3.2. Материальный баланс процесса термолиза мазута с элементной серой

Таблица 3.1.

Материальный баланс процесса.

Потоки:	% на сырьё установки	% на нефть	тыс.т/год	кг/ч
Поступило:
Мазут >350 0С	100,00	58,00	580,00	71078,43
сера	10,00	5,80	58,00	7107,84
Итого:	110,00	63,80	638,00	78186,27
Получено:
продукт термолиза	101,00	58,58	585,80	71789,22
газы	9,00	5,22	52,20	6397,06
Итого:	110,00	63,80	638,00	78186,27

3.3. Тепловой баланс процесса

3.3.1. Приход тепла

1. Тепло с сырьём определяется по формуле:

Q_c.=G_f•H₂₂₀ (3.1),

где H₂₂₀ – энтальпия мазута при температуре входа в реактор – 220 ⁰С, кДж/кг.

Q_c.=71078,43•456,45=32443749,37 кДж/ч.

2. Тепло, вносимое в реактор серой.

Q_s=G_s•c_s•t (3.2),

где G_s – расход серы, кг/ч; c_s – теплоёмкость серы, кДж/(кг•К), t- температура ввода серы в реактор, ⁰С.

Теплоёмкость жидкой серы при 120 ⁰С равна 1,45 кДж/(кг•К).

Q_s=7107,84•1,45•120=1236764,16 кДж/ч.

3. Тепло, вносимое в реактор перегретым водяным паром при 300 ⁰С.

Q_в.п.=G_в.п.•H_в.п. (3.3),

где G_в.п – количество водяного пара, кг/ч, H_в.п – энтальпия водяного пара, кДж/ч.

По справочнику [23] находим: энтальпия перегретого водяного пара при 300 ⁰С равна 734,7 ккал/кг. При переводе калорий в килоджоули получим: H_в.п=3078,39 кДж/кг.

3.3.2. Расход тепла

1. Тепло, отводимое газами.

Q_г.=G_г.•H_г. (3.4)

Энтальпию газов определяем по известной энтальпии газов окисления битумной установки. Эта энтальпия равна 1200 кДж/кг.

Q_г.=6397,06_.•1200=7676472 кДж/ч.

2. Тепло, отводимое серосодержащим вяжущим.

Q_вяж.=G_вяж.•с_вяж•t (3.5)

Теплоёмкость жидких нефтепродуктов определяется по формуле [24]:

(3.6)

Плотность мазута при температуре 200 ⁰С находится по формуле [24]:

(3.7)

_{Плотность серы при 200} ⁰С равна 1800 кг/м³.

_{Плотность смеси мазута с серой определится по формуле:}

(3.8)

где ρ₁, ρ₂ – плотности мазута и серы; x₁,x₂ – мольные доли.

Количество вещества мазута равно:

(3.9)

Молекулярная масса мазута рассчитывается по формуле Крэга [24]:

(3.10)

(3.11)

Количество серы равно:

(3.12)

Тогда теплоёмкость получаемого продукта при температуре 200 ⁰С равна:

(ккал/(кг•⁰С))=1,7041 (кДж/(кг•⁰С)).

Q_вяж.=71789,22•1,7041•200=24467201,96 кДж/ч.

3. Тепловой эффект реакции.

Тепловой эффект определяется по экспериментальным данным на основании температуры размягчения вяжущих и температуры реакции.

На рис. 3.2 приведена зависимость между температурой размягчения продуктов термолиза и тепловым эффектом реакции.

Рис. 3.2. График зависимости теплового эффекта реакции мазута с серой от достигаемой температуры размягчения продукта реакции при температуре реакции, равной 200 ⁰С.

Из данных зависимостей определяем, что при температуре, равной 240 ⁰С и температуре размягчения, равной 60 ⁰С (данное вяжущее было получено при добавлении 10% добавки) тепловой эффект равен 300 кДж/кг.

Q_p=I• G_f (3.13),

где I – энтальпия реакции, кДж/кг.

Q_p=300•71078,43=21323529 кДж/ч.

4. Потери тепла в окружающую среду.

Примем потери равными 3% от количества тепла, вносимого в реактор мазутом и серой.

Q_пот.=0,03•(32443,75+1236,76)=1010,42 МДж/ч.

Исходя из теплового баланса, приравняв приход и расход тепла, находим количество водяного пара, вносимого в реактор.

Q_в.п.=(24467,20+7676,47+21393,53+1010,42)-32443,75-1236,76=20867,11 МДж/ч=20867110 кДж/ч.

кг/ч.

Таблица 3.2.

Тепловой баланс процесса получения серосодержащих вяжущих.

Поток	Расход, кг/ч	Температура, 0С	Энтальпия, кДж/кг	Количество теплоты, МДж/ч
Приход:
мазут	71078,43	220	456,45	32443,75
сера	7107,84	120	174,00	1236,76
водяной пар	6778,58	300	3078,39	20867,11
Итого:				54547,62
Расход:
вяжущее	71789,22	200	340,82	24467,20
газы	6397,06	200	1200,00	7676,47
теплота реакции	-	200	300,00	21393,53
потери	-	-	-	1010,42
Итого:	-	-	-	54547,62