Смекни!
smekni.com

Пиролиз углеводородов жидких углеводородных фракций (стр. 9 из 19)

При сопоставлении теплового баланса необходимо учитывать:

1. теплоту, которую несут с собой входящие и выходящие продукты;

2. теплоту, образующуюся за счет физических и химических превращений, если таковы имеют место в данном процессе;

3. теплоту, теряемую аппаратом в окружающую среду.

В уравнение теплового баланса входят главным образом следующие величины:

В приход:

а) теплота (Q1) входящих в аппарат продуктов;

б) теплота (Q2) физических и химических превращений;

в) теплота (Q3), вносимая за счет посторонних продуктов, не принимающих непосредственного участия в процессе (подогрев извне).

В расход:

г) теплота (Q4) выходящих из аппарата продуктов;

д) потери тепла (Q5) в окружающую среду.

Таким образом, уравнение теплового баланса примет вид:

Q1 + Q2 + Q3 = Q4 + Q5, [2]

где

Q1 – теплота входящих в аппарат продуктов;

Q2 – теплота химических и физических превращений, протекающих в данном процессе;

Q3 – теплота, подающаяся к аппарату извне через его стенки продуктами, непринимает непосредственного участия в процессе;

Q4 – теплота уходящих из аппарата продуктов;

Q5 – тепловые потери в окружающую среду.

Расчет

В печь пиролиза входят следующие тепловые потоки: бензина, водяного пара, природного газа, воздуха. Из печи выходят тепловые потоки пирогаза и дымовых газов. См. схему тепловых потоков. Приложение №2.

По справочным данным определяем удельные теплоемкости компонентов и сводим их в табл. 22 [2,4,7,8]:


Удельные теплоемкости компонентов

Таблица 22

Компонент

Удельная теплоемкость, кДж/кг∙град

Н2

14,3

СО

1,05

СО2

0,838

Н2S

1,06

CH4

2,23

C2H2

1,68

C2H4

1,53

C2H6

1,73

C3H4

1,64

C3H6

1,64

C3H8

1,87

C4H4

2,16

C4H6

2,16

C4H8

2,27

C4H10

1,98

бензол

1,70

толуол

1,71

ксилол

1,70

С5

2,27

С6

2,22

Циклогексан

2,16

С7

2,15

С8

2,03

С9

2,17

С10

2,17

Масло

1,67

Вода

1,80

Топливный газ

1,87

Воздух

1,005

Дымовые газы

1,424

Рассчитываем теплоту, входящих в аппарат компонентов по формуле:


Q1= t∙(m1c1+m2c2+…+mncn) [2]

где:

Q1 – теплота, входящих в аппарат продуктов, кДж/час;

t – температура продуктов, водящих в процесс, ºС;

m – количество продукта, входящего в процесс, кг;

c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.

Рассчитываем Q1, входящих в аппарат продуктов:

Q1 бензина = 120 ∙ (598,01 ∙1,70+4 064,73∙2,16+8 337,46∙2,22)= 3 396 672,00 кДж/час

Q1 вод.пара = 120 ∙ (8 666,80 ∙ 1,80)= 1 872 028,80 кДж/час

На горелки печи пиролиза поступает топливный газ со скоростью подачи– 1440 м3/час. [Мухина]. Состав топливного газа приведен в табл. 23

Состав топливного газа

Таблица 23

Компоненты

% мас

м3/час

С2Н6

4,00

57,6

С3Н8

93,00

1339,2

С4Н10

3,00

43,2

Итого:

100,00

1440, 00

Отсюда:

Q1 топл.газа = 60 ∙ (57,6∙1,73+1339,2∙1,87+43,2∙1,92) = 161 213,4 кДж/час

Для сгорания топливного газа необходима подача воздуха (кислорода воздуха).

Рассчитываем необходимое количество кислорода:


V=1440 V=x

С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4 Н2О

M=0,0224 M=5∙0,0224=0,112

x= 1440 ∙ 0,112/0,0224 = 7 200 м3/час

Следовательно, необходимое количество воздуха:

21% - 7 200 м3/час

100% - х м3/час

х=7 200 ∙100/ 21 = 34 285,71 м3/час

Рассчитываем Q1 воздуха:

Q1 воздуха = 25 ∙ 34 285,71 ∙ 1,005 = 861 428,46 кДж/час

Рассчитываем теплоту, выводимую из аппарата с продуктами по формуле:

Q4= t∙(m1c1+m2c2+…+mncn) (Бесков)

где: Q4 – теплота, выходящих из аппарата с продуктами, кДж/час;

t – температура продуктов, выходящих из аппарата, ºС;

m – количество продукта, выходящего из аппарата, кг;

c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.

Рассчитываем Q4 пирогаза:

Q4 пирогаза = 850 ∙ (153,84∙ 14,3 + 10,83 ∙ 1,05 + 2,17 ∙ 0,838 + 2,17 ∙ 1,060 + 2 489,54 ∙ 2,23 + 101,83 ∙ 1,68 + 4 606,40 ∙ 1,53 + 452,84 ∙ 1,73 + 153,84 ∙ 1,64 + 1 854,70 ∙ 2,16 + 78,00 ∙ 1,87 + 634,84 ∙ 2,16 + 448,51 ∙ 2,27 + 45,50 ∙ 1,92 + 1 167,85 ∙ 1,70 + 650,00 ∙ 1,71 + 229,67 ∙ 1,70 + 446,34 ∙ 2,27 + 99,67 ∙ 2,10 + 15,17 ∙2,15 + 2,17 ∙2,03 + 138,67 ∙ 2,17 + 62,83 ∙ 2,17 + 708,52 ∙ 1,67 + 7 002,77 ∙ 1,8) = 35 379 278,00 кДж/час

Объем дымовых газов, образующихся в процессе пиролиза, рассчитываем по формуле:

Vt = V0 ∙ (t+273/273) (Скобло, 511)

Vt – объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при теоретическом расходе воздуха при н.у., м3/кг;

V0 – теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, м3

t – температура дымовых газов

Рассчитываем теплоту сгорания топлива:

Теплота сгорания топливного газа – 2 233 000 кДж/кмоль [2,483]

Объем топливного газа: для расчета объема газа воспользуемся формулой:

V = V топл.газа/М = 1 440 000л/час : 22,4 л/моль = 64 285,71 моль/час = 64,29 кмоль/час

Теплота сгорания топливного газа для процесса пиролиза:

Qсгор.топл. = 64,29 ∙ 2 223 000 = 134 479 250,40 кДж/час

Согласно справочным данным [7,207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.

Находим теплоту химических превращений:

Q2 = Gq, [12, 103]


где: Q2 – тепловая нагрузка печи, кДж/час;

G – производительность печи по сырью, кг/час;

q – тепловой эффект процесса пиролиза, кДж/кг.

Q2 = 13 000 ∙ 6133 = 79 729 000 кДж/час = 22 147 Вт/час

Тепловые потери не должны превышать 3-5% от общей тепловой нагрузки. Выбираем 3%. Отсюда: 220 499 593,06·3/100=6 614 987,79 кДж/час

Результаты подсчётов теплового баланса сведем в таблицу 24

Тепловой баланс процесса пиролиза

Таблица 24

Приход

Расход

Тепловой поток

кДж/час

%

Тепловой поток

кДж/час

%

1. Q1, теплота входящих в процесс продуктов всего, в т.ч.

6 130 129,26

2,78

1. Q4,теплота выходящих продуктов

134 946 801,11

61,20

- с бензином

3 396 672,00

1,54

- с пирогазом

35 379 278,00

16,05

- с воздухом

861 428,46

0,39

-с дымовыми газами

99 567 523,11

45,15

- с водяным паром

1 872 028,80

0,85

2. Qутилиз.тепла, в том числе:

49 922 901,50

22,64

2. Q1, теплота, входимая в аппарат с топливным газом

161 213,40

0,07

Q4 теплота, используемой для подогрева сырья

2 507 050,00

1,14

3. Q2, теплота химических превращений

79 729 000,00

36,16

Q4 теплота, использованной в ЗИА

26 507 852, 66

12,02

4. Q сгор.топл

134 479 250,40

60,99

3.Тепловые потери

6 614 987,79

3,00

Итого:

220 499 593,06

100,00

Итого:

220 499 593,06

100,00

7. Расчет основного технологического оборудования