Алгоритм моделирования комплексного производства и его реализация на ЭВМ, страница 2

                                                                           (3.6)

где V_i – объемы компонентов в равновесной газовой смеси, нм³; V_вых – общий объем равновесной газовой смеси, нм³; Р – давление, МПа.

Если c = 1, то a есть решение уравнения (3.6) и определен поток 4.

Затем по уравнениям Милельса вычислили концентрацию аммиака в газовой смеси после первичной конденсации и потоки 5,6. После этого отвели поток 7, расход которого в модели может изменятся в заданных пределах. Потоки 9,10 рассчитали также по уравнениям Михельса и далее поток 11. Состав потока 8 сравнивали с потоком 0₁ :

e_i= N_01,i/N_8,i                                             (3.7)

где N – расход компонента в нм³/ч; i = 5 для рассматриваемой смеси.

          Если e_i¹ 1, то необходимо задать новые значения .

          Массовый расход аммиака определяли по формуле (2.39). Потери аммиака и потребности аммиака на технологические нужды приняли равными 5 % от производительности.

Алгоритм моделирования стадии синтеза аммиака представлен на рис. 21.

          Рис. 21. Блок-схема моделирования стадии синтеза аммиака.

          Как видно из приведенной блок-схемы, при расчете блока синтеза аммиака используются две итерационные процедуры, причем одна из них вложена в другую.

          3.4. Блок синтеза метанола.

3.4.1. Реактор синтеза метанола.

Основным аппаратом процесса синтеза метанола является реактор. Поэтому описание алгоритма моделирования начнем с этого аппарата.

При моделировании реактора синтеза метанола необходимо знать некоторые его конструкционные характеристики. Для этого приняли внутренний диаметр реакционный труб равным 120 мм, материал труб - 12Х18Н12Т в соответствии с рекомендациям [43]. Далее по формулам из [48] рассчитали: толщину труб из условия прочности, шаг между трубами, число труб, внутренний диаметр корпуса. После этого из стандартных рядов [48] выбрали диаметр корпуса и рассчитали его толщину из условия прочности. Описанный расчет выполнен в ''Microsoft Excel'' в виде блока и здесь не приводится. Основные конструкционные характеристики аппарата приведены ниже:

          диаметр корпуса                      4148 ´ 78 мм

          диаметр труб                            132 ´ 6 мм

          число труб                                397

          Кроме того, необходимо задать размеры таблеток катализатора и его насыпную плотность. Согласно [8,14,82] в синтезе метанола применяют медьсодержащие катализаторы с размером таблеток (диаметр ´ высота): 3 ´ 3 мм и 5 ´ 5 мм, 4 ´ 6 мм. Для определенности приняли таблетки 4 ´ 6 мм. Из литературы [8, 82] известна насыпная плотность катализатора – 1300 кг/м³.

          Прежде, чем начать расчет по слою, были выполнены некоторые предварительные расчеты.

Поверхность F_з (м²)  и объем V_з (м³) зерна указанной формы определили по формулам:

F_з = p×d_з×h_з + 2×p×d_з²/4                                       (3.8)

V_з = p×d_з²×h_з /4                                                   (3.9)

Порозность слоя зерен чаще всего лежит в пределах 0,35-0,45 [31]. Приняли e = 0,4. Удельная поверхность слоя катализатора a (м²/м³) и эквивалентный диаметр d_э (м) каналов в слое [31]:

a = (1 - e)× F_з/ V_з                                             (3.10)

d_э = 4×e/a                                                          (3.11)

Объемный расход V_вх (м³/ч) газовой смеси при условиях входа в реактор:

V_вх = V_вх,0 ×Т_вх / (273×Р_вх)                                (3.12)

где V_вх,0 – объемный расход в нм³/ч; Р_вх – давление в атм.

Фиктивная средняя линейная скорость w₀ (м/с) потока:

                                      (3.13)

Действительная скорость w (м/с) потока в каналах слоя:

w = w₀/e                                                           (3.14)

Далее вычислили расход N_вх (моль/с) и состав n_вх,i (% мол.) газа на входе в одну трубу:

                                                                                      (3.15)

                                                   n_вх,i = V_вх,i   

где n_вх,i, V_вх,i – мольная и объемная доли компонентов в газовой смеси.

          При моделировании реактора необходимо рассчитывать вязкость и теплопроводность газовой смеси, содержащей 8 компонентов, с учетом влияния давления. Выполнение такого расчета на каждом шаге значительно усложняет модель, поэтому мы воспользовались следующим приемом. Приняли температуру на выходе из реактора 265 °С и рассчитали равновесный состав газа на выходе, а затем покомпонентно  усреднили состав газа между входом и выходом. Далее для полученного среднего состава газа в пакете MathCAD 2000 по формулам (1-6 Приложения III) рассчитали вязкость и теплопроводность смеси при давлении 70 атм  в диапазоне температур 180 – 300 °С (с шагом 20 °С). Полученные расчетные данные аппроксимировали полиномами 1-й степени: m_см = f(t) и l_см = f(t).

Задав шаг по высоте Dl (м), определили геометрические параметры:

                                                   F_ст,вн = p×d_тр,в×Dl, м²                                       (3.16)

                                                   F_ст,н = p×d_тр,н×Dl, м²                                        (3.17)

                                                   , м³                                       (3.18)