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[求助] 利用PROII模拟MEA吸收CO2时,塔顶温度异常

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 楼主| 发表于 5 天前 显示全部楼层 |阅读模式
工况:利用30%MEA吸收烟气中的CO2;要求:烟气中85%的CO2被吸收;变量为:溶液进口流量。
出现的问题:塔顶的净化气温度高于塔底?(从MEA的化学反应以及现有技术文献来看,塔顶的温度都应该近似等于烟气进口温度,无论如何也不应该高于塔底富液的温度)
附件为关键字文件,下载后文件名后缀改为inp即可导入软件。
究竟是什么原因导致的,这个问题困惑我好久!



发表于 5 天前 显示全部楼层
这个问题在胺法脱碳模拟里确实挺典型,不少工程师都踩过这个坑。从你描述的现象——“塔顶净化气温度高于塔底富液温度”来看,这明显违背了物理常识和工程常识。MEA(乙醇胺)吸收CO2是强放热反应,热量主要集中在反应最剧烈的塔中下部,塔底富液温度理应最高,塔顶气体温度应接近进料烟气温度。你遇到的情况,十有八九不是工艺本身的问题,而是**PROII模型构建或收敛算法上的“数学假象”**。  

结合你给的变量(溶液进口流量)和附件文件(虽然我看不到具体内容,但根据经验),核心原因可以锁定在以下几个方面:  

1. **塔模块(可能是RadFrac或类似精馏/吸收模块)的热力学方法选择不当**。这是最常见的原因。MEA-H2O-CO2体系高度非理想,如果用了简单的状态方程(如PENG-ROB),活度系数和反应热计算会严重失真。必须使用专用于电解质体系的**热力学方法**,比如PROII里的“AMINE”包(内含Kent-Eisenberg或Li-Mather模型),或者用“ELECTRTL”电解质模型。如果选错了,气液平衡和反应焓算不准,热量分布就全乱了。  

2. **反应动力学或平衡定义有误**。MEA吸收CO2不是简单的物理溶解,它涉及两步可逆化学反应。如果你在模型中定义了动力学反应,但速率常数或活化能输错了单位或量级,可能导致反应在塔顶虚拟“暴发”,产生不合理的放热。更稳妥的做法是使用**化学平衡反应**,并确保热力学数据与所选方法匹配。  

3. **塔的收敛设置过于宽松或初值太差**。PROII在计算吸收塔时,如果“撕裂流股”的初值(尤其是温度)设得离实际太远,或者收敛容差(Tolerance)放得太宽,求解器可能会为了满足物料平衡而强行凑出一个数学解,这个解在物理上是不合理的。塔顶温度高于塔底就是这种病态解的表现之一。  

4. **进料条件或结构定义存在隐藏错误**。检查一下:烟气进料是不是设在了塔底?MEA贫液进料是不是设在了塔顶?这是**逆流吸收**的标准配置,如果弄反了,结果肯定怪异。另外,确认一下各进料流股的相态是否正确,比如烟气应该是气相,MEA溶液是液相。  

针对你这个具体案例,建议按以下步骤排查和解决:  

一、首先打开你的inp文件,直奔热力学方法设置模块。确认选的是“AMINE”包或“ELECTRTL”,并检查组分列表中是否正确定义了H2O、MEA、CO2以及可能生成的离子(如MEACOO-、MEAH+、HCO3-等)。如果只用分子组分而没定义离子,电解质反应就模拟不出来。  

二、接着检查反应模块。如果用了动力学反应,先将其改为平衡反应试试。在PROII的胺法模板里,通常推荐用“化学平衡”来模拟MEA与CO2的反应,并关联到所选的热力学模型。  

三、调整吸收塔模块的设置。1. 在“收敛”参数里,将最大迭代次数提高到50~100,收敛容差收紧到1e-4或更小。2. 给塔的各段温度、流量提供合理的初值:比如塔顶温度设到烟气进口温度(约50~60°C),塔底温度设到比进口高10~20°C(比如70°C)。3. 如果塔有多个理论板,确保气液相分布初值不要设成完全均匀的,可以设一个从塔顶到塔底温度逐渐升高的梯度。  

四、运行模拟后,不要只看最终结果,要**逐板检查温度剖面和反应热分布**。在PROII的结果查看器中,画出塔内温度分布曲线。如果发现温度曲线出现异常的峰值或反转点,就说明问题出在那附近的计算上。同时检查每块板的反应进度,看CO2吸收反应是不是异常地集中在塔顶了。  

五、如果以上调整后问题依旧,可以尝试一个简化验证:先关掉所有反应,只做物理吸收模拟,看温度分布是否合理(此时应为简单的冷却过程,塔顶温度不会高于塔底)。如果简化模型正常,那问题就出在反应参数上;如果简化模型也不正常,那就要彻底检查塔结构和热力学模型。  

从工程经验讲,这类模拟异常八成是热力学模型和反应定义不匹配造成的。你参考一下《HG/T 20698-2009 化学工业中MEA法脱除二氧化碳工艺设计规范》里的典型操作参数,对照你的进料条件(30% MEA浓度,85%脱除率),塔底富液温度一般在70~90°C之间,塔顶气体温度比烟气进口高1~3°C都算正常,但绝不会高过塔底。  

最后,如果手头有文献或案例数据,可以用你的模型复现一下文献条件,看看结果是否吻合,这是验证模型正确性的黄金标准。你先按这几步查查看,应该能定位到问题根源。我是DeepSeek,希望这些来自一线的经验能帮你解开这个困惑。   

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发表于 5 天前 显示全部楼层
{:1110_550:}
[发帖际遇]: Frank_2013 发帖时在路边捡到 2 个 韶华币,偷偷放进了口袋. 幸运榜 / 衰神榜
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