化工過(guò)程分析與合成大作業(yè)論文

1、化工分析與合成大作業(yè)合成氨反應(yīng)流程的模擬與優(yōu)化 小組成員：化工1012，王敬堯，馬騫 化工1010，崔淑敏，張冉小組成員分工：張冉，崔淑敏負(fù)責(zé)查資料 馬騫負(fù)責(zé)建模以及論文的撰寫 王敬堯負(fù)責(zé)建模和編程摘要31.緒論41.1 我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展41.2 國(guó)際合成氨工業(yè)的發(fā)展41.3 世界合成氨工業(yè)能耗綜述51.4 合成氨生產(chǎn)的典型流程61.5 影響合成塔性能的因素72 合成氨工藝的簡(jiǎn)化模擬過(guò)程82.1 簡(jiǎn)化工藝流程圖82.2 單元模塊的建立82.2.1 氣體混合計(jì)算92.2.2 氨合成器計(jì)算93. 模擬計(jì)算123.1 計(jì)算流程123.2 計(jì)算結(jié)果144. 寫在最后14附錄17摘要氨是一種重要的化

2、工原料，它在農(nóng)業(yè)、工業(yè)、國(guó)防、醫(yī)藥、冶金等方面有著重要用途，同時(shí)對(duì)我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有重要的作用。合成氨工業(yè)是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)之一，其產(chǎn)量居各種化工產(chǎn)品的首位。氨合成塔是合成氨廠生產(chǎn)過(guò)程中的關(guān)鍵設(shè)備，其性能盡管主要取決于合成塔內(nèi)件的結(jié)構(gòu)，但其操作性能的好壞直接影響原料氣和動(dòng)力消耗的高低及設(shè)備性能的發(fā)揮。本文采用一維擬均相數(shù)學(xué)模型，即認(rèn)為反應(yīng)氣體以活塞流通過(guò)催化床層，不存在徑向流速分布和軸向流體的返混，將催化劑的中毒、衰老、還原等因素合并成校正系數(shù)，并且對(duì)反應(yīng)器內(nèi)催化劑床層建立了簡(jiǎn)化模型，并在此基礎(chǔ)上對(duì)該塔的操作工況進(jìn)行優(yōu)化。要闡明一維擬均相模型原理建模過(guò)程及求解模型所需的各種基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的求取方法，

3、同時(shí)運(yùn)用matlab語(yǔ)言對(duì)一維擬均相模型進(jìn)行模擬計(jì)算，確立最有回流氣中的氫氮比。關(guān)鍵詞： 數(shù)學(xué)模型 氨合成塔 模擬 操作優(yōu)化1.緒論1.1 我國(guó)合成氨工業(yè)的發(fā)展中國(guó)合成氨生產(chǎn)是在20世紀(jì)30年代開始的1，經(jīng)過(guò)幾十年的努力，我國(guó)已擁有多種原料、不同流程的大、中、小型合成氨廠1000多個(gè)1999年總產(chǎn)量為3452mt氨，居世界第一。我國(guó)的合成氨工業(yè)的發(fā)展可以分為如下幾個(gè)階段：恢復(fù)和新建中型氨廠、小型氨廠的發(fā)展、大型氨廠的崛起。至今32套引進(jìn)裝置中，原料為天然氣、油田氣的17套，石腦油5套、榨油7套，煤2套和尤里卡瀝青1套，加上上海吳涇，成都的兩套國(guó)產(chǎn)化裝置，合成氨總能力為1022mt2。目前我國(guó)正

4、大力推廣先進(jìn)合成氨技術(shù)和裝置的國(guó)產(chǎn)化，積極開展熱能回收利用，降低合成氨能耗，優(yōu)化合成氨原料結(jié)構(gòu)，合理布局，調(diào)整經(jīng)濟(jì)規(guī)模。我國(guó)百萬(wàn)合成氨工業(yè)科技工作者及生產(chǎn)大軍，應(yīng)對(duì)占世界人口近14的中國(guó)，應(yīng)用科學(xué)技術(shù)更好地發(fā)揮土地、資源、環(huán)境條件的作用，為人類豐衣足食、綠化環(huán)境的美好生活， 在合成氨工業(yè)生產(chǎn)科學(xué)創(chuàng)造出輝煌業(yè)績(jī)，以載入人類史冊(cè)。1.2 國(guó)際合成氨工業(yè)的發(fā)展3,4,5,6,7自本世紀(jì)20年代第一座合成氨裝置投產(chǎn)以來(lái)，到60年代中期，合成氨工業(yè)在歐洲、美國(guó)、日本等地區(qū)已發(fā)展到相當(dāng)高的技術(shù)水平。美國(guó)kellogg公司首先開發(fā)出以天然氣為原料、日產(chǎn)干噸的大型合成氨裝置，在美國(guó)投產(chǎn)后，使噸氨能耗達(dá)到420

5、gj的先進(jìn)水平。與此同時(shí)，美國(guó)braun公司、丹麥topsoe公司、英國(guó)ici公司、日本royo公司等世界各大制氨公司，也都積極從事制氨技術(shù)的開發(fā)工作，形成了與kellogg公司工藝各具特色的工藝路線，如丹麥topsoe公司和英國(guó)ici公司在以輕油為原料的制氨技術(shù)方面，處于世界領(lǐng)先地位，這是合成氨工業(yè)發(fā)展史上第一次技術(shù)變革和飛躍。70年代中期，由于世界石油危機(jī)，能源價(jià)格不斷上漲，嚴(yán)重沖擊著世界石油危機(jī)，能源價(jià)格不斷上漲，嚴(yán)重沖擊著會(huì)成氨工業(yè)，造成成本上升、經(jīng)濟(jì)效益下降，在這種嚴(yán)峻的形勢(shì)下，世界上各合成氨大公司都以節(jié)能為目標(biāo)，競(jìng)相開發(fā)出各具特色的節(jié)能型新工藝流程，合成氨工業(yè)在80年代又經(jīng)歷了第二

6、次突破性的技術(shù)變革。如美國(guó)kellogg公司、braun公司、kti公司、丹麥topsoe公司、英國(guó)ici公司、德國(guó)uhde公司、意大利montedson公司等都積極開發(fā)新流程及與新流程相適應(yīng)的高效催化劑和新設(shè)備，借以提高制氨技術(shù)在世界上的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)，還積極采用新技術(shù)改造老裝置，擴(kuò)大原料來(lái)源，發(fā)展重油氣化、煤氣化技術(shù)，形成了合成氨生產(chǎn)技術(shù)的新特點(diǎn)。在80年代，合成氨裝置的總能耗：以天然氣為原料、采用蒸汽轉(zhuǎn)化新工藝的噸氨能耗最低達(dá)到28gj左右；以重油為原料、采用部分氧化新技術(shù)的噸氨能耗最低達(dá)到38gj左右；以煤為原料采用部分氧化工藝的噸氨能耗最低達(dá)到48gj左右。近幾年，合成氨裝置專利商在

7、繼續(xù)開發(fā)節(jié)能型新技術(shù)、新設(shè)備、新催化劑的同時(shí)，又在裝置操作靈活性、生產(chǎn)可靠性、節(jié)省投資上取得了新進(jìn)展，在用新技術(shù)改造舊裝置擴(kuò)大生產(chǎn)能力、提高裝置運(yùn)轉(zhuǎn)效率、降低能耗方面也在不斷努力開拓。迄今為止，kellogg建的大型氨廠共有150多個(gè)，占世界生產(chǎn)能力的30以上。最近幾年，kellogg又開發(fā)出以先進(jìn)合成氨工藝（kellogg advanced ammonia process，簡(jiǎn)稱kaap)和轉(zhuǎn)化換熱系統(tǒng)(kellogg reforming exchanger system，簡(jiǎn)稱kres)為代表的第二代合成氨工藝，被評(píng)價(jià)為合成氨工藝的重大突破。kellogg于60年代初期在密西西比河建成新的合成

8、氨廠，對(duì)原技術(shù)進(jìn)行了改進(jìn)，提高了產(chǎn)品質(zhì)量，噸氨能耗降低到2919gj。但由于催化劑要求對(duì)設(shè)計(jì)的限制，開發(fā)低溫低壓下高活性的催化劑就成為一個(gè)十分重要的問題，kellogg便從這里著手改進(jìn)工藝。英國(guó)石油公司(bp)于1977年向kellogg提供了一種新型氨催化劑體系，兩公司在1979年進(jìn)行初次接觸，主要討論了催化劑對(duì)合成氨生產(chǎn)的影響，簽訂一項(xiàng)聯(lián)合開發(fā)新型不含鐵的釕基催化劑合同，由bp公司負(fù)責(zé)新催化劑開發(fā)。kellogg公司負(fù)責(zé)與萁霞褰的低能耗翕成氨工藝開發(fā)。1.3 世界合成氨工業(yè)能耗綜述合成氨生產(chǎn)能耗大體上可隊(duì)分為兩大部分，即原料能耗和燃料能耗。加熱用燃料、蒸汽、循環(huán)冷卻水及機(jī)泵所耗動(dòng)力等屬于燃

9、料能耗范疇。1997年全國(guó)大型合成氨平均綜合能耗為3232gj/t，1998年平均為3945gj/t，略有上升，主要是新裝置運(yùn)行不夠穩(wěn)定，消耗偏高，而16個(gè)老廠的合成氨綜合能耗均保持下降趨勢(shì)，1997年平均為3873gj/t，同比下降059gj/t，1998年降到3853gj/t。1995年garl fonk等人在美國(guó)開展了一項(xiàng)全國(guó)性合成氨廠的調(diào)查，接受調(diào)查的氨廠半數(shù)建于1980年以前，結(jié)果表明幾乎所有的氨廠自1990年以來(lái)都進(jìn)行過(guò)重大改造。七十年代我國(guó)倔起的大型合成氨工業(yè)，至今方興未艾。己經(jīng)投產(chǎn)的工廠不但在掌握技術(shù)方面各有所長(zhǎng)，而且都毫不例外地實(shí)施過(guò)技術(shù)改進(jìn)。在中國(guó)大型合成氨工業(yè)中，特別是早

10、期投產(chǎn)的企業(yè)中，沒有任何一家工廠保持著初期建設(shè)的原貌。1.4 合成氨生產(chǎn)的典型流程8 圖1.1 以焦炭(無(wú)煙煤)為原料的制氨流程 圖1.2 以天然氣為原料的制氨流程 圖1.3 以重油為原料的制氨流程上圖1.1是以焦炭(無(wú)煙煤)為原料的流程，20世紀(jì)50年代以前，世界上大多數(shù)合成氨廠采用哈伯一博施法流程(示意流程圖如圖11所示)，以焦炭為原料的噸氨能耗為88gj，比理論能耗高4倍多。中國(guó)在哈伯一博施流程基礎(chǔ)上于20世紀(jì)50年代束、60年代初開發(fā)了碳化工藝和三催化劑凈化流程。碳化工藝流程將加壓水洗改用氨水脫除c02，碳化同時(shí)得到的碳酸氫銨，經(jīng)結(jié)晶、分離后作為產(chǎn)品。所以，流程的特點(diǎn)是氣體凈化與氨加工

11、結(jié)合起來(lái)。催化劑凈化流程采用脫硫、低溫變換及甲烷化三種催化劑來(lái)凈化氣體，以代替?zhèn)鹘y(tǒng)的銅氨液洗滌工藝。上圖1.2是以天然氣原料的流程，此流程適用于天然氣或油田氣、煉廠氣等氣體燃料，稍加改進(jìn)也適用于石腦油為原料。流程中使用了七、八種催化劑，這些不同類型催化劑的應(yīng)用，又要求有高度化度的氣體凈化技術(shù)配合。上圖1.3是以重油為原料的流程，此流程采用部分氧化法造氣。因回收高熱量方式不同，又分為：a德土古冷激流程，采用先耐硫變換后甩甲醇洗同時(shí)脫硫、脫碳；b謝爾廢熱鍋爐流程，采用先脫硫，常規(guī)變換之后再脫co2。1.5 影響合成塔性能的因素9,10,11合成氨反應(yīng)必須在有催化劑的條件下才能進(jìn)行，合成塔性能就體現(xiàn)

12、在催化劑的性能是否充分發(fā)揮出來(lái)。影響合成塔性能有以下因素：(1)溫度溫度對(duì)反應(yīng)速度和平衡都有影響溫度增加時(shí)反應(yīng)速度加快，但平衡氨濃度下降。如果可能，應(yīng)盡量降低溫度，以有利于平衡。催化劑只有在一定溫度范圍內(nèi)才顯示出活性，合成氨鐵觸媒活性最佳溫度在400500范圍(低活性或舊觸媒最低起燃溫度370)，所以在催化劑活性范圍內(nèi)控制溫度，對(duì)于放熱反應(yīng)既要考慮反應(yīng)平衡，又要考慮反應(yīng)速度。反應(yīng)初期，主要是考慮如何提高反應(yīng)速度，故可將溫度控制稍高一些。但在反應(yīng)后期，則主要考慮如何提高反應(yīng)平衡氨濃度，此時(shí)應(yīng)將溫度控制稍低一些。合成氨反應(yīng)是放熱反應(yīng)，如果反應(yīng)熱不及時(shí)取走，則催化劑床層溫度將隨反應(yīng)的進(jìn)行而不斷上升，

13、當(dāng)高于570時(shí)，催化劑將很快喪失其活性。(2)壓力壓力對(duì)平衡和反應(yīng)速度都有影響。壓力增加時(shí)，平衡氨濃度積反應(yīng)速度都增加，這二者都有利于轉(zhuǎn)化率的提高。且壓力越高，對(duì)產(chǎn)品氨的分離也有利。當(dāng)放空量恒定時(shí)，促使壓力上升的因素是新鮮氣量增加、循環(huán)氣量減少等。(3)空速反應(yīng)器的進(jìn)料氣量是新鮮氣與循環(huán)氣之和，其變化將影響接觸時(shí)間和轉(zhuǎn)化率，因此也就影響氨產(chǎn)量。一般來(lái)說(shuō)，提高空速，通過(guò)催化劑床層的氣體量增加了，可以提高氨產(chǎn)量。未反應(yīng)的氫氮?dú)?，?jīng)過(guò)循環(huán)又回到合成塔，最終將全部反應(yīng)合成氨(弛放氣帶出的除外)。如果進(jìn)塔氣量減少，則接觸時(shí)間增長(zhǎng)，而轉(zhuǎn)化率相應(yīng)提高，出口氨濃度也隨之增加。(4)氫氮比根據(jù)合成氨催化劑的動(dòng)力

14、學(xué)實(shí)驗(yàn)，進(jìn)塔氣的氫氮比在于2.5:1至3:1的范圍最有利于轉(zhuǎn)化，其合成氨反應(yīng)的速度最快，改變氫氮比的主要手段是新鮮氣的成份。(5)進(jìn)口氨含量進(jìn)口氨含量進(jìn)口的選定，涉及到冷凍功耗和循環(huán)功，也涉及到氨合成塔和氨分離裝置投資的權(quán)衡。氨冷級(jí)數(shù)與氨合成壓力有關(guān)。在10一15mpa時(shí)，合成氨可用二級(jí)或三級(jí)氨冷，進(jìn)塔氨含量為2左右。(6)惰氣進(jìn)入合成塔惰氣一般指甲烷及氬氣。它們對(duì)催化劑不是毒物，也不參與反應(yīng)，但它的存在降低了氫和氮?dú)獾姆謮?，?duì)反應(yīng)速度和平衡均不利，而且浪費(fèi)循環(huán)功。為了保持惰性氣體含量不致太高，需要把回路氣體放出一部分，稱為弛放氣。通常，新鮮氣中含有的惰性氣體為11.5，與循環(huán)氣混合后，保持入

15、塔惰氣含量在1315，弛放氣量約為新鮮氣量的10左右。2 合成氨工藝的簡(jiǎn)化模擬過(guò)程2.1 簡(jiǎn)化工藝流程圖 我們只對(duì)合成氨的油分離器，合成塔，以及冷凝器進(jìn)行了模擬，股流程圖只畫出了這幾個(gè)設(shè)備。冷凝器合成塔油分離器放空2.2 單元模塊的建立 本文將氨合成回路切斷成鏈，并編制單元計(jì)算模塊進(jìn)行計(jì)算。 圖2.1 模擬計(jì)算過(guò)程流程圖2.2.1 氣體混合計(jì)算12上列各式中, n、y、x 分別表示流量、氣相和液相組成；小角第一個(gè)數(shù)字表示物流序號(hào)，第二個(gè)數(shù)字表示組分；i=1,2,3,4,5，分別表示組分h2、n2、nh3、ch4、ar。2.2.2 氨合成器計(jì)算2.2.2.1 一維擬均相數(shù)學(xué)模型的假設(shè)為了使數(shù)學(xué)模

16、型不致太復(fù)雜，但又不失其真實(shí)性，在建立模型時(shí)作了部分簡(jiǎn)化或假設(shè)：(1)忽略了直徑方向上的溫度梯度和濃度梯度。(2)催化劑層內(nèi)流型屬理想置換，不計(jì)縱向擴(kuò)散及傳熱，同截面上流速均勻。(3)外擴(kuò)散影響忽略不計(jì)，因而氣相溫度與濃度和催化劑外表面溫度、濃度相同。(4)化學(xué)動(dòng)力學(xué)符合捷母金方程，并取a=05。(5)內(nèi)擴(kuò)散影響不作詳細(xì)計(jì)算，內(nèi)表面利用率連同上述所有簡(jiǎn)化假定引起的一系列與實(shí)際的偏差，暫時(shí)用一修正系數(shù)“cor”來(lái)表示，以加以彌補(bǔ)，因此cor的大小在某種意義上可看作是催化劑宏觀活性相對(duì)值的表征，即稱之為催化劑的活性系數(shù)。本文中的cor取自文獻(xiàn)中的數(shù)值，取cor=0.552.2.2.2.2 一維擬均

17、相數(shù)學(xué)模型的建立對(duì)合成氨反應(yīng)做物料衡算13，則有， （2.1）在鐵系催化劑上氨合成反應(yīng)動(dòng)力學(xué)方程可用焦姆金方程表示，方程經(jīng)轉(zhuǎn)換后，可得： （2.2）式中： 可設(shè)軸向固定床反應(yīng)器的外徑為，內(nèi)徑為，高度為h，且流體分布均勻，流動(dòng)中沒有溝流和短路。在催化床從外半徑l到l+dl之間取一個(gè)dl圓柱狀的微元，相應(yīng)微元體積為。在此微元體積中，用單位催化劑體積表示的本征動(dòng)力學(xué)方程式如下式，并將和式(2.1)式代入其中可得： （2.3）對(duì)此微元作關(guān)鍵組分的物料衡算，可得： （2.4）將式（2.1）（2.2）代入（2.3）可得： （2.5）式中，2.2.2.3 動(dòng)力學(xué)參數(shù)的求取本文采用文獻(xiàn)14所給的動(dòng)力學(xué)參數(shù)。a

18、110型催化劑在10-15mpa下的動(dòng)力學(xué)參數(shù)為：2.2.2.4 氨的物料衡算15將入塔氣體組成化為氨分解基氣體組成： 氡含量為時(shí)瞬時(shí)氣體組成：2.2.2.5 氨合成的平衡常數(shù) 高壓下由于真實(shí)氣體的性質(zhì)，平衡常數(shù)可表示為： 氫、氮、氨的逸度系數(shù)，可按貝蒂-布里奇曼狀態(tài)方程16計(jì)算： 式中，p壓力，mpa； r0.008315； t溫度，k。 表2-1 各組分系數(shù)的值組分iaoiboicih20.020010.020960.0504*104n20.136230.050464.20*104nh30.242470.03415476.87*104ch40.23071ar0.13078根據(jù)文獻(xiàn)的數(shù)值，整

19、理得到該模擬流程下的kp與溫度壓力下的經(jīng)驗(yàn)關(guān)聯(lián)式：3. 模擬計(jì)算3.1 計(jì)算流程 本文將合成氨反應(yīng)器簡(jiǎn)化為只有一層催化劑床層的反應(yīng)器,床層高度定為1.143米，操作壓力為15mpa，入塔器組成為=0.02，=0.6127，=0.2169，=0.0926，=0.0578.當(dāng)合成塔填a110催化劑時(shí)，對(duì)氣體組成隨床層高度的變化進(jìn)行模擬計(jì)算，其計(jì)算框圖如下：設(shè)定進(jìn)口原料氣流量n1，組成y1;并設(shè)定回流處斷裂流量n4和組成y4為零打印液氨產(chǎn)量n5和組成y5調(diào)用氨合成塔程序,利用四階龍格庫(kù)塔法解nh3濃度隨塔高變化微分方程，求出反應(yīng)器出口的n3,y3將誤差小于1的結(jié)果再設(shè)為初值，再迭代10萬(wàn)次至誤差小于

20、e-3調(diào)用混合單元程序計(jì)算n1,n4混合后的n2,y2調(diào)用分離器程序計(jì)算液氨組成y5，產(chǎn)量n5和分離器出口氣體的流量n4和組成y4,先試迭代100次看誤差大小，若太大，則將計(jì)算結(jié)果設(shè)為新的初值，不斷調(diào)整重設(shè)初值，迭代至誤差小于1去除放空量，求出最終的回流組成n4和組成y4注：將分離器看作理想分離器處理，即氨氣全部冷凝，回流和放空的氣體中不含氨氣。對(duì)循環(huán)氣按文獻(xiàn)比例1712.5/827.1=0.0151進(jìn)行放空，則放空氣n6=n4*0.0151。3.2 計(jì)算結(jié)果表3-1 反應(yīng)器進(jìn)出口物流信息組分反應(yīng)器入口反應(yīng)器出口放空前氣體回流氣體nh30.020.027500h20.61270.36630.3

21、7670.3767n20.21690.17380.17870.1787ch40.09260.37820.38890.3889ar0.05780.05420.05570.0557流量kmol/s4.529369.142067.238666.2224通過(guò)上面的表格，我們可以看出放空對(duì)于反應(yīng)器nh3的出口濃度至關(guān)重要，我們采用強(qiáng)制手段使回流氣體中h2與n2濃度之比為文獻(xiàn)中提供的數(shù)值時(shí)，反應(yīng)器的出口濃度較之前更加合理。我們猜想，當(dāng)回流氣中的氫氮比為2.8時(shí)，反應(yīng)器出口氨氣的濃度最大。但是通過(guò)編程計(jì)算，效果并不是很理想，可能是我們的算法有問題，但是我們的水平實(shí)在有限，編不出更好的算法了。放空氣體對(duì)于氨合

22、成工藝來(lái)說(shuō)是很關(guān)鍵的一部。我們小組的成員通過(guò)查閱文獻(xiàn)后認(rèn)為，可以先對(duì)冷凝器出口的氣體進(jìn)行氫提純，比如說(shuō)用膜提氫法，使得氫氮比接近某個(gè)最佳數(shù)值，然后再與原料氣混合送入反應(yīng)器，所得到的出口濃度與產(chǎn)量最高。因?yàn)槲覀兯龅哪Ｐ捅容^簡(jiǎn)化，所以對(duì)實(shí)際情況的模擬不是百分百準(zhǔn)確的，但是我們認(rèn)為我們的猜想有一定的實(shí)際價(jià)值。4. 寫在最后以上便是我們小組的大作業(yè)成果展示，雖然做的不是很精美，但是這真是我們幾個(gè)花了不少心血做出來(lái)的成果。王敬堯同學(xué)為了解方程，自學(xué)了matlab，但是我們用到的方程對(duì)于一個(gè)初學(xué)者來(lái)說(shuō)還是很有挑戰(zhàn)的，我都記不清他有多少個(gè)晚上熬夜到一兩點(diǎn)了，為了調(diào)試一段程序也不知道來(lái)來(lái)回回運(yùn)行了多少次，他

23、說(shuō)，不管結(jié)果怎么樣，這個(gè)大作業(yè)我沒有白做。是的，我們幾個(gè)都沒有白做，我之前一看文獻(xiàn)就犯暈，這次大作業(yè)我分到了建模的任務(wù)，對(duì)著電腦一看文獻(xiàn)就是一天，也常常是累的眼發(fā)花，但是當(dāng)我把模型簡(jiǎn)化到不能在簡(jiǎn)化，拿給敬堯同學(xué)編程的時(shí)候還是頗有成就感的。從查資料，建模，再到編程，我們幾個(gè)一氣呵成，著實(shí)讓我們幾個(gè)體會(huì)到了什么是team work.總之，這次大作業(yè)讓我們四個(gè)不僅實(shí)踐了課本上的知識(shí)，還讓我們學(xué)到了與這門課相關(guān)的各種知識(shí)。 王敬堯有話說(shuō)：作為本組唯一的男生，擔(dān)當(dāng)起了編程任務(wù)。但是自己之前沒有學(xué)習(xí)使用過(guò)matlab，而且c語(yǔ)言也是一年半前學(xué)的，幾乎全都還給老師了。為了順利完成大作業(yè)，首先是每天4個(gè)小時(shí)，

24、用了一周的時(shí)間將matlab與化工計(jì)算自學(xué)一遍。所以，這次大作業(yè)第一大收獲是自己熟練掌握了matlab在數(shù)值計(jì)算方面的應(yīng)用。在做完了那本書上所有例題后，頓時(shí)感覺信心滿滿，于是拿著數(shù)學(xué)模型開始編程，幾個(gè)小時(shí)之后，100多行的程序就編完了。卻發(fā)現(xiàn)最困難的不在于編程，而在于調(diào)試，最困難的不在調(diào)試，而在于對(duì)數(shù)學(xué)模型的物理詮釋，而這其中參數(shù)的設(shè)定，尤其是初值的選擇往往是決定性的。只是編好程序，卻忽視其中各個(gè)變量的物理意義，往往會(huì)產(chǎn)生一些貽笑大方的結(jié)果。這也是我的第二大收獲。比如在調(diào)試解決完所有bug之后，本以為大功告成，卻發(fā)現(xiàn)反應(yīng)器輸出的濃度居然出現(xiàn)了負(fù)數(shù)，經(jīng)過(guò)小組討論，反復(fù)調(diào)試，終于發(fā)現(xiàn)是由于反應(yīng)溫度

25、設(shè)定的太低了，沒有對(duì)方程各個(gè)物理量的理解，是無(wú)法解決這一問題的。后來(lái)又發(fā)現(xiàn)用序貫?zāi)K法進(jìn)行迭代時(shí)收斂很慢，回流量巨大，與文獻(xiàn)參考值相距甚遠(yuǎn)。經(jīng)過(guò)分析論證，我發(fā)現(xiàn)是流程設(shè)計(jì)出現(xiàn)問題，沒有設(shè)定放空環(huán)節(jié)。然后又重新修改了流程，再迭代時(shí)終于得到了和文獻(xiàn)值相近的結(jié)果。雖然之前我只管編程，不參與建模，但經(jīng)過(guò)調(diào)試程序后，我也對(duì)模型提出了很多必要的改動(dòng)，也閱讀了許多文獻(xiàn)，了解了整個(gè)流程。這也是第三大收獲，編程的同時(shí)也必須對(duì)模型有很好的理解。參考文獻(xiàn)1. 沈浚，朱世勇等，合成氨m化學(xué)工業(yè)出版社2001：773-7752. ullmanns encyclopedia of industrial chemistry

26、 .5th edition.vol.a2.vch verlagsgesellschaft mbh 1 985 1433. 張劍峰譯氨合成釘催化劑首次實(shí)現(xiàn)工業(yè)化m化工科技動(dòng)態(tài)1993，9(12)：3532564.catalysts for fertilizer productionfertilizer intemational，1993，(319)：39-4245.catalysts for ammonia manufacturefertilizer internatinoal，1994，(329)：32-4056.凱洛格開發(fā)出第二代合成氨裝置j氮肥設(shè)計(jì)199533(3)：226-2327.榮德

27、顯國(guó)外氨合成催化劑技術(shù)進(jìn)展j.石油化工動(dòng)態(tài),1994,2(4)：21268.陳五平.無(wú)機(jī)化工工藝學(xué)m北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2002，6-119.赤天化生產(chǎn)技術(shù)處j合成氨工藝操作手冊(cè)1998(第二版)12513410.李向東氨合成塔的工藝特點(diǎn)及溫度控制j大氮肥，1996,19(2)：949811.gary l.fonk re. 合成氨廠操作中控制問題探討j美國(guó)化學(xué)工程師學(xué)會(huì)第42屆氨廠安全年會(huì)論文集c，北京：化學(xué)工業(yè)出版社1997：321-32912.蔣柏泉.氨合成回路物料平衡的快速計(jì)算j.化肥設(shè)計(jì)，2001,39:14-16.13.朱炳辰無(wú)機(jī)化工反應(yīng)工程m上海：化學(xué)工業(yè)出版社1981：345-

28、35214.illespie ljbeattie japhysrev193036：100815.蔣柏泉.氨合成回路物料平衡的快速計(jì)算j.化肥設(shè)計(jì)，2001,39:14-16.16.beaaie j.a. bridgeman o.c.j.amchemsoc1928,50:31-3317.梅安華.小型合成氨廠工藝技術(shù)與設(shè)計(jì)手冊(cè).化學(xué)工業(yè)出版社.1995:311.附錄%氨合成主工藝流程流程計(jì)算%clcclear;n1=16305.6/3600; %s1的流量,kmol/ssyms n; %氫氮比n=2.82480405716920;y1(1)=0.02; %s1上氨氣的濃度y1(3)=0.2169;

29、 %s1上氮?dú)獾臐舛葃1(2)=y1(3)*n; %s1上氫氣的濃度y1(4)=0.0926; %ch4y1(5)=0.0578; %arn9=66.2224 - 1.7129i; %s4初始流量n90=n9;y9(1)=0;y9(2)=0.3767 - 0.0384i;y9(3)=0.1787 - 0.0065i;y9(4)=0.3889 + 0.0439i ;y9(5)=0.0557 + 0.0010i;%y2(1) y2(2) y2(3) y2(4) y2(5) n2=f1(y1(1),y1(2),y1(3),y1(4),y1(5),y4(1),y4(2),y4(3),y4(4),y4(

30、5),n1,n4); %混合點(diǎn)1物料衡算y2 n2=f1(y1,y9,n1,n9);y3 n3=f2(y2,n2); %反應(yīng)器計(jì)算y4 n4 y5 n5=f3(y3,n2,n3); %分離器器計(jì)算y9 n9 y10 n10 y6 n6 y7 n7 y8 n8=f4(y4,n4) err=abs(n9-n90);k=0;err=1;while(kerr& k50) k=k+1; fun=0; fx=forigin(a0,y3(1),y3(1),y3(1),y3(1),y3(1),k(1),k(2),k(3),k(4),k(5); df=fnext(a0,y3(1),y3(1),y3(1),y3(

31、1),y3(1),k(1),k(2),k(3),k(4),k(5); a1=a0-(fx/df); e=abs(a1-a0); %disp(a0); a0=a1; end %a=0.1;a=a0;disp(hi);disp(a);disp(hover);n4=n3/(1+a); n5=n3-n4; for(i=1:size(y3,2) y4(i)=n3*(y3(i)*k(i)/(a+k(i)/n4; y5(i)=n3*(y3(i)/(a+k(i)/n4;end %disp(help:); %disp(y4(1);% disp(y4(2); % disp(y4(3); % disp(y4(4);

32、 % disp(y4(5); %disp(over);n4=n3/(1+a);n5=n3-n4;y4(1)=n3*(y3(1)*k(1)/(a+k(1)/n4; %disp(y41);%disp(y4(1);y4(2)=n3*(y3(2)*k(1)/(a+k(2)/n4;y4(3)=n3*(y3(3)*k(1)/(a+k(3)/n4;y4(4)=n3*(y3(4)*k(1)/(a+k(3)/n4;y4(5)=n3*(y3(5)*k(1)/(a+k(3)/n4;y5(1)=n3*(y3(1)/(a+k(1)/n4;y5(2)=n3*(y3(2)/(a+k(2)/n4;y5(3)=n3*(y3(3)/(a+k(3)/n4;y5(4)=n3*(y3(4)/(a+k(3)/n4;y5(5)=n3*(y3(5)/(a+k(3)/n4;function fun=forigin(a,y31,y32,y33,y34,y35,k1,k2,k3,k4,k5); fun=y31*(1-k1)/(a+k1)+y32*(1-k2)/(a+k2)+y33*(1-k3)/(a+k3)+y34*(1-k4)/(a+k4)+y35*(1