Технологическая схема для расчета потоков. Компрессор синтез-газа. Каталитический реактор. Термодинамический делитель, страница 2

Х_б1, Х_б2 – расход газа по линиям холодных байпасов первой и второй полок, кмоль/с.

 – доля циркуляционного газа по основному ходу.

Последовательность итерационных расчетов

На первом шаге итерационных расчетов принимаем Х_б1=0

1. Решаем первый слой катализатора с расходом  и находим ; Х_1i    

2. Решаем тепловой баланс смешения потоков после первого слоя и находим  Х_б2

3. Решаем второй слой катализатора с расходом и находим ; Х_2i

4. Решаем условия теплосъема в межслоевом теплообменнике инаходим  t_T2 ; Х_T2

Δt₂=[(t₂-t_T2)(t₀₃-t₅)]^0.5 – средняя разность температур в межслоевом теплообменнике

ΔQ₂=10^-3K_T2F₂ Δt₂ – условие передачи тепла в теплообменнике

ΔQ₂=(t_T2-t_б)X_T2SCp_i(t_б)N_0i – нагревание холодного газа в теплообменнике

ΔQ₂=(t₂-t₀₃)SC_Pi(t₂)X_2i – охлаждение горячего газа в теплообменнике

5. Решаем третий слой  катализатора с расходом Х₂ и находим  t₃ ; X_3i.

6. Решаем условия теплосъема в концевом теплообменнике и находим t_T3 ; t_k ; V_T3.

X_T3=X_цг-(X_T2+X_б2+X_б1) – поток холодного газа в концевом теплообменнике

Dt₃=((t₃-t_T3)(t_k-t_б))^0.5 – средняя разность температур

DQ₃=10^-3K_Т3F₃ Dt₃ – условие передачи тепла в теплообменнике

DQ₃=(t_T3-t_к)X_T3SCр_i(t_б)N_0i – нагревание холодного газа

DQ₃=(t₃-t_к)SCр_i(t₃)X_3i – охлаждение горячего газа после третьей полки

7. Решаем тепловой баланс смешения потоков циркуляционного газа после теплообменников X_T2 и X_T3 находим t₄

t_T2 X_T2 SCp_i(t₂)N_0i+ t₃ X_T3SCp_i(t₃)N_0i= t₄(X_T2+ X_T3)SCp_i(t_T)N_0i

8. Сравниваем |X_цг-(Х_б1+ Х_б2+ X_T2+ X_T3)|<e₁

Если:

Нет > задаемся новой  и возвращаемся на п.1

Да > сравниваем (t₀₁-t₄) < e₃

          Если:

Да > расчет закончен.

Нет >         а) (t₄- t₀₁) >0

решаем условие теплосъема во внешнем теплообменнике и определяем  t_б1; X_T1

Δt₂=[(t_б-t_н)(t_б1-t_н)]^0.5 – средняя разность температур.

ΔQ₁=10^-3K_T1F₁Δt₁ – условие передачи тепла в теплообменнике

ΔQ₁=(t_б-t_б1)X_б1SC_pi(t_б)N_0i – охлаждение циркуляционного газа во         внешнем теплообменнике

t₄(X_T2+ X_T3) SCp_i(t₄)N_0i+ t_б1 X_б1SCp_i(t_б)N_0i= t₀₁(Х_б1+ X_T2+ X_б3)SCp_i(t₀₁)N_0i

и возвращаемся на п.1

б) (t₄- t₀₁) < 0

t₀₁= t₄ и переходим на п.1

Если после вторичного прогона вновь попадаем на (б), остановка программы и печать «изменить параметры колонны»

Условный переход для расчета второго слоя:

Если t₁< t₀₂ => t₀₂= t₁

          Коэффициент теплопередачи: К_т зависит от расхода, что апроксимируется степенной зависимостью ;

n=0,75

500000 нм³/ч – базовый расход, при котором вводится коэффициенты теплопередачи K_T2  и K_T3.

Принципиальная схема потоков в боковой колонне

          Введем обозначения:

Х_цг – расход циркуляционного газа на входе в колонну, кмоль/с.

Х_Т – расход циркуляционного газа через встроенный теплообменник колонны, кмоль/с.

Х_б1, Х_б2 Х_б3,– расход газа по линиям холодных байпасов первой, второй и  третьей полок, кмоль/с.

 – доля циркуляционного газа по основному ходу

Последовательность итерационных расчетов:

На первом шаге итерационных расчетов принимаем Х_б1=0

1. Решаем первый слой катализатора с расходом  и находим ; Х_1i     

2. Решаем тепловой баланс смешения потоков после первого слоя и находим  Х_б2

3. Решаем второй слой катализатора с расходом и находим ; Х_2i

4. Решаем тепловой баланс смеси и находим Х_б3

5. Решаем третий слой  катализатора с расходом  и находим  t₃ ; X_3i

6. Решаем теплосъем в концевом теплообменнике и находим t_T,t_k

Dt=[(t₃-t_T)(t_к-t₅)]^0.5 – средняя разность температур в межслоевом теплообменнике

DQ₃=10^-3K_TF_тDt – условие передачи тепла в теплообменнике

DQ₃=(t₃-t_к)SC_pi(t₃)X_3i – нагревание холодных газа в теплообменнике

DQ₃=(t_т-t_б)X_цгSC_Pi(t_б)N_0i – охлаждение горячего газа в теплообменнике

6. Сравниваем |X_цг-(Х_б1+ Х_б2+ X_б3+ zX_цг)|<e₁

Если:

Нет > задаемся новой  и возвращаемся на п.1

Да > сравниваем (t₀₁-t_т) < e₂

                    Если:

Да > расчет закончен.

Нет >

а) (t_т- t₀₁) >0

решаем тепловой баланс смешения, находим  t_б1 и переходим на пункт 1

t_т(Х_б1+ Х_б2+ X_б3+X_цг) SC_pi(t_т)N_0i+ t_б1 X_б1SC_pi(t_б)N_0i= t₀₁(Х_цг- X_б2-X_б3)SCp_i(t_т)N_0i

б) (t_т- t₀₁) < 0

t₀₁= t_т и переходим на п.1

Если после вторичного прогона вновь попадаем на п.б, остановка программы и печать «изменить параметры колонны»

Условные переходы для расчета второго слоя:

Если t₁< t₀₂ , t₂< t₀₃ => t₀₂= t₁, t₀₃= t₂

Термодинамический делитель

Здесь происходит охлаждение газовой фазы, конденсация аммиака и растворение в нем неконденсирующихся газов газов: Н₂, N₂, CH₄, Ar.

ТД1 первичная конденсация tk1  Р'=Р-DР Нi(tk1)	Балансовые уравнения для расчета потоков	Неизвестные величины  – конц. NH3 – конц. H2 – конц. N2 – конц. CH4 – конц. Ar  – общий газовый поток. -поток жидкого аммиака
ТД2 вторичная конденсация tk2  Р Нi(tk2)		- газ -жидкий аммиак
ТД3 продувочные газы tk3  Р Ni(tk3)		- газ -жидкий аммиак
ТД4 танковые газы tk4  Ртг Ni(tk4)		- газ -жидкий аммиак

Исходные данные для расчета схемы синтеза аммиака

1.  Нагрузка отделения по синтез-газу, V_сг, нм³/ч

2.  Состав синтез-газа, N_сг, об. %

3.  Давление в колонне, P, МПа

4.  Давление танковых газов, P_тг, МПа

5.  Коэффициент гидравлического сопротивления системы, x_г

6.  Температуры конденсации, ⁰С

-первичная (126-F), t_к1

-вторичная (106-F), t_к2

-продувочные газы (108-F), t_к3

-танковые газы, t_к4

7. Доля циркуляционного газа в колонну «Казале», c

Исходные данные для колонны

1.  Объем катализатора на каждой полке, м³

2.  Порозность слоя катализатора, м³/м³

3.  Активность катализатора, предэкспонента конст.скорости, k_o, кмоль NH₃/с.м³.МПа^3/2, энергия активации, Е, кДж/кмоль

4.  Коэффициенты теплопередачи во встроен. теплообменниках, К_т, Вт/м³.К, поверхность теплообмена, F_T, м²

5.  Температура байпаса и наружного воздуха, t_б, t_н, ^оС

Последовательность решения математического описания схемы

1.  Задаем нагрузку схемы по синтез-газу (V_сг), давление в системе и решаем модель компрессора. Находим производительность циркуляционной ступени компрессора (V_цг).

2.  Задаемся начальным приближением псевдопитания (F_5i), коэффициентами деления в термодинамических делителях (S_4i, S_7i, S_9i, S_14i).

3.  Решаем систему линейных уравнений технологической схемы схемы: F=XS и SV_2i=V_цг находим значения всех потоков (X_1i… X_15i) и коэффициент деления простого делителя (S₂).

4.  С входными потоками X_4i решаем модель колонн «Казале» (V·X_4i) и боковой колонны ((1- V)·X_4i) получаем новое значение псевдопитания (X_5i= X_51i+ X_52i)

5.  Находим новые коэффициенты термодинамических делителей потоков:

,  ,   , 

6.  Сравниваем значения псевдопитания F_5i, коэффициенты деления ТД1-4, полученные из решения моделей реактора и делителей со значениями, полученными из решения системы уравнений связи потоков технологической схемы:

||<e₁ кмоль/с

S₄      ||<e₂ кмоль/с

S₇      ||<e₂ кмоль/с

S₉      ||<e₂ кмоль/с

S₁₄    ||<e₂ кмоль/с

7. Если заданная точность не достигнута, задаемся новыми значениями псевдопитания и коэффициентов деления (п.2) и расчет повторяется.