Материальный баланс реактора рассчитывается исходя из глубины превращения и качества сырья. Для данного процесса и выбранного катализатора глубина превращения сырья х = 75,8 % [4]. Тогда по графику [5] определяется выход бензина vб = 56 %. Рассчитывается выход фракции стабильного бензина для перерабатываемого сырья:
(1.1)
где а – поправка, учитывающая активность катализатора, а = 1,14 [4]; 
соответственно относительные плотности бензина и сырья.
Выход бутан-бутиленовой фракции [8]
(1.2)
Выход суммы сухого газа и пропан-пропиленовой фракции [8]
(1.3)
Принимается выход сухого газа хсг = 3,5 % [9], тогда выход ППФ
Также по [9] принимается выход кокса и количество потерь
Выход каталитического газойля определяется по разности
(1.4)
По [4] выход тяжелого газойля хтг = 6 %.
По рассчитанным данным составляется материальный баланс реактора (таблица 1.3), также пересчитываются количества всех потоков в кг/ч по формуле
(1.5)
1.2.2 Расчет процесса сжигания кокса при регенерации катализатора [2]
Суть данного расчета сводится к определению общей массы и объема воздуха, который требуется непрерывно подавать в регенератор для выжигания отлагающегося на катализаторе кокса. Эти данные нужны для тепловых и гидродинамических расчетов, а также для расчета размеров регенератора.
Принимается элементный состав кокса, отлагающегося на катализаторе: С – 90 %, Н – 5 %, S – 5 % [2].
Полноту сгорания кокса характеризует отношение содержания диоксида углерода к содержанию оксида углерода. Так как в состав выбранного катализатора крекинга DSE-860P входит промотор дожига оксида углерода, то отношение СО2/СО принимается равным 20 [9].
Величина коэффициента избытка воздуха принимается α = 1,25.
Таблица 1.3 – Материальный баланс реактора
| Продукт | Количество | Состав | ||
| т/г | кг/ч | % масс. на сырье | % масс. на загрузку реактора | |
| Взято: |
|
|
|
|
| Вакуумный газойль | 1000000 | 122549 | 100,00 | 83,33 |
| Рециркулирующий каталитический газойль | 200000 | 24509,8 | 20,00 | 16,67 |
| Итого: | 1200000 | 147058,8 | 120,00 | 100,00 |
| Получено: |
|
|
|
|
| Сухой газ | 35000 | 4289,21 | 3,50 | 2,92 |
| ППФ | 64280 | 7877,451 | 6,43 | 5,36 |
| ББФ | 105808,23 | 12966,7 | 10,58 | 8,82 |
| Бензин С5 - 180 °С | 529041,15 | 64833,48 | 52,90 | 44,09 |
| Легкий газойль 180 - 350 °С | 155870,61 | 19101,79 | 15,59 | 12,99 |
| Тяжелый газойль > 350 °С | 60000 | 7352,94 | 6,00 | 5,00 |
| Кокс | 45000 | 5514,70 | 4,50 | 3,75 |
| Потери | 5000 | 612,7451 | 0,50 | 0,42 |
| Циркулирующий каталитический газойль | 200000 | 24509,8 | 20,00 | 16,67 |
| Итого: | 1200000 | 147058,8 | 120,00 | 100,00 |
Определяется массовый состав углерода, сгорающего до СО и СО2. Так как мольные и объемные компоненты в газовой фазе равны, а из 1 моль С образуется 1 моль СО или СО2, то выбранное ранее соотношение СО2/СО = 20 остается справедливым и для массового состава газов. Тогда на 1 атом углерода, сгорающего до СО, будет приходиться 1 атом углерода, сгорающего до СО2. Исходя из этого, определяются массовые доли компонентов кокса, сгорающих до соответствующих оксидов. Результаты расчетов представлены в таблице 1.4.
Таблица 1.4 – Результаты расчета элементного состава кокса
| Компонент | Образующийся оксид | Массовая доля в коксе | Расход О2, кг/кг |
| С | СО | 0,043 | 0,057 |
| С | СО2 | 0,857 | 2,286 |
| S | SО2 | 0,050 | 0,050 |
| Н | Н2О | 0,050 | 0,400 |
| Сумма | 1,000 | 2,793 |
Определяется удельный расход кислорода, необходимый для сжигания кокса, согласно стехиометрическим уравнениям
(1.6)
Рассчитанные значения также заносятся в таблицу 1.4. Определяется теоретическое количество воздуха, необходимое для выжига кокса:
(1.7)
Практический удельный расход воздуха (объем при нормальных условиях (н.у.))
(1.8)
(1.9)
Для определения общего количество воздуха, направляемого в регенератор, нужно найти количество выжигаемого кокса. Для этого рассчитывается количество циркулирующего в системе катализатора
(1.10)
Тогда количество кокса, который остался на регенерированном катализаторе,
(1.11)
где 
остаточное содержание кокса на регенерированном катализаторе, принимается 
% [9].
Отсюда количество выжигаемого в регенераторе кокса
(1.12)
Общее количество воздуха, подаваемого в регенератор,
(1.13)
(1.14)
Общая масса дымовых газов на 1 кг кокса
(1.15)
Аналогично рассчитывается количество образовавшихся оксидов углерода, серы и водорода. Число молей компонентов дымовых газов определяется по формуле
(1.16)
Рассчитанные мольные и массовые доли компонентов дымовых газов представлены в таблице 1.5.
Таблица 1.5 – Результаты расчета состава дымовых газов
| Продукт | Масса, кг/кг | Мi, г/моль | Ni, моль | хi масс. | хi мольн. |
| СО | 0,100 | 28 | 0,004 | 0,006 | 0,006 |
| СО2 | 3,143 | 44 | 0,071 | 0,178 | 0,121 |
| SО2 | 0,100 | 64 | 0,002 | 0,006 | 0,003 |
| Н2О | 0,450 | 18 | 0,025 | 0,026 | 0,042 |
| О2 (изб.) | 0,698 | 32 | 0,022 | 0,040 | 0,037 |
| N2 | 13,133 | 28 | 0,469 | 0,745 | 0,792 |
| Сумма | 17,624 |
| 0,592 | 1,000 | 1,000 |
Объем влажных дымовых газов при н.у.
(1.17)
Средняя молекулярная масса влажных дымовых газов
(1.18)
Средняя плотность влажных дымовых газов при н.у.
(1.19)
Таким образом, при регенерации катализатора на каждый килограмм сгорающего кокса будет получаться 17,62 кг или 13,27 м3 (н.у.) влажных дымовых газов со средней молекулярной массой 29,75 кг/кмоль и плотностью 1,33 кг/м3.
По формулам (1.14) и (1.15) аналогично общему количеству воздуха определяем общее количество дымовых газов:
Выполняется проверка:
(1.20)
Таким образом, общие количества воздуха, подаваемого в регенератор, и образовавшихся дымовых газов найдены верно.
1.2.3 Тепловой баланс регенератора [2]
В регенераторе установки Г-43-107 избыток тепла от сгорания кокса аккумулируется и отводится в реактор самим циркулирующим катализатором. Поэтому смысл расчета теплового баланса для данного аппарата будет заключаться в определении количества катализатора, которое должно циркулировать в системе.
Уравнение теплового баланса регенератора:
(1.21)
где 
тепло, соответственно вносимое и отводимое катализатором; 
тепло, соответственно вносимое и отводимое коксом; 
тепло, вносимое воздухом; 
теплота сгорания кокса; 
тепло, отводимое дымовыми газами; 
потери тепла.
Количество тепла, переносимого i-м потоком, определяем по формуле
(1.22)
где сi – теплоемкость вещества; ti – температура потока.
По справочным данным теплоемкости катализатора, кокса и воздуха при температурах их потоков: 
[5], 
[2], 
[12].
Теплоемкость дымовых газов рассчитывают по правилу аддитивности, используя теплоемкости компонентов [10] дымовых газов и их массовый состав. Результаты расчета представлены в таблице 1.6. Таким образом, теплоемкость дымовых газов равна 
.
Таблица 1.6 – Результаты расчета теплоемкости дымовых газов
| Компонент | сi, кДж/кг | сi·хi |
| СО | 1,166 | 0,0066 |
| СО2 | 1,200 | 0,2139 |
| SО2 | 0,828 | 0,0046 |
| Н2О | 2,228 | 0,0568 |
| О2 (изб.) | 1,076 | 0,0426 |
| N2 | 1,148 | 0,8554 |
| Сумма |
| 1,1802 |
Низшая теплота сгорания кокса рассчитывается по формуле Менделеева с поправкой на количество углерода, сгорающего до соответствующих оксидов:
(1.23)
где C, H, O, S, W – содержание в коксе соответствующих элементов и воды.
Теплота сгорания кокса равна
(1.24)
Количество потерь тепла находится по формуле
(1.25)
Расчеты теплового баланса регенератора по формуле (1.22) представлены в таблице 1.7. Подставляя полученные значения в уравнение теплового баланса, получим
Таблица 1.7 – Тепловой баланс регенератора
| Поток | Количество, кг/ч | ci, кДж/(кг·К) | t, °С | Энтальпия, кДж/кг | Количество тепла, кДж/ч |
| Приход: |
|
|
|
|
|
| Катализатор | 503629,70 | 1,15 | 500 | 888,95 | 447701623,70 |
| Кокс | 5514,71 | 2,50 | 500 | 1932,50 | 10657169,12 |
| Воздух | 88328,33 | 1,01 | 20 | 295,93 | 26139002,61 |
| Теплота сгорания кокса | - | - | - | - | 171360031,91 |
| Итого: |
|
|
|
| 655857827,34 |
| Расход: |
|
|
|
|
|
| Катализатор | 503629,70 | 1,15 | 640 | 1049,95 | 528786005,74 |
| Кокс | 201,45 | 2,50 | 640 | 2282,50 | 459813,92 |
| Дымовые газы | 93641,58 | 1,18 | 640 | 1077,60 | 100908002,89 |
| Потери | - | - | - | - | 25704004,79 |
| Итого: |
|
|
|
| 655857827,34 |
Отсюда определяется количество циркулирующего в системе катализатора
По формуле (1.10) определяется кратность циркуляции катализатора
Так как полученное значение совпадает с заданным, расчеты выполнены верно.
Дата: 2019-02-25, просмотров: 353.
