从化工设计技术的进步看硫酸工业的现代化

摘　要：随着我国社会经济与科学技术的稳步发展，计算机技术在诸多领域得到广泛普及。化工设计领域中，如集散控制系统、有限元分析法、计算流体力学、流程模拟、生命周期费用估算法等一系列新技术不断涌现。新技术的应用给硫酸行业注入了活力，也促进了化工行业技术的飞跃。

关键词：现代化　硫酸工业　计算机技术　技术进步　化工设计

更高的废热回收率、更严格的环保要求、更好的硫利用率是现代硫酸装置的设计准则。体现出装置性能的可靠性和高效率。装置的设计水平决定了装置的技术水平。但是，技术水平的现代化并不等于装置的大型化。国家经济和科技的发展也带来了新的设计思路和设计概念，以计算机技术为基础的控制、优化、分析等方法将传统的化工设计模式彻底改变了。硫酸工业是典型的化工生产过程，具有独特的工艺，其中，属于化工领域范畴的有传热传质设计、反应器设计、工艺设计等，因此，实现硫酸工业现代化的重要途径就是要科学、合理借鉴化工设计技术。

一、估算生命周期费用

作为当前非常流行的一种投资评价工具，生命周期费用估算其目的在于：在满足产品质量要求和装置性能的基础上，降低项目整个生命周期内的费用。整个生命周期包括从最初的工程设计经过运行、施工，到设备报废。生命周期费用估算法不同于传统的设计思维，其维修费用和视操作的重要性与投资相同。在整个生命周期内，生命周期费用估算法对装置所有费用进行等权重评价，所以颇具合理性与科学性。冶金和电力是最早应用生命周期费用估算法的行业，后来才慢慢推广与化工行业。可以根据标准的贴现现金流计算原则，采用SSINA开发的生命周期方法进行计算，在生命周期内，装置生产的所有费用以现值折算，最后求和：

，公式中N为项目进行的年数；i为实际利率；N为设计使用年限；RC为更换设备费用；LP为停车期间的生产损失费；OC为操作和维修费；IC为初始安装费；AC为初始购置费；LCC为生命周期费用。各种投资方案的生命周期费用可用上述公式进行计算，通过比较，最优的投资方案通常为生命周期费用最小的方案。

二、流程模拟

化工过程中的流程模拟是用物流连接、物性关系、速率方程、守恒原理等一系列数学模型对某化工过程进行描述，通过获得该化工过程的性能信息，而对一定操作条件下，流程所具有的性能进行预测并优化。化工过程流程模拟包括动态模拟和稳态模拟。稳态流程模拟开发较早，它包括技术经济评价、费用计算、设计尺寸、能量和物料衡算。但是，采用稳态模拟模型仅仅适用于连续过程，模拟优化结果抽象，适用范围受到限制。与此相比，动态流程模拟还能够借助动态仿真技术将工艺的参数任意改变。在硫酸工业中，国际上研发出硫酸装置流程模拟程序，该程序较容易生成新的设备布局和操作。

三、有限元分析

有限元分析结合了计算机技术、计算数学、现代力学。伴随计算机技术的不断发展对于求解各类力学问题，有限元法表现出其广泛的适用性。转化器在硫酸工业中是非常重要的设备，缩短转化器寿命的原因在于大型化设备中不良的气体分布于不均匀的传热，设备承受极大的应力也由于转化器的多个接管所致。接管上膨胀节具有较大的自由度和高压负荷，所以难以对应力进行分析。但对于当今设计问题方面，膨胀节的设置和膨胀节的设置并非源自于详细分析的结果。针对转化器需要增设接管口，分析接管口处应力时，采用有限元分析法进行。

四、集散控制系统

集散控制系统是硫酸装置现代化最重要的特征之一，它具有网络通讯方便、人机交互友好、灵活性与可靠性高等优点。因此，被广泛应用于化工生产的自动控制中。我国采用集散控制系统更换常规仪表。作为典型的过程工业，硫酸工业采用集散控制系统，来监测和控制各工艺流程测点以及设备，这对于装置的安全、稳定、运行极其重要。集散控制系统技术发展相当迅速，工厂控制、优化、调度、决策的综合自动化用计算机实现。它将工厂控制系统与企业行政事务信息集成为一体，使用计算机就可在企业内部完成用户托运、按合同发货、订单管理、生产等全部过程。由此可见，在硫酸工业中，应用先进的集散技术会大大提高企业的效益，先进的集散系统已进入了企业管理和生产调度的层面。

五、计算流体力学

在设备中所进行的化学反应、能量、质量、动量的传递都属于化工过程。在这些过程中，决定设备性能的重要因素就是流体的分布及流动。伴随计算机处理能力的不断提高，计算流体力学方法被技术人员研发，计算流体力学方法的原理是：应用数值模拟软件对描述过程中局部性能的化学—物理流体力学方程组进行求解。对于提高装置性能与过程优化，计算流体力学方法的应用十分必要。国际上采用计算流体力学技术来模拟操作的能量和质量3维流动场以及硫酸设备设计。因为，进入转化器的气体温度与流量分布对于机械可靠性和二氧化硫转传热和转化率至关重要，在对转化器增设进出口管时，利用计算流体力学方法模拟进出口管对床层内部影响，并按照根据对新设备的流量、副线、接管、转化器以及温度分布的中间评价结果，来对转动阀结构和副线位置进行调整。

六、结束语

计算机技术的发展给这个新技术、新概念层出不穷的时代更添精彩。在硫酸行业中，每一个技术人员都应认真思考如何将高科技应用其中，使这个行业的效益稳步增长。化学工程、材料科学、自动化控制、计算机技术等相关学科已成为现代硫酸行业技术进步所必不可少的推动力，生产力表现在行业本身科技的进步。推动了硫酸工业现代化的关键就在于化工设计技术的进步与计算机技术的发展。参考文献[1]杨海平，杨声海，蔡亚楠，侯国锋，夏娇云，唐谟堂.钽在硫酸氢根离子无水乙醇溶液中的电化学行为[J].中国有色金属学报，2011(1).[2]黄燕敏，李莹崔建国，王辉，范良华.6-羟基-3-硫酸酯钠甾体化合物的合成及生理活性研究[J].有机化学，2010(11).[3]王欣欣，高义民，李匡，李烨飞，冯剑波.稀土钇对09CrCuSb合金耐硫酸腐蚀性能的影响[J].西安交通大学学报，2013(3).[4]张运娟，邢丕峰，韦建军，李朝阳，张淑洋.硫酸甲醇体系中电解抛光钽的实验研究[J].稀有金属材料与工程，2011(12).