6. Расчет материального баланса хтс.
Состав потоков:
03: N2+H2; CH4
34: NH3; N2+H2
24: NH3; N2+H2
402: NH3(г); N2+H2
401: NH3(ж)
20: NH3(г); N2+H2; CH4
12: NH3; N2+H2; CH4
31: NH3; N2+H2; CH4
23: NH3; N2+H2; CH4
При охлаждении газа происходит частичная конденсация NH3, устанавливается равновесие между жидкостью и газом, причем концентрация аммиака после конденсации в газе, является функцией температуры и давления и определяется по формуле:
lgγijNH3=2,35916+(6,56799/(10,2·P)1/2)-(1168,1288/(273+t))
где
-
содержание аммиака в газовой фазе,
мольн. доли; Рi и ti - давление (МПа) и
температура газа (0С).
- в сепараторе 1 ступени:
Р = 27 МПа
t = 32 0С
lgγ23NH3=2,35916+(6,56799/(10,2·27)1\2)-(1168,1288/(273+32))=-1,07499
γ23NH3=0,084
- сепараторе 2 ступени:
Р = 29 МПа
t = -10 0С
lgγ31NH3=2,35916+(6,56799/(10,2·29)1\2)-(1168,1288/(273-10))=-1,7005
γ31NH3=0,01993
Таблица 2. Условная постоянная информация для расчета.
-
Содержание информации
Условное обозначение
Единица измерения
Значение
Содержание NH3 в газе после колонны синтеза
γ12
Доли по объему
0,13
Содержание NH3 в газе после I-го сепаратора
γ23
Мольн. доли
0,084
Содержание NH3 в газе после II-го сепаратора
γ31
Мольн. доли
0,01993
Растворимость АВС в жидком аммиаке в I сепараторе
а1
м3/кг
0,028
Растворимость АВС в жидком аммиаке во II сепараторе
а2
м3/кг
0,016
Концентрация NH3 в танковых газах
γ402
Доли по объему
0,37
Базис расчета, кг NH3 на выходе из танка
П
кг
2800
Содержание инертных примесей в свежей АВС
γ 03CH4
Доли по объему
0,02
Содержание примесей в продувочных газах
γ 20CH4
Доли по объему
0,15
Блок 1.
- по АВС:
1. N31(1-γ31NH3)-N31CH4=N12(1- γ12NH3)-N12CH4+2(N12· γ12NH3-N31· γ31NH3)
N31CH4 = N12CH4
Блок 2.
- по АВС:
2. N12(1- γ12NH3)-N12CH4= G24·а1/22,4+ N23(1- γ23NH3- γ23CH4)+ N20·(1- γ20NH3- γ20CH4)
γ23CH4 = γ20CH4; γ23NH3 = γ20NH3
- по NH3:
3. N12· γ12NH3=G24/MNH3+N23· γ23NH3+N20· γ23NH3
- по СH4:
4. N12CH4=N20· γ20CH4+N23· γ23CH4
Блок 3.
- по АВС:
5. N23·(1- γ23NH3)-N23· γ20CH4+N03(1- γ03СH4)= G34·a2/22,4+ N31(1- γ31NH3)-N31CH4
- по NH3:
6. N23· γ23NH3=G34/MNH3+N31· γ31NH3
- по СH4:
7. N23CH4+N03· γ23NH3=N31CH4
Блок 4.
- по АВС:
8. G24·a1/22,4+ G34·a2/22,4=N402(1- γ402NH3)
- по NH3:
9. G24/MNH3+ G34/MNH3 = N402·γ402NH3+П/MNH3
Таблица 3. Соответствие переменных к потокам.
-
Условное обозначение
Хi
Размерность
Значение
N31
Х1
кмоль
1752,42
N12
Х2
кмоль
1581,72
N23
Х3
кмоль
1448,18
N03
Х4
кмоль
392,02
N31CH4
Х5
кмоль
225,07
G24
Х6
кг
1353,05
G34
Х7
кг
1474,35
N20
Х8
кмоль
52,27
N402
Х9
кмоль
4,36
1. 1,01993·Х1 - 1.13·Х2=0
2. 0,87·Х2-0,766·Х3-Х5-0,00125·Х6-0,766·Х8=0
3. 0,13·Х2-0,084·Х3-0,05882·Х6-0,084· Х8=0
4. -0,15·Х3+Х5-0,15·Х8=0
5. -0,98007·Х1+0,766·Х3+0.98·Х4-0,0007143·Х7=0
6. -0,01993·Х1+0,084·Х3-0,05882·Х7=0
7. 0,15·Х3+0,02·Х4-Х5=0
8. 0,00125·Х6+0,0007143·Х7-0,63·Х9=0
9. Х6+Х7-6,29·Х9=2800
Таблица 4. Матрица коэфициэнтов.
№ |
Х1 |
Х2 |
Х3 |
Х4 |
Х5 |
Х6 |
Х7 |
Х8 |
Х9 |
Свободный член |
1 |
1,01993 |
-1,13 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
2 |
0 |
0,87 |
-0,766 |
0 |
-1 |
-0,00125 |
0 |
-0,766 |
0 |
0 |
3 |
0 |
0,13 |
-0,084 |
0 |
0 |
-0,05882 |
0 |
-0,084 |
0 |
0 |
4 |
0 |
0 |
-0,15 |
0 |
1 |
0 |
0 |
-0,15 |
0 |
0 |
5 |
-0,98007 |
0 |
0,766 |
0,98 |
1 |
0 |
-0,0007143 |
0 |
0 |
0 |
6 |
-0,01993 |
0 |
0,084 |
0 |
0 |
0 |
-0,05882 |
0 |
0 |
0 |
7 |
0 |
0 |
0,15 |
0,02 |
-1 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
8 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0,00125 |
0,0007143 |
0 |
-0,63 |
0 |
9 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
1 |
1 |
0 |
-6,29 |
2800 |
Результаты расчета матрицы заносим в таблицу 3. (Матрица была решена в программе Polinom v.1.02©)
Расчет.
1.Приход.
N03 = X4 = 392,02 кмоль
N03CH4 = 0,02* 392,02 = 7,84 кмоль
N03(N2+H2) = 392,02-7,84 = 384,18 кмоль
H2:N2 = 3:1
N03N2 = 384,18*0,25 = 96,05 кмоль
N03H2 = 384,18*0,75 = 288,14 кмоль
mCH4 = 7,84*16 = 125,44 кг
mN2 = 96,05*28 = 2689,4 кг
mH2 = 288,14*2 = 576,28 кг
mABC =125,44+2689,4+576,28 = 3391,12 кг
2. Расход.
Танковые газы.
N402 = X9 = 4,36 кмоль
N402NH3 = 0,37*4,36 = 1,61 кмоль
N402(N2+H2) = 4,36-1,61 = 2,75 кмоль
N402N2 = 2,75*0,25 = 0,6875 кмоль
N402H2 = 2,75*0,75 = 2,06 кмоль
mN2 = 0,6875*28 = 19,25 кг
mH2 = 2,06*2 = 4,12 кг
mNH3 = 1,61*17 = 27,37 кг
Отдувка.
N20 = X8 = 52,27 кмоль
N20CH4 = 52,27*0,15 = 7,84 кмоль
N20NH3 = 52,27*0,084 = 4,39 кмоль
N20(N2+H2) = 52,27*(1-0,15-0,084) = 40,04 кмоль
N20N2 = 40,04*0,25 = 10,01 кмоль
N20H2 = 40,04*0,75 = 30,03 кмоль
mN2 = 10,01*28 = 280,28 кг
mH2 = 30,03*2 = 60,06 кг
mNH3 = 4,39*17 = 74,63 кг
mCH4 = 7,84*16 = 125,44 кг
Таблица 5. Материальный баланс химико-технологической системы синтеза аммиака на базис расчета 2800 кг NH3(ж).
-
Приход
Расход
Статья прихода
Масса, кг
%
Статья расхода
Масса, кг
%
АВС:
N2
H2
СH4
H2
3391,12
2689,4
576,28
125,44
100
79,31
16,99
3,7
NH3(ж)
Продувочные газы:
N2
H2
СH4
NH3(газ)
Танковые газы:
N2
H2
NH3(газ)
2800
280,28
60,06
125,44
74,63
19,25
4,12
27,37
82,57
8,27
1,77
3,7
2,2
0,56
0,12
0,81
Всего:
3391,12
100
Всего:
3391,12
100
Невязка
-0,03
0,0009