生物甲烷液化虚拟试验台搭建过程模拟开题报告

 2021-08-08 01:08

1. 研究目的与意义

当前化石能源枯竭和环境污染两大问题困扰着全球,节能减排成为各国关注的焦点。以低劣生物质制的生物甲烷为代表的生物技术与化学工程结合,在资源化利用及二氧化碳减排等领域有很大发展潜力。与太阳能、风能相比,以生物甲烷为典型代表的生物质能是唯一可存储、可作为燃料和化学原料的可再生能源。而且生物甲烷被公认是地球是最干净的能源,液化后体积约为同量气态的1/625,因此将生物甲烷液化,可以为存储、运输带来极大的便利。然而它的液化的条件苛刻,通常液化气储存在-161.5摄氏度、0.1MPa左右的低温储存罐内,这为实验开展带来了困难。又因为其无色无味,易燃易爆的物性特点,实验存在一定的安全隐患。开展虚拟仿真实验,可以有效地避免了实验条件的限制和安全隐患,大大地提高实验效率。

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2. 国内外研究现状分析

1 生物甲烷液化工艺研究进展

天然气中绝大多数成分是甲烷,约占70%到90%,故天然气液化的工艺技术可以借鉴。天然气液化系统主要包括天然气的预处理、液化、储存、运输、利用这 5 个子系统[1]。一般生产工艺过程是,将含甲烷 90%以上的天然气,经过三脱(即脱水、脱烃、脱酸性气体等)净化处理后,采取先进的膨胀制冷工艺或外部冷源 , 使甲烷变为 - 162℃的低温液体。目前天然气液化装置工艺路线主要有3种类型 : 阶式制冷工艺、混合制冷工艺和膨胀制冷工艺。[2]目前世界上天然气液化技术已经趋于成熟,这里列出了比较常用的液化方法,可以应用于生物甲烷的液化中。

(1)焦耳-汤姆逊(Joule-Thomson)提出的预冷J-T循环,其原理是闭式制冷机采用氟里昂或丙烷预冷经压缩的天然气,然后通过 JT阀节流部分液化,这种循环比较简单,但是效率不是很高。

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3. 研究的基本内容与计划

研究内容:

生物甲烷液化的过程中涉及到多个实验步骤,各项工艺参数也在不停的变化。本课题先通过3dmax软件搭建虚拟试验台,并且通过软件的仿真模拟,达到实际操作困难、苛刻的工艺条件(超低温、高压),进行虚拟的液化实验。最终通过三维动画制作软件unity3d来实现生物甲烷液化虚拟过程。

研究计划:

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4. 研究创新点

运用unity3d软件制作三维动画,模拟生物甲烷液化流程。

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