Проект установки гидрокрекинга вакуумного газойля

    H_SR = 0,25∙N_г                                                    (2.40)

    H_SR = 0,25∙76 = 19 м² 

    2.4.3.4. Расчет конвективной поверхности нагрева печи. Поверхность нагрева конвекционных труб определяется по формуле: 

    Н_R = Q_K / k₁·ΔT_СР                                                          (2.41) 

    где Q_K – количество тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах, Вт;

    k₁ – коэффициент теплопередачи в конвекционной камере печи,       Вт/(м²·К);

    ΔT_СР – средний температурный напор, К;

    Количество  тепла, передаваемого сырью в конвекционных трубах: 

    Q_K = Q_ПОЛЕЗН – Q_Р                                                               (2.42)

    Q_K = 1,42∙10⁷ – 1,12∙10⁷ = 0,3·10⁷ кДж = 3·10⁹ Дж 

    Коэффициент теплопередачи в конвекционной  камере вычисляется по формуле:

    k₁ = 1,1·(α₁ + α_Л)                                                    (2.43) 

    где α₁ – коэффициент теплоотдачи конвекцией от дымовых газов к трубам, Вт/(м·К);

    α_Л  – коэффициент теплоотдачи излучением от трехатомных газов к трубам, Вт/(м²·К);

    Коэффициент α₁ определяем по формуле /19, с. 133/: 

    α₁  = С·β·(λ_Г/d_Н)·Re^0,6·Pr^0,33                                              (2.44) 

    где C – постоянная, для шахматного пучка труб, равная 0,33;

    β – коэффициент, зависящий от числа  рядов труб в пучке (полагая, что  число рядов будет более 10, принимаем β = 1 /19, с. 133/;

    λ_Г – коэффициент теплопроводности дымовых газов, Вт/(м·К).

    Критерии  Re и Рr в формуле (2.29) вычисляются при средней температуре дымовых газов в камере конвекции Т_СР = 0,5·(Т_П + Т_УХ); определяющий размер  – наружный диаметр труб. Скорость газов рассчитывается для самого узкого сечения пучка. 

    Т_СР = 0,5·(773 + 724) = 748,5 К 

    В камере конвекции устанавливаются  трубы с полезной длиной l₁ = 9,5 м, наружным диаметром d_Н = 102 мм и толщиной стенки 6 мм. В каждой камере размещается змеевик для одного потока сырья. В одном горизонтальном ряду его установлено в шахматном порядке по четыре трубы (рис. 2.7) с шагом

S = 172 мм.

    Находим наименьшую площадь свободного сечения  для прохода дымовых газов. Согласно приведенной схеме, она будет равна: 

    f_Г = (b_К – n₁·d_Н)·l_ТР = [(n₁ – 1)·S + 3d_Н – n₁·d_Н]·l_ТР                    (2.45) 

    где n₁ = 4 – число труб в одном горизонтальном ряду; 

    f_Г = [(4 – 1)·0,172 + 3·0,102 – 4·0,102]·9,5 = 3,933 м² 

    Определяем  линейную скорость дымовых газов  в самом узком сечении пучка по формуле:

    ω =                                             (2.46) 

    где m = 2 – число параллельно работающих камер (число потоков сырья). 

    ω = м/с 

    Для определения критериев Re и Рr нужно вычислить для дымовых газов при Т_СР кинематическую вязкость, плотность, теплоемкость и коэффициент теплопроводности.

    Коэффициент динамической вязкости находим по формуле: 

                                                              (2.47) 

    где Μ_Г, μ_Г – молярная масса и динамическая вязкость дымовых газов;

    M_i– молярные массы компонентов дымовых газов;

    μ_i – динамические вязкости компонентов дымовых газов – определяются по номограмме;

    x_i – объемные доли компонентов дымовых газов в смеси.  

      г/моль·Па·с

    М_г = 29,2 г/моль

     

    Плотность дымовых газов:

                                                                     (2.48)

      кг/м³ 

    Кинематическая  вязкость газов:

                                                                         (2.49)

      

    Коэффициент теплопроводности дымовых газов /19, с. 125/: 

                                                                     (2.50)

где λ_Г – коэффициент теплопроводности компонентов дымовых газов (табл. 4). 

    λ_Г(N₂) = 0,077 Вт/м·К; λ_Г(Н₂О) = 0,074 Вт/м·К; λ_Г(О₂) = 0,065 Вт/м·К;

    λ_Г(СО₂) = 0,065 Вт/м·К;

    λ_Г = 0,726·0,077 + 0,1175·0,074 + 0,1466·0,059 + 0,01·0,065 = 0,0559 +                        + 0,00869 + 0,00864 + 0,00065 = 0,07698 Вт/м·К  

    Удельная  теплоемкость дымовых газов: 

                                                                             (2.51)

с_Г(О₂) = 0,985 кДж/кг·К; с_Г(Н₂О) = 1,990 кДж/кг·К; с_Г(СО₂) = 1,02 кДж/кг·К;

с_Г(N₂) = 1,06 кДж/кг·К;

    с_Г = 0,726·1,06 + 0,1175·1,99 + 0,01·0,985 + 0,1466·1,02 = 0,7695 + 0,2338 +               + 0,00985 + 0,1495 = 1,162 кДж/кг·К 

    Находим значения критериев:

                                                                         (2.52)

    

                                                      (2.53)

      

    Коэффициент теплоотдачи излучением от трехатомных газов: 

    α_Л = α_СО2 + α_Н2О                                                   (2.54) 

    где α_СО2 и α_Н2О – коэффициенты теплоотдачи излучением от СО₂ и Н₂О, определяемые по номограмме в зависимости от Тср, силы поглощения трехатомных газов и температуры стенки.

    Предварительно  находим величины, необходимые для  пользования номограммами.

    Рассчитываем  эффективную толщину газового слоя по формуле /20, с. 479/: 

    l = 3,49·S - 4,1·d_Н                                              (2.55)

    l = 3,49·0,25 – 4,1·0,102 = 1,2907 м 

    Определяем  силу поглощения СО₂ и Н₂О в газовом слое (в Па·м): 

    (pl)_CO2 = x_CO2·l                                                    (2.56)

    (pl)_H2O = x_H2O·l                                                    (2.57)

    (pl)_CO2 = 0,1466·1,2907 = 0,1892 Па·м

    (pl)_H2O = 0,1175·1,2907 = 0,1517 Па·м 

    Температуру стенок конвекционных труб принимаем  на 35 К выше средней температуры сырья в них /20, с. 483/:

                                                               (2.58)

      

    Средний температурный напор рассчитывается по уравнению Грасгофа: 

                                                 (2.59)

      

    Найдя все данные, необходимые для пользования номограммами, определим следующие величины: 

    α_СО2 = 8 ккал/м²·град·час

    α_Н2О = 5 ккал/м²·град·час 

    Откуда: 

    α_Л = 8 + 5 = 13 ккал/м²·град·ч 

    Тогда: 

    α₁  = 0,33·1·(0,07698/0,102)·(674)^0,6·(0,6)^0,33 = 0,249·49,79·0,844 = 10,4

    k₁ = 1,1·(10,4 + 13) = 25,74 Вт/м²·К  

    Наконец, определим поверхность нагрева  конвекционных труб: 

    Н_R = 3·10⁹/25,74·230·3600 = 140,7 м² 

    Рассчитав поверхность нагрева конвекционных  труб, определим общее число труб в конвекционной камере: 

                           N_К = Н_К/π·d_Н·l_ТР                                               (2.60)

    N_К = 140,7/3,14·0,102·9,5 = 46 труб 

    Число труб по вертикали в одной камере (округляем до ближайшего большего целого значения): 

                                                                  m = N_K/2·n₁                                         (2.61)

    m = 46/2·4 = 6 труб 

    Высота, занимаемая трубами в конвекционной  камере, при шаге труб по глубине конвекционного пучка составит:

                                                                (2.62) 

      м

     м

    2.4.3.5. Гидравлический расчет змеевика  трубчатой печи. При гидравлическом расчете змеевика трубчатой печи определяют потери напора. Расчет потерь напора в змеевике трубчатой печи имеет особенности, зависящие от назначения трубчатой печи (нагрев без испарения, нагрев и частичное или полное испарение, нагрев, испарение и реакция). Поскольку в нашем случае нагреваемый продукт остается в жидкой фазе, расчет потерь напора осуществляют по формуле Дарси–Вейсбаха /25, с. 419/:

     ,                                                                     (2.63)

    где λ – коэффициент гидравлического  сопротивления (0,031) /25, с. 419/; l_э – эквивалентная длина участка змеевика с учетом длин труб и фитингов, м; d – внутренний диаметр трубы, м; ρ – средняя плотность нагреваемой жидкости , кг/м³; u – массовая скорость продукта, кг/(м²·с). 

    Δπ = 0,031·10·(1562,5)²/(2·0,111·928,7) = 3,67 кПа 

    2.4.4. Расчёт и подбор насоса. Необходимо произвести выбор и расчёт насоса подачи сырья Н-2.

    Сначала проведём выбор трубопровода. Скорость течения сырья в трубопроводе составляет 0,3 м/с /23, с. 16/. Тогда диаметр трубопровода равен /23, с. 16/: 

    d = (4·G/(π·ω))^1/2                                                                (2.64)

    где G – расход сырья, м³/с;

    ω – скорость сырья в трубе, м/с. 

    Расход  сырья составляет:

    G = 112500 кг/ч = 112500/928,7·3600 = 0,034 м³/с 

    Тогда:

    d = (4·0,034/(3,14·0,3))^1/2 = 0,4 м                    

                                

    Выбираем  стальную трубу наружным диаметром 0,426 м, толщиной стенки 11 мм. Внутренний диаметр трубы 0,404 м /23, с. 16-17/. 

    Фактическая скорость сырья в трубе равна: 

    ω = 4·G/(π·d²)                                                 (2.65)

    где G – расход сырья, м³/с;

    d – внутренний диаметр трубы, м. 

    ω = 4·0,034/(3,14·0,404²) = 0,27 м/с

    Примем, что коррозия трубопровода незначительна.

    Определим потери на трение и местные сопротивления. Найдём число Рейнольдса /23, с. 21/:

    Re = (ω·d·ρ)/μ                                                (2.66)

    где ρ – плотность сырья, кг/м³;

    ω – фактическая скорость сырья  в трубе, м/с;

    d – внутренний диаметр трубы, м;

    μ – динамическая вязкость сырья, Па·с.