李劍鋒

UniSim亞太區(qū)技術支持UniSimDesign氨合成塔模擬計算

UniSimDesign氨合成塔的模擬氨合成－反應熱力學模擬氨合成－反應動力學模擬氨合成塔的動力學模擬、傳熱與壓降計算基于反應動力學的氨合成塔的優(yōu)化計算氨合成塔的動態(tài)模擬與優(yōu)化控制UniSimDesign氨合成反應的熱力學氨合成反應的平衡常數(shù)不同溫度、壓力下Kp的數(shù)值在一般的手冊中都能查到。尼樂遜等人根據(jù)在1~100MPa下的試驗數(shù)據(jù)整理Kp與壓力、溫度的經(jīng)驗關系式為：式中a、c為不同壓力下系數(shù)，其值列于表26：表26在不同壓力下a、c值壓力MPa1.013.045.0710.1330.460.80101.3a

1050-3.4-12.56-12.56-12.56-108.56-268.33c1.9932.0212.0912.1132.2063.0594.473氨合成反應的平衡常數(shù)平衡常數(shù)的定義不同溫度、壓力下Kp的數(shù)值在一般的手冊中都能查到。尼樂遜等人根據(jù)在1~100MPa下的試驗數(shù)據(jù)整理Kp與壓力、溫度的經(jīng)驗關系式為Kf0，它由熱力學關系決定

UniSim平衡常數(shù)的計算方法經(jīng)驗關聯(lián)式溫度－平衡常數(shù)曲線由GIBBS自由能計算根據(jù)定義由逸度直接計算UniSim反應平衡常數(shù)的多種計算方式UniSim中組分逸度與逸度系數(shù)兩種氨合成反應的標準平衡常數(shù)Kf關聯(lián)式G-B關聯(lián)式H-K關聯(lián)式論文推薦使用G-B關聯(lián)式LogKp多項式系數(shù)到LnKp多項式系數(shù)的轉(zhuǎn)換文獻中提供的氨合成平衡常數(shù)Kp多項式大都是Log形式，如UniSim中，平衡常數(shù)多項式為Ln形式把原來多項式中的系數(shù)A,B,D,E均乘以Ln(10)即可得到UniSim多項式所需要的系數(shù)值,LogConverttoLninUniSimAA*Ln(10)BB*Ln(10)CCDD*Ln(10)EE*Ln(10)LogtoLn轉(zhuǎn)換程序平衡常數(shù)關聯(lián)式在平衡反應器中的應用UniSimDesign中有內(nèi)置的氨合成反應平衡常數(shù)關聯(lián)式應用關聯(lián)式算得的平衡常數(shù)與逸度算得的平衡常數(shù)相等對比結果大型合成氨廠工藝過程分析－P100應用GIBBS驗證平衡氨含量公式用逸度與逸度系數(shù)計算Kf,KyKp=Kf/Ky驗證結果：公式左邊＝右邊a．壓力和溫度的影響溫度越低，壓力越高，平衡常數(shù)Kp越大，平衡氨含量越高。

若總壓為p的混合氣體中含有N2,H2,NH3的摩爾分數(shù)分別為yN2,yH2和yNH3,其關系為Yn2+yH2+yNH3=1.令原始氫氮比R=Yh2/yN2,則各組分的平衡分壓為整理得此式可分析影響平衡氨含量的諸因素:平衡氨含量的計算UniSimDesign氨合成反應的反應動力學氨合成的反應動力學方程上式關聯(lián)了K1,K2及Kp間的關系。反應達到平衡時,r=0,則整理得文獻中動力學的表達式不同催化劑的逆反應動力學參數(shù)逆反應速率常數(shù)正反應動力學參數(shù)的反算

逆反應動力學回歸的參數(shù)正反應動力學

A'3.72E+165.12E+045.12E+04MPA/h

E'171420812867576.192

Ln關聯(lián)式系數(shù)USDLn關聯(lián)式計算結果USD逆反應速度K'1/T逆反應速度×平衡常數(shù)^2(Kp)用動力學數(shù)據(jù)再算得的正反應速度Kp=(K1/K2)^.56.1937236420.0224267.81138150.0015794050.134974840.1360509080.0225390814608.8543220.0193444.34961750.0015548470.1655108710.1661068250.019334428-2.6911220.0167725.91738690.0015310420.2015191040.201566850.01666349-0.0001270860.01441168.4787080.0015079540.24370990.24317360.0144260634.25716E-070.01261854.437210.0014855530.2928460620.2917375740.012542674

0.01102903.5607810.0014638070.3497424430.3481394770.010949926

0.00964487.7777030.0014426890.4152652270.413332290.009596967

0.00856850.98610.0014221720.49033090.4883430940.00844279

0.007510335.284470.001402230.5759049280.5742746120.007454158

0.006615415.34080.0013828390.6730001840.6723064780.006604

0.005922742.974220.0013639770.7826751440.7836962240.005870164

0.005233204.430060.0013456230.9060318910.9097799620.005234439

0.004747993.287240.0013277571.0442139611.0519727990.004681791數(shù)據(jù)驗證UniSim反應數(shù)據(jù)的輸入反應動力學中的單位逸度、分壓的單位反應速率的單位基準組分27(2)阿累尼烏斯（Arrhenius）方程（a）指數(shù)式：描述了速率隨溫度而變化的指數(shù)關系。A稱為指前因子，Ea稱為阿累尼烏斯活化能。（b）對數(shù)式：描述了速率系數(shù)與1/T之間的線性關系。可以根據(jù)不同溫度下測定的k值，以lnk對1/T作圖，從而求出活化能。28（c）定積分式:

設活化能與溫度無關，根據(jù)兩個不同溫度下的k值求活化能。（d）微分式:k值隨T的變化率決定于值的大小。UniSimDesign氨合成塔的動力學模擬以及壓降與傳熱計算氨合成反應器的動力學模擬動力學方程以及系數(shù)反應器的數(shù)據(jù)催化劑的數(shù)據(jù)空速與壓降計算傳熱計算氨合成反應器的動力學模擬反應器剖面反應器與催化劑的數(shù)據(jù)壓降的計算以及空速對壓降和反應速度的