参考文献
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17.梅安华.小型合成氨厂工艺技术与设计手册.化学工业出版社.1995:311.
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附录
%%%%%氨合成主工艺流程流程计算%%%%%%%%% clc clear;
N1=16305.6/3600; %S1的流量,kmol/s syms n; %氢氮比 n=2.82480405716920;
y1(1)=0.02; %S1上氨气的浓度 y1(3)=0.2169; %S1上氮气的浓度 y1(2)=y1(3)*n; %S1上氢气的浓度 y1(4)=0.0926; %CH4 y1(5)=0.0578; %Ar
N9=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(5),N1,N4); %混合点1物料衡算
[y2 N2]=f1(y1,y9,N1,N9);
[y3 N3]=f2(y2,N2); %反应器计算
[y4 N4 y5 N5]=f3(y3,N2,N3); %分离器器计算 [y9 N9 y10 N10 y6 N6 y7 N7 y8 N8]=f4(y4,N4)
err=abs(N9-N90); k=0; err=1;
while(k<100)
N9=(N9+N90)/2; %[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(5),N1,N4); %混合点1物料衡算
[y2 N2]=f1(y1,y4,N1,N4); %精简程序 [y3 N3]=f2(y2,N2);
[y4 N4 y5 N5]=f3(y3,N2,N3);
[y9 N9 y10 N10 y6 N6 y7 N7 y8 N8]=f4(y4,N4);
err=abs(N9-N90); k=k+1;
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end
disp('err'); %输出误差 disp(err);
disp('断裂处回流量kmol/s'); %回流量 disp(N9)
disp('y9'); %回流组成 disp(y9)
disp('液氨产量kg/h'); %输出液氨含量 mol/s N5=N5*3600*17; disp(N5);
disp('液氨组成'); %液氨组成 disp(y5);
%混合点物料衡算
function [y2 N2]=f1(y1,y4,N1,N4)
N2=N1+N4; y2(1)=(N4*y4(1)+N1*y1(1))/N2; y2(2)=(N4*y4(2)+N1*y1(2))/N2; y2(3)=(N4*y4(3)+N1*y1(3))/N2; y2(4)=(N4*y4(4)+N1*y1(4))/N2; y2(5)=(N4*y4(5)+N1*y1(5))/N2; disp('y2'); disp(y2)
%反应器衡算
function [y3 N3]=f2(y2,N2)
%y=0.02; y=y2(1); disp('y'); disp(y);
R=0.008314; s=6.45; cor=0.552; n0=N2;
alpha=12.56*10^(-5); c=3.02935; p=15;
d2=(y2(2)+1.5*y2(1))/(1+y2(1)); d3=(y2(3)+0.5*y2(1))/(1+y2(1)); d4=y2(4)/(1+y2(1)); d5=y2(5)/(1+y2(5)); %disp('d'); %disp(d2);
%定义氨的瞬时含量 %将塔入口气转化成氨分解基气体 %1:NH3 2:H2 3:N2 4:CH4 5:Ar 18
%disp(d3); %disp(d4); %disp(d5);
yb=d2*(1+y)-1.5*y; %H2,各组分的瞬时含量 yc=d3*(1+y)-0.5*y; %N2 yd=d4*(1+y); %CH4 yAr=d5*(1+y); %Ar
T=604; % 0.0200 0.6127 0.2169 0.0926 0.0578
kp=10^(2074.8/384-2.4993*log10(384)+alpha+1.856*10^-7*384^2+c); kt=1.0346*10^13*exp(-171420/(8.314*T)); Ao1=0.24247;Bo1=0.03415;C1=476.87*10^4; Ao2=0.02001;Bo2=0.02096;C2=0.0504*10^4; Ao3=0.13623;Bo3=0.05046;C3=4.20*10^4; %y4=0.23071;y5=0.13078;
sum=y*Ao1^0.5+yb*Ao2^0.5+yc*Ao3^0.5;
phi1=exp((((Bo1-Ao1/R/T-C1/T^3)+(Ao1^0.5-sum)^2/R/T)*p)/R/T); %计算气体的逸度因子
phi2=exp((((Bo2-Ao2/R/T-C1/T^3)+(Ao2^0.5-sum)^2/R/T)*p)/R/T); phi3=exp((((Bo3-Ao3/R/T-C1/T^3)+(Ao3^0.5-sum)^2/R/T)*p)/R/T);
F1=p*y*phi1; %计算气体的逸度
F2=p*yb*phi2; F3=p*yc*phi3;
Kq=F1/(F3^0.5*F2^1.5); Kf=kp*Kq;
FA=Kf^2*F3*F2^1.5/F1-F1/F2^1.5; disp('FA'); disp(FA);
%%%%%%四阶龙格库塔法解常微分方程求解反应生成的氨气的含量%%%%%% l=1.143;
[l,y]=ode45(@Equation,[0,1.143],0.02,[],s,cor,n0,kt,p,phi1,kp,phi2,phi3,d2,d3); y3(1)=y(41);
y3(2)=d2*(1+y(41))-1.5*y(41); %H2,出口各组分的瞬时含量 y3(3)=d3*(1+y(41))-0.5*y(41); %N2 y3(4)=d4*(1+y(41)); %CH4 y3(5)=d5*(1+y(41)); %Ar N3=n0/(1+y(41));
disp('反应器出口组成为'); disp(y3(1)); disp(y3(2)); disp(y3(3)); disp(y3(4)); disp(y3(5));
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disp(N3);
function dydl=Equation(l,y,s,cor,n0,kt,p,phi1,kp,phi2,phi3,d2,d3)
dydl=s*cor*(l+y)^2*kt*((kp*(p*y*phi1)/((p*(d2*(1+y)-1.5*y)*phi2)^1.5*
(p*(d3*(1+y)-0.5*y)*phi3)^0.5))^2*(p*(d3*(1+y)-0.5*y)*phi3)*(p*(d2*(1+y)-1.5*y)*phi2)^1.5/(p*y*phi1)-(p*y*phi1)/(p*(d2*(1+y)-1.5*y)*phi2)^1.5)/(22.4*n0);
%分离器衡算（牛顿迭代法解分离器出口组成，结果发散，程序或算法失败，原因不明） function [y4 N4 y5 N5]=f3(y3,N2,N3); syms A;
syms y31 y32 y33 y34 y35; syms k1 k2 k3 k4 k5; A0=0.1; fun=0;
K=[31.68,70663.7,80335.55,37601.78,39694.05];
%A=solve('y3(1)*(1-K(1))/(A+K(1))+y3(2)*(1-K(2))/(A+K(2))+y3(3)*(1-K(3))/(A+K(3))+y3(4)*
(1-K(4))/(A+K(4))+y3(5)*(1-K(5))/(A+K(5))=0','A'); fun=forigin(A,y31,y32,y33,y34,y35,k1,k2,k3,k4,k5); fun1=diff(fun,A); %fu1=@fun; %fu2=@fun1;
%sdisp(fun1);
?=3;err=1e-6;e=1; A1=3;err=1e-6;e=1; k=0;
while(e>err& k<50) 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(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;
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