在线分析样品处理技术-计算示例

示例1.

采用过程气相色谱仪对氨合成塔循环气进行在线分析，工艺数据如下：

样品组成和正常含量：

H2　72.62 mol%

N2　3.24 mol%

Ar　0.72 mol%

NH3　2.42 mol%

样品相态：气相

取样点压力（正常）：11.6 MPa（G）

取样点温度（正常）：66℃

工艺管道尺寸：16 in（DN 400）

取样和样品处理系统流路图参见图4.4。

图4.4　样品传送滞后时间计算示例流路图

其中，L1——取样探头，长300 mm，φ6 mm×1 mm Tube；

L2——取样探头至减压阀连接管线，长700 mm，φ6 mm×1 mm Tube；

L3——减压阀至旁通过滤器连接管线，长50 m，φ6 mm×1 mm Tube；

L4——旁通过滤器至色谱仪连接管线，长500 mm，φ3 mm×0.7 mm Tube。

以上L1～L4管线长度包括Tube管和管接头、阀门、过滤器（均为等径）长度之和。试计算样品传送滞后时间T，要求T＜60 s。

解：①计算L1+L2的容积V1（样品减压前体积）

②计算V1体积的高压样品减压后的体积V2

设样品减压后传送至旁通过滤器时的压力为0.5 bar（G），温度为20℃。

③计算L3的容积V3

④计算V2+V3并乘以经验系数1.2

(V2+V3)×1.2=(0.846 8 L+0.628 L)×1.2=1.77 L

⑤将快速旁通回路流量设定为F1=2 L/min，分析回路流量为F2=0.1 L/min（色谱仪需要的样品流量为100 mL/min），则样品传送至旁通过滤器所需时间TAB为

⑥计算L4容积V4并乘以经验系数1.2

⑦计算样品通过L4所需时间TBC

⑧样品传送总滞后时间T为

Tt=TAB+TBC=51 s+1 s=52 s＜60 s

示例2.

采用过程气相色谱仪对乙烯精馏塔产品乙烯进行在线分析，工艺数据如下：

样品组成及正常含量：

CH4　0.01%mol

C2H2　(0～5)×10-6(www.xing528.com)

C2H4　99.96% mol

C2H6　0.03% mol

样品相态和密度：液相，567.4 kg/m3

取样点压力（正常）：1.818 MPa（G）

取样点温度（正常）：-31.0℃

工艺管道尺寸：4 in（DN 100）

样品返回点压力：0.06 MPa（G）

取样和样品处理系统流路图参见图4.5。

其中，L1——取样探头，长150 mm，φ3 mm×0.7 mm Tube，外套φ6加强管；

L2——取样探头至减压汽化阀连接管线，长500 mm，φ3 mm×0.7 mm Tube；

L3——减压汽化阀至旁通过滤器连接管线，长40 m，φ6 mm×1 mm Tube；

L4——旁通过滤器至色谱仪连接管线，长500 mm，φ3 mm×0.7 mm Tube。

以上L1～L4管线长度包括Tube管和管接头、阀门、过滤器（均为等径）长度之和。试计算样品传送滞后时间Tt，要求Tt＜40 s。

解：①计算L1+L2的容积V1（样品汽化前的体积）

②计算V1体积的液体样品汽化后的体积V2

式中　ρ——液体样品的密度，ρ=567.4 kg/m3=567.4 g/L；

M——样品的摩尔质量，由于样品中除乙烯外其他组分均为微量，故取乙烯的摩尔质量28.0 g/mol作为样品的摩尔质量，则M=28.0 g/mol；

p1——标准状态下的绝对压力，p1=101 325 Pa（A）≈1 bar（A）；

p2——样品传送至旁通过滤器时的绝对压力，因为样品返回点压力为0.06 MPa（G）=0.6 bar（G），所以旁通过滤器处的样品排放压力应为1 bar（G）=2 bar（A），则p2=2 bar（A）；

T1——标准状态下的绝对温度，T1=273 K；

T2——样品的绝对温度，设样品保温至40℃传送，则T2=（40+273）K=313 K。

则

③计算L3容积V3

④计算V2+V3并乘以经验系数1.2

(V2+V3)×1.2=(0.340 9 L+0.520 4 L)×1.2=0.843 3 L×1.2=1.012 0 L

⑤快速旁通回路流量设定为F1=1.5 L/min，分析回路流量为F2=0.1 L/min，则样品传送至旁通过滤器所需时间TAB为：

⑥计算L4容积V4并乘以经验系数1.2

⑦计算样品通过L4所需时间TBC为

⑧样品传送总滞后时间Tt为

Tt=TAB+TBC=38 s+1 s=39 s＜40 s

对于上述两个计算示例，需要作以下说明：

①为了简化计算，上述两个示例中均未考虑样品处理部件造成的容积滞后，但实际计算时必须注意这一点，特别是当样品处理部件的容积较大时，更应充分考虑其对样品传送时间的影响。

②上述两个计算示例是针对正常工况作出的。实际运行中，组分含量、样品压力、温度、环境温度和样品返回点压力等均可能偏离正常情况，此时可适当加大快速旁通回路流量F1，以满足样品传送滞后时间的要求。