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_T₂F₂Δt₂ – условие передачи тепла в теплообменнике

ΔQ₂=(t_T₂-t_б)X_T₂SCp_i(t_б)N₀_i – нагревание холодного газа в теплообменнике

ΔQ₂=(t₂-t₀₃)SC_Pi(t₂)X₂_i – охлаждение горячего газа в теплообменнике

5. Решаем третий слой катализатора с расходом Х₂ и находим t₃ ; X₃_i.

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)N₀_i – нагревание холодного газа

DQ₃=(t₃-t_к)SCр_i(t₃)X₃_i – охлаждение горячего газа после третьей полки

7. Решаем тепловой баланс смешения потоков циркуляционного газа после теплообменников X_T₂и X_T₃находим 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)N₀_i – 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_T₂и 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 ; X₃_i

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)X₃_i – нагревание холодных газа в теплообменнике

DQ₃=(t_т-t_б)X_цгSC_Pi(t_б)N₀_i – 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)N₀_i+ t_б1 X_б1SC_pi(t_б)N₀_i= t₀₁(Х_цг- X_б2-X_б3)SCp_i(t_т)N₀_i

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 t_k₁ Р'=Р-DР Н_i(t_k₁)	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 t_k₂ Р Н_i(t_k₂)		- газ -жидкий аммиак
ТД3 продувочные газы t_k₃ Р N_i(t_k₃)		- газ -жидкий аммиак
ТД4 танковые газы t_k₄ Р_тг N_i(t_k₄)		- 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 (F₅_i), коэффициентами деления в термодинамических делителях (S₄_i, S₇_i, S₉_i, S₁₄_i).

3. Решаем систему линейных уравнений технологической схемы схемы: F=XS и SV₂_i=V_цг находим значения всех потоков (X₁_i… X₁_5i) и коэффициент деления простого делителя (S₂).

4. С входными потоками X₄_i решаем модель колонн «Казале» (V·X₄_i) и боковой колонны ((1- V)·X₄_i) получаем новое значение псевдопитания (X₅_i= X₅₁_i+ X₅₂_i)

5. Находим новые коэффициенты термодинамических делителей потоков:

, , ,

6. Сравниваем значения псевдопитания F₅_i, коэффициенты деления ТД1-4, полученные из решения моделей реактора и делителей со значениями, полученными из решения системы уравнений связи потоков технологической схемы:

||<e₁кмоль/с

S₄||<e₂кмоль/с

S₇||<e₂кмоль/с

S₉||<e₂кмоль/с

S₁₄||<e₂кмоль/с

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