Материальный баланс установки

Пример технологического расчета процесса получения нефтяных пеков

Исходные данные для расчёта:

- производительность установки 365000 т/год;

- коэффициент рециркуляции К=1,2;

- количество дней работы установки - 340 дней;

- температура пекования t = 430 ⁰С;

- давление в камере Р_р = 0,3 МПа;

- высота заполнения пеком реактора Н_к = 13 м;

- давление верха реактора Р_в = 0,25 МПа;

- диаметр реактора D_р = 5 м.

Таблица 6.1 - Материальный баланс установки

Взято	% масс	т/год	кг/ч	кг/с
Гудрон	100,00		44730,4	12,43
Итого	100,00		44730,4	12,43
Получено	% масс	т/год	кг/ч	кг/с
H2S	0,48		214,7	0,06
C1-C4	4,32		1932,4	0,54
C5-240 ^0С	14,20		6351,7	1,76
240-540 ^0С	50,00		22365,2	6,21
Пек	30,50		13642,8	3,79
Потери	0,50		223,7	0,06
Итого	100,00		44730,4	12,43

Учитывая количество рециркулята, находим материальный баланс реактора (таблица 6.2).

Таблица 6.2 – Материальный баланс реактора

Взято	% масс	т/год	кг/ч	кг/с
Вторичное сырьё			53676,5	14,91
Водяной пар			2236,5	0,62
Итого			55913,0	15,53
Получено	% масс	т/год	кг/ч	кг/с
H2S	0,48		214,7	0,06
C1-C4	4,32		1932,4	0,54
C5-240 ^0С	14,20		6351,7	1,76
240-540 ^0С	50,00		22365,2	6,21
Пек	30,50		13642,8	3,79
Потери	0,50		223,7	0,06
Водяной пар	5,00		2236,5	0,62
Рециркулят	20,00		8946,1	2,49
Итого	125,00		55913,0	15,53

6.2.2 Расчёт реактора

В настоящее время в промышленных условиях эксплуатируют реакторы, предназначенные для работы под избыточном давлением до 0,18 и 0,4 МПа. В данном случае будут использованы реакторы, работающие под давлением 0,3 МПа. Реакторы, работающие под давлением до 0,4 МПа, имеют меньший диаметр, чем аппараты, предназначенные для работы под давлением до 0,18 МПа, причём при одном и том же сырье и прочих условиях выход кокса выше, чем во вторых.

Реактор для работы под давлением до 0,4 МПа имеет внутренний диаметр 4,6 м и высоту между фланцами горловин 26,3 м. Корпус и днища изготовлены из биметалла (сталь 20К + сталь ЭИ496).

Число камер, необходимых для нормальной работы установки, определяется теми же факторами, что и для установок замедленного коксования.

Обычно с повышением коксуемости сырья и давления в зоне реакции и с увеличением производительности установки по первичному и вторичному сырью повышается выход пека и, следовательно, требуется большее число реакторов и увеличиваются их размеры.

Выбирается обычно реакционная камера с коническим днищем.

Таблица 6.3 – Геометрические размеры реактора

Показатель	Условное обозначение	Значение
Высота конической части, м	h	0,9
Диаметр конической части, м	d	1,8
Диаметр реактора, м	D

Высота пека равна

Н₃ = Н_к – h; (6.1)

Н₃ = 13 – 0,9 = 12,1 м.

Объём пека в нижней конической части реактора

(6.2)

Объём пека в цилиндрической части реактора

(6.3)

Общий объём пека в реакторе

V = V₁ + V₂, (6.4)

V = 7,44 + 192,34 = 199,78 м³.

Общая объёмная скорость образования пека

(6.5)

где g_к – количество образовавшегося пека, кг/ч; ρ_к – плотность пека, кг/м³.

Время пекования в реакторе

(6.6)

6.2.3 Расчёт температуры верха реактора

Расчётная схема представлена на рисунке 6.2.

Рисунок 6.2 – Тепловые потоки реактора

Необходимо задаться температурой верха реактора t₁ = 389,8 ⁰С.

Определяется количество тепла, уносимого парами с верха реактора, при принятой температуре.

Расчёт энтальпий и количества тепла продуктов сводится в таблицу 6.4.

Таблица 6.4 – Количество тепла, уносимого парами с верха реактора

Компонент	Gi, кг/ч	I, кДж/кг	Q^t1, кДж/ч
H2S	214,7	1704,18	365886,6
C1-C4	1932,4	1923,65	3717269,2
C5-240 ^0С	6351,7	1583,36
240-540 ^0С	22365,2	1537,37
Водяной пар	2236,5	3488,0
Рециркулят	8946,1	1487,56
Сумма	42046,6

Определяется энтальпия паров при принятой температуре:

(6.7)

Рассчитывается теплосодержание паров I_п на основании уравнения теплового баланса по контуру, обозначенному на рисунке 2:

Q_вп + Q_вс = Q^ti + Q_к + Q_р + Q_пот, (6.8)

где Q_вп – тепло, вносимое в реактор с водяным паром, кДж/ч; Q_вс – тепло, пришедшее в реактор с вторичным сырьём, кДж/ч; Q^ti – тепло, выносимое из реактора парами с верха реактора, кДж/ч; Q_к - тепло, аккумулированное пеком, кДж/ч; Q_р – тепло пошедшее на реакцию, кДж/ч; Q_пот - тепловые потери, кДж/ч.

Тепло, вносимое в реактор:

а) с водяным паром

(6.9)

где I_вп – энтальпия водяного пара при 600 ⁰С.

б) с вторичным сырьём

(6.10)

где I_вп – энтальпия выхода вторичного сырья из радиантной секции печи.

Тепло, выносимое из реактора:

а) тепло, аккумулированное пеком:

(6.11)

где t_к – температура пека, значение t_к принимается приблизительно на 30 – 50 ⁰С меньше, чем температура низа реактора; С_к – теплоёмкость пека при t_к, С_к = 0,73 кДж/кг град.

кДж/ч;

б) тепло реакций, протекающих в реакторе:

(6.12)

где q_р – тепловой эффект реакций, q_р = - 30 ккал/кг.

в) тепловые потери принимаются в пределах 2 – 3 % на один реактор от тепла, вносимого в реактор:

(6.13)

;

г) парами с верха реактора

(6.14)

Так как энтальпия паров кДж/кг в верху реактора при принятой температуре t₁ = 389,8 ⁰С близка к рассчитанной из теплового баланса реактора кДж/кг, то пересчёта температуры верха реактора не требуется, следовательно температура верха равна t_в = 389,8 ⁰С.

Дата добавления: 2015-06-27