диплом. Интенсификация работы установки висбрекинга гудрона

• Название: Интенсификация работы установки висбрекинга гудрона
• Дата: 22.01.2019
• Размер: 0.65 Mb.
• Имя файла: диплом.docx
• Тип: Реферат; #64804
• страница: 4 из 10

3.2 Алгоритм расчета трубчатой печи
Расчет процесса горения
1 Определение низшей теплоты сгорания, кДж/кг[20]:

(3.1)

где СН₄, С₂Н₄ и т. д. - содержание соответствующих компонентов в топливе, объемн. %.

2 Определение содержания углерода, % масс:

, (3.2)

где n_i – число атомов углерода в данном компоненте топлива;

g_i – концентрация газовых компонентов в топливе, % масс;

M_i – молекулярная масса компонентов топлива.

3 Определение содержания водорода, % масс:

, (3.3)

где m_i – число атомов водорода в данном компоненте топлива.

4 Определение содержания серы, % масс:

, (3.4)

где S – число атомов серы в молекуле Н₂S.

5 Определение теоретического количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа, кг/кг:

. (3.5)

6 Определение действительного количества воздуха, необходимого для сжигания 1 кг газа, кг/кг:

, (3.6)

где α – коэффициент избытка воздуха.

7 Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, кг/кг:

, (3.7.1)

, (3.7.2)

, (3.7.3)

. (3.7.4)

8 Объем продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива, м³:

, (3.8.1)

, (3.8.2)

, (3.8.3)

. (3.8.4)

9 Плотность продуктов сгорания, кг/м³:

. (3.9)

Тепловой баланс печи
10 КПД печи:

, (3.10)

где q_пот/Q_р^н – потери тепла в окружающую среду, в долях от низшей теплоты сгорания топлива;

q_yx/Q_р^н – потери тепла с уходящими дымовыми газами, в долях от низшей теплоты сгорания топлива.

11 Полезное тепло печи, ккал/ч:

, (3.11)

где L – производительность печи по сырью, кг/ч;

e – массовая доля отгона сырья на выходе из печи;

– теплосодержание соответственно паровой и жидкой фаз сырья на выходе из печи, ккал/кг;

– теплосодержание сырья на входе, ккал/кг.

12 Полная тепловая нагрузка печи, ккал/ч:

. (3.12)

13 Часовой расход топлива, кг/ч:

. (3.13)
Расчет камеры радиации
14 Количество тепла, переданного сырью в камере радиации, ккал/ч:

, (3.14)

где η_Т – КПД топки;

q_tп – теплосодержание продуктов сгорания.

15 Поверхность нагрева труб в камере радиации, м²:

, (3.15)

где q_p – теплонапряженность труб.

16 Число труб камеры радиации:

, (3.16)

где l_p – длина радиантных труб;

d_р – диаметр радиантных труб.
Расчет камеры конвекции
17 Количество тепла, воспринятое конвективными трубами, ккал/ч:

(3.17)

18 Поверхность нагрева труб в камере конвекции, м²:

, (3.18)

где k₁ – коэффициент теплопередачи в конвекционной камере;

ΔT_ср – средний температурный напор, К.

19 Число труб камеры конвекции:

, (3.19)

где l_к – длина конвекционных труб;

d_к – диаметр конвекционных труб.
Гидравлический расчет змеевика печи
20 Давление на входе в змеевик печи, Па:

, (3.20)

где П_К – давление сырья на выходе из печи;

ΔР_И, ΔР_Н, ΔР_К, – потери напора на участке испарения, участке нагрева радиантных труб, в конвекционных трубах соответственно;

ΔР_СТ – статический напор.

21 Потери напора на участке испарения, Па:

, (3.21)

где П_Н – давление в начале участка испарения.

22 Эквивалентная длина радиантных труб, м:

(3.22)

где N_P1 – число радиантных труб в одном потоке;

l_тр – полная длина трубы;

ψ – коэффициент, зависящий от вида соединений труб[21];

d_в — внутренний диаметр радиантных труб, м.

23 Эквивалентная длина участка испарения, м:

(3.23)

где q_tн – энтальпия сырья в начале участка испарения, ккал/кг;

q_tк – энтальпия сырья на входе в радиантные трубы, ккал/кг;

q_t2 – энтальпия сырья на выходе из печи, ккал/кг.

24 Давление в начале участка испарения определяется по формуле Бакланова, Па:

, (3.24)

где А и В – расчетные коэффициенты.

25 Потери напора на участке нагрева радиантных труб:

(3.25)

где λ₂ – коэффициент гидравлического сопротивления для участка нагрева λ₂=0,030–0,035[22];

l_н–эквивалентная длина участка нагрева радиантных труб по одному потоку, м:

;

ρ_ж – плотность продукта при средней температуре на участке нагрева радиантных труб, кг/м³;

u – массовая скорость продукта в радиантных трубах на один поток, кг/м²·с.

26 Потери напора в конвекционных трубах для одного потока:

, (3.26)

где l_кэ – эквивалентная длина конвекционных труб, м;

ρ_ж – плотность продукта при средней температуре в конвекционных трубах;

d_в–внутренний диаметр конвекционных труб, м;

u_к – массовая скорость продукта в конвекционных трубах на один поток, кг/м²·с.

27 Статический напор в змеевике:

, (3.27)

где h_Р, h_K – высоты камер радиации и конвекции соответственно, м;

ρ_ж – плотность продукта при средней температуре змеевика, кг/м³.
Время пребывания в реакционной зоне
28 Скорость движения сырья в трубах печи, м/с:

. (3.28)

где d_вн – внутренний диаметр труб, м;

m – число потоков.

29 Время пребывания в реакционной зоне, с:

, (3.29)

где L_р – рабочая длина труб для одного потока.
По данному алгоритму составлена программа на языке Pascal ABC. Листинг программы и результаты расчета представлены в приложениях А, Б.

3.3 Результаты расчета трубчатой печи
Основные результаты расчета печи приведены в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Результаты расчета печи

Наименование параметра	Единица измерения	Базовый вариант	Проектный вариант
Температура сырья на входе	оС	300	300
Температура продуктов на выходе	оС	470	450
Производительность по сырью	т/сут	2650	3400
Полезная тепловая нагрузка	МВт	19,0	17,3
Полная тепловая нагрузка	МВт	25,0	22,8
КПД печи		0,76	0,76
Часовой расход топлива	кг/ч	1916	1752
Общая поверхность нагрева	м2	1132,1	1067,5
Диаметр труб: – камеры конвекции – камеры радиации	мм	114 127	114 127
Число труб: – камеры конвекции – камеры радиации	шт.	83 68	83 61
Давление сырья на входе в змеевик печи	МПа	2,3	2,7
Время пребывания в реакционной зоне	мин.	2,40	1,65
Количество горелок	шт.	15	13

3.4 Исходные данные для расчета реакционной камеры
Исходные данные для расчета выносной реакционной камеры висбрекинга с восходящим потоком сырья представлены в таблице 3.5

Таблица 3.5 – Исходные данные для расчета реакционной камеры

Показатель	Значение
Температура сырья на входе в РК, °С	450
Давление в РК, МПа	1,2
Производительность по сырью, кг/ч	141668
Расход газа, кг/ч	4123
Расход бензина, кг/ч	9336
Расход газойля, кг/ч	35587
Расход остатка висбрекинга, кг/ч	92622

3.5 Алгоритм расчета реакционной камеры
30 Количество образовавшегося бензина и газа[25]:

; (3.30)

, (3.31)

где , – расход бензина и газа на входе в РК, соответственно, кг/ч;

, – расход бензина и газа на выходе из РК, соответственно, кг/ч;

– глубина превращения, %.

31 Определение температуры на выходе из РК

Из теплового баланса реакционной камеры:

, (3.32)

где – удельная теплоемкость продуктов крекинга, кДж/(кг∙К);

– температура на входе в РК, К;

– температура на выходе из РК, К;

– теплота реакции крекинга бензина, кДж/кг;

32 Определение объема паров продуктов на входе и выходе из РК:

, (3.33)

где – объем паров продуктов, м³/с;

– температура системы, К;

– давление в системе, МПа;

– расход компонента, кг/ч;

– молекулярная масса компонента, кг/ч;

– коэффициент сжимаемости компонента;

Коэффициент сжимаемости зависит от приведенных параметров температуры и давления.

Приведенные параметры рассчитываются по формулам:

; (3.34)

, (3.35)

где – критическая температура компонента, К;

– критическое давление компонента, МПа.

Средний объем паров:

, (3.36)

где – объем паров на входе и выходе из РК, соответственно, м³/с.

33 Расчет диаметра РК

Сечение РК:

, (3.37)

где – сечение РК, м²;

– скорость движения паров, м/с.
Диаметр РК:

, (3.38)

где – диаметр РК, м;

34 Расчет скорости крекинга при средней температуре в РК

, (3.39)

где и – выход бензина при температурах t₁ и t₂ соответственно, %.

– температурный градиент

35 Расчет времени пребывания сырья в РК

, (3.40)

где – время пребывания.

36 Расчет высоты РК

, (3.41)

где – высота РК.

Программа расчета выполнена в среде Pascal ABC. Листинг программы и результаты расчета представлены в приложениях В, Г.