Файл: Курсовой проект, 56 л., 6 рис., 25 табл., 11 источников нефтяной кокс, реактор, коксонагреватель, тяжелые нефтяные остатки, гудрон.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 11.04.2024
Просмотров: 38
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Таблица 4.1 – Материальный баланс реактора установки термоконтактного коксования
Рассчитываем количество, полученного сухого газа:
(4.1)
.
Для остальных продуктов расчет проводиться аналогичным образом:
.
.
4.2 Тепловой баланс процесса коксования
Исходные данные для расчета и результаты однократного испарения для печи представим в виде таблиц 4.2 и 4.3.
Таблица 4.2 – Исходные данные
Таблица 4.3 – Результаты расчетов однократного испарения [5]
Количество тепла в реакторе.
Энтальпия рассчитывается, исходя из теплоемкости водяного пара:
Iт = Cp∙tт, (4.2)
где Cp – энтальпия водяного пара при tт, равной температуре на входе в камеру, зависимость энтальпии водяного пара от температуры показана на рисунке 4.1 [12];
Iв.п. = 4 694,83 кДж/ч
Qв.п = Gв.п.Iв.п; (4.3)
Qв.п= 2013,94·4 694,83 = 9 455 113,89 кДж/ч
Количество тепла, вносимое в камеру с углеводородными парами.
Теплосодержание паров определяют по формуле:
= (210 + 0,457∙t+ 0,000584∙ t 2)∙(4,013 – ρ420) – 309, (4.14)
= (210 + 0,457∙530+ 0,000584∙ 530 2)∙(4,013 – 0,935) – 309 = 1499,70 кДж/ч
Qy = GyIy; (4.4)
Количество углеводородного пара:
Gy = Gc·e, (4.5)
где е ‒ массовая доля отгона;
Gy = 126 262,63 ·0,036= 4 545,5 кг/ч,
Количество тепла вносимое углеводородными парами:
Qy = 1499,70· 4545,5 = 6 816 837,90 кДж/ч
Рисунок 4.1 – Зависимость энтальпии водяного пара от температуры
Количество тепла, вносимое в камеру с жидкой фазой.
Теплосодержание жидкой фазы при 150 и 570оС определяют по формуле:
(4.6)
где ρ420 – плотность гудрона при 20 оС, г/см3;
t – температура гудрона, оС.
Количества тепла, вносимой жидкой фазы:
Qж = GжIж. (4.7)
Количество жидкой фазы:
Gж = Gc·(1 - e); (4.8)
Gж =126 262,63·(1 - 0,036)= 121 717,17 кг/ч,
Qж = 1405,6 ·121 717,17 = 171 085 666,37 кДж/ч.
Общее количество тепла, вводимое в реакционную камеру, равно:
Qвход = Qт + Qy + Qж. (4.9)
Qвход=9 455 113,89 +6 816 837,90 +171 085 666,37 = 187 357 618,16 кДж/ч.
Результаты расчетов сведем в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 – Тепловой баланс камеры коксования
4.3 Технологический расчет реактора
Сечение реактора F, м2, определяется по формуле:
(4.10)
где Vп – объемная скорость паров, проходящих через реактор, м3/с;
u – допустимая линейная скорость движения паров в реакторе, м/с.
м2.
Диаметр реактора D, м, можно определить по следующей формуле:
(4.11)
Масса циркулирующего кокса Gц.к, кг/ч, находится по кратности циркуляции коксового теплоносител:
Gц.к.=Gс·n, (4.12)
где Gс – производительность установки по сырью, кг/ч;
n – кратность циркуляции коксового теплоносителя.
Масса циркулирующего кокса будет равна:
Gц.к.= 126 262,63·7=883 838,38 кг/ч.
Массу кокса, находящегося в реакторе, Gк, кг, определяют по формуле:
(4.13)
где τ – продолжительность пребывания кокса в реакторе, мин.
Объем кипящего коксового слоя в реакторе Vк.с , м3:
Vк.с.=
, (4.14)
где ρ – плотность кипящего слоя, кг/м3.
Объем кипящего коксового слоя в реакторе по формуле (4.14) будет равен:
Высота кипящего слоя hк.с, м, определяется по формуле:
hк.с.=
; (4.15)
Высота реактора Н, м, определяется по формуле:
Н=hк.с.+hо.з., (4.16)
где hо.з. – высота отстойной зоны, м.
Н = 25+ 4,5 = 25,4≈ 29,5 м.
4.4Технологический расчет коксонагревателя
Параметры работы коксанагревателя следующие:
- температура в слое 670 °С;
-абсолютное давление над слоем 0,18 МПа;
- длительность пребывания теплоносителя в коксонагревателе 12 мин.;
- скорость дымовых газов 1,1 м/с.
Объем дымовых газов, проходящих через коксонагреватель:
Vд.г.=Vг·
, (4.17)
где Vг – объем газов, поступающих в коксонагреватель, м3/с;
Т – температура в коксонагревателе, К;
То – начальная температура, К;
Р – давление в коксонагревателе, МПа;
Ро – начальное давление, МПа.
Объем дымовых газов будет равен:
Vд.г.= 28,97·
= 51,32 м3/с.
Сечение и диаметр коксонагревателя:
Масса коксового теплоносителя, находящегося единовременно в коксонагревателе:
Объем кипящего слоя определяется по формуле (6):
Высота кипящего слоя находится по уравнению:
Высота коксонагревателя определяется по формуле . Принимается высота отстойной зоны равной 4,7 м. Тогда общая высота коксонагревателя будет равна:
Н=6,4 +4,7 ≈ 11м.
4.5 Расчет процесса горения
Теоретическое количество воздуха необходимое для горения 1 кг кокса:
h0=0,115·С+0,345·Н;
здесь: 0,115 и 0,345 постоянный параметр С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;
h0=0,115·81,5+0,345·18,5=18,61 м3;
Потеря воздуха в нормальных условиях:
Vо=0,089·С+0,267·Н
Vо=0,089·81,5+0,267·18,5=12,19 м3;
Физическая потеря воздуха:
α=hо·γ; (4.18)
где: γ - коэффициент избытка воздуха, γ =1,2;
α=18,61*1,2=22,33 м3
Количество газа обравшегося в результате горения 1 кг кокса:
G=1+γ·h0; (4.19)
G=1+1,2·18,61=23,33 м3
Теоретический количество газа образовшегося в результате горения 1 кг горючего:
Vт=23,33·23 987,72 = 559 609,48 м3
Количество газа полученное в результате горения 1 кг кокса:
mсо2=0,0367 ·С; mсо2=0,0367·81,5=2,9кг
mн2о=0,09·Н; mн2о=0,09·18,5=1,6кг
mN2= hoγ·0.768; mN2=18,61·1,2·0,768=14,5кг
mо2= ho(γ-1)·0,232; mо2=18,61·(1,2-1)·0,232=0,73кг
Количество тепла, выделившегося при сгораниикокса рассчитывают по этой формуле:
Qнр=339·С+1030·Н,
где С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;
Qнр=339·81,5+1030·18,5=46683,5 кДж/кг
Количество тепла отходящих газов составит:
Qух=( mсо2·С+ mн2о·Сн2о+ mN2·СN2+ mо2·С о2)(tух-to):
где: С - теплоемкость продукта, кДж/(кг·˚С)
Принимаем:
Ссо2=0,89кДж/кг; Сн2о=1,14 кДж/кг
С о2=0,91кДж/кг; СN2=1.03кДж/кг
Тогда:
Qух=(2,9·0,89+1,6·1,14+14,5·1,03+0,73·0,91)·(300-20)=5588,8кДж/кг
4.4Расчёт газотрубного котла-утилизатора
Котел-утилизатор предназначен для для получения водяного пара, за счет тепла дымовые газы из коксонагревателя Р-2
Выбор типа котла. Газы перед котлом-утилизатором имеют температуру 800-900 ˚С, а абсолютное давление насыщенного пара составляет всего
0,55…1,4 МПа. Этим условиям наиболее удовлетворяет газотрубный котёл-утилизатор с большим водяным объёмом. Такой тип котла отличается простотой обслуживания и большой надёжностью.
Объём продуктов сгорания составляет = 559 609,48 м3
Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле-утилизаторе:
Рассчитываем количество, полученного сухого газа:
(4.1) .Для остальных продуктов расчет проводиться аналогичным образом:
. . 4.2 Тепловой баланс процесса коксования
Исходные данные для расчета и результаты однократного испарения для печи представим в виде таблиц 4.2 и 4.3.
Таблица 4.2 – Исходные данные
| Исходные данные | Значение |
| Температура нагрева остатка, оС | 530,0 |
| Давление на выходе из печи P1, МПа | 0,18 |
| Количество водяного пара Gвп, масс. доля | 0,0157 |
| Количество гудрона, кг/с | 28,52 |
Таблица 4.3 – Результаты расчетов однократного испарения [5]
| Наименование параметра | ОИ | Единица измерения |
| 1 | 2 | 3 |
| Массовая доля отгона | 0,036 | - |
| Мольная доля отгона | 0,041 | - |
| Давление (на выходе) | 0,18 | МПа |
| Температура (на выходе) | 570 | °C |
| Критическая температура | 966,3 | K |
| Критическое давление | 1,331 | МПа |
| Плотность жидкости | 0,947 | г/см3 |
| Плотность пара | 0,935 | г/см3 |
| Молекулярная масса сырья | 1196,4 | г/моль |
| Плотность сырья | 1383,1 | г/см3 |
| Количество водяного пара | 5,3 | моль/моль |
Количество тепла в реакторе.
Энтальпия рассчитывается, исходя из теплоемкости водяного пара:
Iт = Cp∙tт, (4.2)
где Cp – энтальпия водяного пара при tт, равной температуре на входе в камеру, зависимость энтальпии водяного пара от температуры показана на рисунке 4.1 [12];
Iв.п. = 4 694,83 кДж/ч
Qв.п = Gв.п.Iв.п; (4.3)
Qв.п= 2013,94·4 694,83 = 9 455 113,89 кДж/ч
Количество тепла, вносимое в камеру с углеводородными парами.
Теплосодержание паров определяют по формуле:
= (210 + 0,457∙t+ 0,000584∙ t 2)∙(4,013 – ρ420) – 309, (4.14) = (210 + 0,457∙530+ 0,000584∙ 530 2)∙(4,013 – 0,935) – 309 = 1499,70 кДж/чQy = GyIy; (4.4)
Количество углеводородного пара:
Gy = Gc·e, (4.5)
где е ‒ массовая доля отгона;
Gy = 126 262,63 ·0,036= 4 545,5 кг/ч,
Количество тепла вносимое углеводородными парами:
Qy = 1499,70· 4545,5 = 6 816 837,90 кДж/ч
Рисунок 4.1 – Зависимость энтальпии водяного пара от температуры
Количество тепла, вносимое в камеру с жидкой фазой.
Теплосодержание жидкой фазы при 150 и 570оС определяют по формуле:
(4.6)где ρ420 – плотность гудрона при 20 оС, г/см3;
t – температура гудрона, оС.
Количества тепла, вносимой жидкой фазы:
Qж = GжIж. (4.7)
Количество жидкой фазы:
Gж = Gc·(1 - e); (4.8)
Gж =126 262,63·(1 - 0,036)= 121 717,17 кг/ч,
Qж = 1405,6 ·121 717,17 = 171 085 666,37 кДж/ч.
Общее количество тепла, вводимое в реакционную камеру, равно:
Qвход = Qт + Qy + Qж. (4.9)
Qвход=9 455 113,89 +6 816 837,90 +171 085 666,37 = 187 357 618,16 кДж/ч.
Результаты расчетов сведем в таблицу 4.4.
Таблица 4.4 – Тепловой баланс камеры коксования
| Количество тепла, МДж/ч | Значение | ||
| Кол-во тепла, вносимое в камеру водяным паром | QT | 9 455 113,89 | |
| Кол-во тепла, вносимое углеводородными парами | Qy | 6 816 837,90 | |
| Кол-во тепла, вносимое жидкой фазой | Qx | 171 085 666,37 | |
| Общее количество тепла: | Qвх | 187 357 618,16 | |
4.3 Технологический расчет реактора
Сечение реактора F, м2, определяется по формуле:
(4.10)где Vп – объемная скорость паров, проходящих через реактор, м3/с;
u – допустимая линейная скорость движения паров в реакторе, м/с.
м2.Диаметр реактора D, м, можно определить по следующей формуле:
(4.11) Масса циркулирующего кокса Gц.к, кг/ч, находится по кратности циркуляции коксового теплоносител:
Gц.к.=Gс·n, (4.12)
где Gс – производительность установки по сырью, кг/ч;
n – кратность циркуляции коксового теплоносителя.
Масса циркулирующего кокса будет равна:
Gц.к.= 126 262,63·7=883 838,38 кг/ч.
Массу кокса, находящегося в реакторе, Gк, кг, определяют по формуле:
(4.13)где τ – продолжительность пребывания кокса в реакторе, мин.
Объем кипящего коксового слоя в реакторе Vк.с , м3:
Vк.с.=
, (4.14)где ρ – плотность кипящего слоя, кг/м3.
Объем кипящего коксового слоя в реакторе по формуле (4.14) будет равен:
Высота кипящего слоя hк.с, м, определяется по формуле:
hк.с.=
; (4.15) Высота реактора Н, м, определяется по формуле:
Н=hк.с.+hо.з., (4.16)
где hо.з. – высота отстойной зоны, м.
Н = 25+ 4,5 = 25,4≈ 29,5 м.
4.4Технологический расчет коксонагревателя
Параметры работы коксанагревателя следующие:
- температура в слое 670 °С;
-абсолютное давление над слоем 0,18 МПа;
- длительность пребывания теплоносителя в коксонагревателе 12 мин.;
- скорость дымовых газов 1,1 м/с.
Объем дымовых газов, проходящих через коксонагреватель:
Vд.г.=Vг·
, (4.17)где Vг – объем газов, поступающих в коксонагреватель, м3/с;
Т – температура в коксонагревателе, К;
То – начальная температура, К;
Р – давление в коксонагревателе, МПа;
Ро – начальное давление, МПа.
Объем дымовых газов будет равен:
Vд.г.= 28,97·
= 51,32 м3/с.Сечение и диаметр коксонагревателя:
Масса коксового теплоносителя, находящегося единовременно в коксонагревателе:
Объем кипящего слоя определяется по формуле (6):
Высота кипящего слоя находится по уравнению:
Высота коксонагревателя определяется по формуле . Принимается высота отстойной зоны равной 4,7 м. Тогда общая высота коксонагревателя будет равна:
Н=6,4 +4,7 ≈ 11м.
4.5 Расчет процесса горения
Теоретическое количество воздуха необходимое для горения 1 кг кокса:
h0=0,115·С+0,345·Н;
здесь: 0,115 и 0,345 постоянный параметр С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;
h0=0,115·81,5+0,345·18,5=18,61 м3;
Потеря воздуха в нормальных условиях:
Vо=0,089·С+0,267·Н
Vо=0,089·81,5+0,267·18,5=12,19 м3;
Физическая потеря воздуха:
α=hо·γ; (4.18)
где: γ - коэффициент избытка воздуха, γ =1,2;
α=18,61*1,2=22,33 м3
Количество газа обравшегося в результате горения 1 кг кокса:
G=1+γ·h0; (4.19)
G=1+1,2·18,61=23,33 м3
Теоретический количество газа образовшегося в результате горения 1 кг горючего:
Vт=23,33·23 987,72 = 559 609,48 м3
Количество газа полученное в результате горения 1 кг кокса:
mсо2=0,0367 ·С; mсо2=0,0367·81,5=2,9кг
mн2о=0,09·Н; mн2о=0,09·18,5=1,6кг
mN2= hoγ·0.768; mN2=18,61·1,2·0,768=14,5кг
mо2= ho(γ-1)·0,232; mо2=18,61·(1,2-1)·0,232=0,73кг
Количество тепла, выделившегося при сгораниикокса рассчитывают по этой формуле:
Qнр=339·С+1030·Н,
где С и Н количество углерода и водорода: С=81,5 и Н=18,5;
Qнр=339·81,5+1030·18,5=46683,5 кДж/кг
Количество тепла отходящих газов составит:
Qух=( mсо2·С+ mн2о·Сн2о+ mN2·СN2+ mо2·С о2)(tух-to):
где: С - теплоемкость продукта, кДж/(кг·˚С)
Принимаем:
Ссо2=0,89кДж/кг; Сн2о=1,14 кДж/кг
С о2=0,91кДж/кг; СN2=1.03кДж/кг
Тогда:
Qух=(2,9·0,89+1,6·1,14+14,5·1,03+0,73·0,91)·(300-20)=5588,8кДж/кг
4.4Расчёт газотрубного котла-утилизатора
Котел-утилизатор предназначен для для получения водяного пара, за счет тепла дымовые газы из коксонагревателя Р-2
Выбор типа котла. Газы перед котлом-утилизатором имеют температуру 800-900 ˚С, а абсолютное давление насыщенного пара составляет всего
0,55…1,4 МПа. Этим условиям наиболее удовлетворяет газотрубный котёл-утилизатор с большим водяным объёмом. Такой тип котла отличается простотой обслуживания и большой надёжностью.
Объём продуктов сгорания составляет = 559 609,48 м3
Определяем среднюю температуру продуктов сгорания в котле-утилизаторе:
