Расчет печи и выносной реакционной камеры. Материальный баланс установки висбрекинга. Состав топливного газа

Расчетная часть

Расчет печи и выносной реакционной камеры

Таблица 1

Материальный баланс установки висбрекинга

Статьи баланса	%мас. на сырье	т/год	т/ч	кг/ч
Приход 1.  Гудрон Расход 1.  Газ до С4 + Н2S 2.  С5 – С6 3.  Бензиновая фракция 4.  Газойль 5.  Крекинг-остаток + потери Итого	100 2,3 1,4 4,7 10,7 80,9 100	300000 6900 4200 14100 32100 242700 300000	39,06 0,90 0,55 1,83 4,18 31,60 39,06	39060 900 550 1830 4180 31600 39060

Сырье – гудрон шкаповской нефти

Выход на нефть 24,9%мас.

Производительность установки 300000 т/год

Установка работает 320 дней в году (7680 ч).

1.  Расчет печи

1.1  Расчет процесса горения

В качестве топлива используется сухой газ следующего состава

Таблиа 2

Состав топливного газа

Компоненты	Формула	Молекулярная масса	Хi, %мас	Xi’, %мол
Водород Метан Этилен Этан	Н2 СН4 С2Н4 С2Н6	2 16 28 30	0,56 46,12 7,20 46,12	5,65 58,14 5,19 31,02
Итого			100	100

Пересчитываем массовый состав в мольный

Х_i’ = Х_i* 

где  Мср – средняя молекулярная масса газа

Мi – молекулярная масса i – ого компонента

Мср =

Мср = 20,17

Низшая теплота сгорания топлива

Q_р^н = 360,33*СН₄ + 590,4*С₂Н₄ + 631,8*С₂Н₆ + 251,2*Н₂,    [1, с155]

где Q_р^н – низшая теплота сгорания топлива, кДж/м³

СН₄, С₂Н₄, С₂Н₆, Н₂ – содержание соответствующих комтонентов в топливе, %об

Q_р^н = 360,33*58,14 + 590,4*5,19 + 631,8*31,02 + 251,2*5,65 = 45032 кДж/м³

Плотность топливного газа при нормальных условиях, кг/м³ [2, с7]

ρ_г = Мср/22,4

ρ_г = 20,17/22,4 = 0,900 кг/м³

Массовая теплота сгорания топлива, кДж/кг

Q_р,м^н = Q_р^н/ρ_г

Q_p,м^н = 45032/0,9 = 50036 кДж/кг

Содержание углерода в i – м компоненте топлива

C_i = , [1, с156]

где ni – число атомов углерода в i – м компоненте топлива

Содержание углерода

С =

С =  +  +  = 77,66 %мас

Содержание водорода

Н = = , [1, c156]

где mi – число атомов водорода в i – м компоненте топлива

Н =  +  +  +  = 22,34 %мас

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг газа

L₀ = , [1, c156]

L₀ =  = 16,79 кг/кг

Принимаем коэффицент избытка воздуха α = 1,1

Действительное количество воздуха

L_д  = L₀*α

L_д = 16,79*1,1 = 18,47 кг/кг

Определяем количество продуктов сгорания, образующихся при сгораниии 1 кг топлива [1, c156]

m_co2 = 0,0376*C

m_H2O = 0,09*H

m_O2 = 0,23*L₀*(α -1)

m_N2 = 0,77*L_д

m_co2 = 0,0376*77,66 2,92 кг/кг

m_H2O = 0,09*22,34 = 2,01 кг/кг

m_O2 = 0,23*16,79*(1,1-1) = 0,39 кг/кг

m_N2 = 0,77*18,47 = 14,22 кг/кг

Суммарное количество проддуктов сгорания

= 2,92 + 2,01 + 0,39 + 14,22 = 19,54 кг/кг

Объемное колтчество продуктов сгорания (м³) на 1кг топлива [1, c157]

V_co2 =

V_H2O =

V_O2 =

V_N2 =

V_CO2 =  = 1,49 м³/кг

V_H2O =  = 2,50 м³/кг

V_O2 =  = 0,27 м³/кг

V_N2 =  = 11,38 м³/кг

Суммарный объем продуктов сгорания

       = 1,49 + 2,50 + 0,27 + 11,38 = 15,64 м³/кг

Плотность продуктов сгорания

 = 1,249 кг/м³

КПД печи и полезное тепло печи [1,c186]

η = 1- ( + )

где q₁ – потери тепла печью в окружающую среду, кДж на 1 кг топлива

q₂ – потери тепла с уходящими из печи дымовыми газами, кДж на 1 кг топлива

Потери тепла печью в окружающую среду q₁ принимем 3% от низшей теплоты сгорания

q₁ = 0,03*Q_р^н

q₁ = 0,03*50036 = 1501 кДж на 1 кг топлива

Принимаем температуру уходящих из печи дымовых газов Т_ух = 673 К, по графику [1, c186] найдем:

q₂ = 9500 кДж на 1кг топлива

Полезное тепло печи [1, c186]

Q_пол = Q_с + Q_п

где Q_пол – полезное тепло печи, кДж/ч

Q_с – количество тепла передаваемого гудрону, кДж/ч