Алгоритм моделирования комплексного производства и его реализация на ЭВМ, страница 3

Материальный баланс в слое рассчитывали следующим образом. Для определения скоростей реакций вычисляли парциальные давления реагентов Рi (атм):

                                                   Рi = nвх,i×Рвх                                                     (3.19)

Далее:

                                                   Dn1 = ri×Dv×rнас                                                (3.20)

                                                   Dn2 = r2×Dv×106                                                (3.21)

Далее рассчитывали мольные расходы реагентов (моль/с) на выходе из слоя:

                         (3.22)

                           (3.23)

                                  (3.24)

                         (3.25)

                                  (3.26)

Состав газа (% мол.) на выходе из слоя:

                                             (3.27)

                                                (3.28)

Зависимость давления насыщенного водяного пара Рнп (атм) от температуры кипения получили аппроксимацией  табличных данных из [57]:

                              Рнп = 94,2972 – 1,0908×tв + 3,4893×10-3×tв2                         (3.29)

Зависимость коэффициента теплопроводности материала труб lст (Вт/(м×К)) от температуры получили аппроксимацией  табличных данных из [43]:

lст = 15,00 + 0,011×t + 6.526×10-6×t2                          (3.30)

Из уравнений (2.60,2.61) получили выражение для Тст,вн:

                                                                                            (3.31)

где B - параметр, определяемый уравнением:

                                                               (3.32)

Температуру на выходе из слоя рассчитывали по формуле:

       (3.33)

          Слой катализатора оказывает гидравлическое сопротивление DР (атм), которое рассчитывали по формуле [48]:

                                      (3.34)

                                           (3.35)

где lсопр  - коэффициент сопротивления. Тогда давление на выходе из слоя:

                                                   Рвых = Рвх - DР                                                (3.36)

Алгоритм моделирования реактора синтеза приведен на рис. 22.

Рис. 22. Блок-схема моделирования реактора синтеза метанола.

          3.4.2. Конденсация метанола и воды.

          В контуре метанола (см. рис. 8) из газовой смеси за счет охлаждения конденсируется вода. Алгоритм математического описания этой стадии представлен на рис. 23.

          Рис. 23. Блок-схема моделирования стадии конденсации воды.

          При конденсации метанола-сырца (см. рис. 8) конденсируется смесь  из 2-х компонентов (метанол и вода), поэтому применили итерационный метод расчета. Пусть a и b – количества сконденсировавшихся метанола и воды соответственно (в нм3/ч газа). Для первого шага итерации задали некоторые значения a и b. Тогда (индексы 1 и 2 соответствуют метанолу и воде):

                                             (3.37)

                                           (3.38)

          Учитывая, что количества сконденсировавшихся метанола и воды в кмолях равны a/22,4 и b/22,4, получили:

                                                        (3.39)

                                                        (3.40)

          Далее рассчитали коэффициенты активности и записали уравнение (2.31) для метанола и воды в виде:

                                              (3.41)

                                           (3.42)

          Таким образом, a и b есть решения системы уравнений (3.41-3.42), если c = 1и d = 1. В противном случае необходимо задать новые значения a = a + Da и b = b + Db. Алгоритм моделирования представлен на рис. 24.

Рис. 24. Блок-схема моделирования конденсации метанола и воды.

         3.4.3. Контур синтеза метанола.

          Объем и состав потока 0 (см. рис. 13) были определены из расчета стадии конденсации воды. Приняв для определенности  K = 3 в формуле (2.76), находили объем  потока 01. Состав потока 01 неизвестен, поэтому приняли некоторые значения концентрации компонентов N01,i (в % об.) в потоке 01. Состав потока 1 вычисляли покомпонентным сложением. Далее по приведенным выше алгоритмам рассчитывали стадии синтеза и конденсации (потоки 2,3,4). Затем отводили точный объем циркулирующего газа согласно принятой кратности циркуляции, определяя тем самым потоки 5 и 6. В случае несовпадения концентрации компонентов в  потоках 6 и 01 задавали новый состав потока 01 и повторяли расчет до достижения совпадения с заданной точностью e:

ei= N01,i/N6,i                                           (3.43)

где N – объемная доля (в %) компонента в газовой смеси; i = 8 для рассматриваемой смеси.

          Массовые расходы метанола и воды в составе метанола-сырца определяли по формуле (2.39). Алгоритм моделирования контура представлен на рис. 25.

Рис. 25. Блок-схема моделирования контура метанола.

          Как видно из приведенной блок-схемы, при расчете блока синтеза метанола используются две итерационные процедуры, причем одна из них (на стадии конденсации метанола и воды) вложена в другую.

          3.4.4. Теплообменное оборудование.

          Тепловой баланс контура определяется суммированием балансов входящих в него теплообменных аппаратов и потоков между ними.