Проект установки гидрокрекинга

          (3.27)

Тепло, необходимое для  нагрева сырья  :

                               (3.28)

Тепло, необходимое для  испарения сырья 

                   (3.29)

где производительность печи (по сырью), кг/ч; массовая доля отгона сырья, доли единицы; энтальпия жидкости при температурах входе и выхода ее из печи, кДж/кг; энтальпия паров при температуре выхода их из печи, кДж/кг.

 

Энтальпия сырья при t =210 ^oC:

для вакуумного газойля:

кДж/кг

для циркулирующего газа:

 кДж/кг

 кДж/кг

 кДж/кг

 кДж/кг

Энтальпия смеси:

 кДж/кг

Энтальпия сырья при t = 440 ^oC:

 кДж/кг

для циркулирующего газа:

 кДж/кг

 

 кДж/кг

 

 кДж/кг

 

 кДж/кг

Энтальпия смеси:

 кДж/кг

Тепло, необходимое для  нагрева продукта: 

 кДж/кг

или 5116252,711 Вт

Энтальпия паров вакуумного газойля при t =440 ^оС.

 кДж/кг

Энтальпия смеси:

 кДж/кг

Тепло, необходимое для  испарения смеси:

 кДж/кг

или 8984122,63 Вт

Полезная тепловая нагрузка печи:

 кДж/кг

или 14100375,341 Вт

 

 

Теплота сгорания топлива

 

Теплота сгорания топлива- количество тепла, выделяющегося при  сгорании 1кг топлива.

Для определения низшей теплоты сгорания любого топлива  можно использовать формулу Д.И.Менделеева:

                       (3.30)

В качестве топлива взят газ следующего состава:

С-85,15%; Н-13,24%; N₂-0,05%; S-0,67%; О₂-0,89 %

 кДж/кг

Определим теоретическое  количество воздуха, необходимое для  сжигания 1кг газа по формуле:

              (3.31)

кг/кг

Для печей с излучающими  стенками коэффициент избытка воздуха  =1,03 1,07. Принимаем =1,05. Тогда действительное количество воздуха:

кг/кг

или

м³/кг

Определим количество продуктов  сгорания, образующихся при сгорании 1кг топлива:

кг/кг

кг/кг

£ кг/кг

£ кг/кг

Суммарное количество продуктов  сгорания:

кг/кг

Проверка:

α кг/кг

 

Коэффициент полезного действия (КПД)

 

Коэффициент полезного  действия трубчатой печи – доля тепла, полезно использованного в печи на нагрев нефтепродукта. При полном сгорании топлива КПД печи зависит от ее конструкции, от потерь тепла с уходящими дымовыми газами и через кладку печи, от коэффициента избытка воздуха.

КПД печи определяется по формуле:

        (3.32)

где КПД печи; теплота сгорания топлива, кДж/кг; потери тепла в окружающую среду через кладку печи, кДж/кг топлива; потери тепла с уходящими дымовыми газами, кДж/кг топлива; потери тепла неполноты сгорания топлива, кДж/кг (практически 0,5 %).

 

Тепловые потери в  окружающую среду через кладку составляют 4–8 % от рабочей теплоты сгорания топлива. Потери тепла с дымовыми газами, уходящими из печи в дымовую трубу, зависят от коэффициента избытка воздуха и температуры этих газов. Обычно температуру уходящих дымовых газов принимают на 150-200^оС выше температуры поступающего в печь сырья, т.е.

           (3.33)

где температура уходящих дымовых газов, ^оС; температура поступающего в печь сырья, ^оС.

^оС

Потери тепла с дымовыми газами определяются по графику [Приложение 36; Сард] зависимости теплоты от температуры и коэффициента избытка воздуха.

кДж/кг

 

Потери тепла от неполноты  сгорания топлива примем 0,5%.

кДж/кг

По полученным данным рассчитаем КПД печи:

КПД печи составляет 76,9%.

 

Расход топлива

 

Расход топлива в  печи вычисляют по формуле:

             (3.34)

кг/ч

 

Расчет радиантной секции

 

1) Задаются температурой  дымовых газов над перевальной  стенкой  800^оС.

2) Определяют среднюю  теплоемкость продуктов сгорания 1кг топлива при этой температуре.

     (3.35)

Теплоемкость продуктов  сгорания определяют по графику на рис.39 [10].

кДж/кг∙К

Энтальпия продуктов  сгорания:

 кДж/кг

3) Приведенную температуру  исходной системы  определяют по формуле, но в случае работы без рециркуляции дымовых газов ее можно принять равной температуре поступающего воздуха, т.е.

4) Максимальную расчетную  температуру горения определяют  по формуле:

             (3.36)

где КПД топки- рекомендуется принимать в пределах 0,94-0,98.

^оС

К

5) Количество тепла,  воспринимаемого сырьевой смесью  через радиантные трубы рассчитывают  по формуле: 

           (3.37)

кДж/ч

или 10670283,460 Вт

6) Количество тепла,  воспринимаемого сырьевой смесью  через конвекционные трубы

кДж/ч

или 11136407,714 Вт

7) Энтальпия смеси  на входе в радиантные трубы  по формуле:

      (3.38)

где энтальпия сырья при входе в печь, кДж/кг, масса сырья.

 кДж/кг

По таблицам зависимости  энтальпии от температуры [16] находим .

8) Средняя температура  наружной поверхности радиантных труб по формуле:

                                         (3.39)

где конечная температура нагрева сырья, ^оС; разность температур между наружной поверхностью труб и температурой сырья ( .

^оС

К

9) По графикам на  рис.39 (а, б) по известным  и интерполяцией находят значение параметра :

Вт/м²

Общее количество тепла, вносимого в топку составляет:

кДж/ч

или 17419200,548 Вт

Предварительное значение эквивалентной абсолютно черной поверхности:

м²

10) Задаемся степенью  экранирования кладки  .

По графику [10] определяют величину

11) Эквивалентная плоская  поверхность

м²

12) Площадь заэкранированной  плоской поверхности заменяющей  трубы:

м²

Фактор  определяют по графику [10].  При однорядном экране и расстоянии между трубами 2d фактор формы

13) Поверхность радиантных  труб:

м²

14) Проводим проверочный расчет радиантной секции. Величина неэкранированной поверхности по формуле:

м²

15) Уточненное значение  абсолютно черной поверхности  по формуле: 

             (3.40)

где степень черноты поглощающей среды, зависит от концентрации трехатомных газов в продуктах сгорания топлива; приближенно для данного топлива можно подсчитать:

 принимается равной 0,8-0,85; и соответственно степень черноты экрана и кладки печи; рекомендуется коэффициент.

Коэффициент определяется по уравнению:

       (3.41)

где угловой коэффициент взаимного излучения поверхностей экрана и кладки, определяется в зависимости от отношения ; если то ;  если то ; суммарная поверхность экрана и кладки, м².

 т.е. 

Значение абсолютно  черной поверхности:

м²

16) Коэффициент теплоотдачи  свободной конвекцией от дымовых  газов к радиантным трубам по формуле:

        (3.42)

Вт/(м²∙^оС)

17) Температурная поправка  теплопередачи в топке определяется по формуле:

            (3.43)

где поверхность радиантных труб, м²; максимальная температура горения, ; средняя температура экрана, ; постоянная излучения абсолютно черного тела; Вт/(м²∙К).

 

18) Аргумент излучения  определяется по формуле: 

                 (3.44)

19) Характеристика излучения  может быть найдена по графику на рисунке 43[10] в зависимости от найденного аргумента излучения; .

20) Уточненное значение  температуры дымовых газов на  перевале по формуле:

 (3.45)

^оС

Результат между найденной  температурой дымовых газов на перевале и принятой небольшая, т.е. равняя 5,15^оС, поэтому результат вычислении можно считать окончательным.

21) Коэффициент прямой отдачи определяют по формуле:

       (3.46)

где приведенная температура исходной смеси, ^оС.

22) Количество тепла,  полученного радиантными трубами 

кДж/час

или Вт.

23) Тепловая напряженность  радиантных труб по формуле: 

                                               (3.47)

Вт/м²

или

кДж/м²_.

24) Число труб в радиантной камере. 

Полезная поверхность  одной трубы определяется по формуле:

      (3.48)

где диаметр труб, м.

Диаметр трубы определяется по приложению 41[10], в зависимости от необходимого сечения труб, определяемого по формуле:

                                           (3.49)

где производительность печи, кг/час; плотность сырья; скорость протекания продукта по трубам, м/с.

 

Скорость протекания по трубам 3–10м/с для паров и  газов, находящихся под давлением.

м²

Этому значению сечения  соответствуют трубы с диаметром d = 152x12мм.

По полученным значениям  и выбираем марку печи из приложения 42[10].

кДж/час

кДж/м²

Этим значениям соответствуют  печи типа ГН2 .

Количество труб в  радиантной камере:

м²

Принимаем 76 труб в радиантной камере.

 

3.4. Выбор основных  и вспомогательных аппаратов

 

Реактор гидрокрекинга  представляет собой цилиндрический аппарат со сферическими днищами. Реактор  имеет диаметр 2600мм, высоту цилиндрической части 11000мм. Стенка выполнена из стали 12ХМ и имеет внутреннюю защитную футеровку из торкрет-бетона. Ввод газопродуктовой смеси осуществляется через штуцер в верхнем днище со специальным распределительным устройством. Вывод продуктов реакции – через штуцер в нижнем днище, снабженный специальной сеткой для задержки катализатора.

Ввиду высокого теплового  эффекта реакции необходимо вводить  хладагент непосредственно в реактор. По этой причине катализатор не укладывается сплошным слоем, а располагается на 2–4 специальных решетках с промежутками между остальными слоями. Под решетки через специальные распределители вводится хладагент. Под решетки через специальные распределители вводится хладагент.