法。运用层次分析法确定了环境影响类型和顾客满意度调查中调查项目的权重,利用归一化方法量化方案间的同类型的环境影响数据。利用线性变换法规范化了环境评价指标,成本评价指标和质量评价指标。
 
参考文献
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[10]陆一新.化工产品生命周期系统设计研究[D].成都:西南交通大学,2007.
 

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