2.4 Расчет теплового баланса регенератора

Исходные данные для расчета:

- температура катализатора на входе в регенератор: t₁ = 500 °С;

- температура катализатора на выходе из регенератора: t₂ = 640 °С;

- температура дымовых газов: t₃ = 680 °С;

- температура регенерационного воздуха: t₄ = 120 °С.

В регенераторе установки Г-43-107-М/1 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

Q_р^н + Q_кт1 + Q_кокс + Q_возд. = Q_д.г. + Q_кт2 + Q_пот,

где Q_р^н ‒ количество тепла, вносимое в результате горения кокса;

Q_кт1 ‒ количество тепла, вносимое циркулирующим катализатором;

Q_кокс ‒ количество тепла, вносимое образовавшимся коксом;

Q_возд. ‒ количество тепла, вносимое воздухом;

Q_д.г. ‒ количество тепла, уносимого дымовыми газами;

Q_кт2 ‒количество тепла, уносимое циркулирующим катализатором;

Q_пот ‒ количество тепла, теряемое в окружающую среду.

Тепло, вносимое в регенератор:

1. в результате горения кокса

Q_р^н = G_кокса · q_р^н ,

где q_р^н - низшая теплота сгорания кокса, кДж/кг.

Низшая теплота сгорания кокса рассчитывается по формуле Менделеева с поправкой на количество углерода, сгорающего до соответствующих оксидов

q_р^н = (339 · СО₂ + 105 · СО) · С + 1030 · Н - 109 · (О - S) - 25 · W, (2.15)

где C, H, O, S,W ‒ содержание в коксе соответствующих элементов и воды

q_р^н = (339 · 0,566 + 105 · 0,324) · 90 + 1030 · 8,5 + 109 · (0 - 2,5) - 25 ·0 =

= 29132,1 кДж/кг

Q_р^н = 29132,1 · 13210,78 = 384857764 кДж/ч

2. циркулирующим катализатором

Q_кт1 = G_кат · с_кат · t₁,

где с_кат ‒ теплоемкость катализатора равная 1,15 кДж/(кг · °С);

G_кат ‒ масса катализатора, кг

Q_кт1 = G_кат · 1,15 · 500 = 580,75 · G_кат

3. с образовавшимся коксом

Q_кокс = G_кокс · с_кокс · t₁,

где с_кокс ‒ теплоемкость кокса равная 2,5 кДж/(кг · °С)

Q_кокс = 13210,78 · 2,5 · 500 = 16513475 кДж/ч

4) вносимое воздухом

Q_возд. = G_возд. · с_возд. · t₄,

где с_возд. ‒ теплоемкость воздуха равная 1,04 кДж/(кг · °С)

Q_возд. = 189971,01 · 1,04 · 20 = 3951397 кДж/ч.

Тепло, уносимое из регенератора:

1) дымовыми газами

Q_д.г. = G_д.г. · с_д.г. · t₃

с_д.г. = Σ с_i · х_i,

где с_i ‒ теплоемкость i-го газа, кДж/(кг · °С);

х_i ‒ массовые доля i-го газа.

Теплоемкость дымовых газов рассчитывают по правилу аддитивности используя теплоемкости компонентов дымовых газов [21] и их массовый состав. Результаты расчета приведены в таблице 2.4.

Таблица 2.4 – Результаты расчета теплоемкости дымовых газов

Компонент	сi, кДж/кг	сi·хi
СО	1,166	0,057
СО2	1,200	0,162
SО2	0,828	0,003
Н2О	2,228	0,111
О2 (изб.)	1,076	0,046
N2	1,148	0,827
Сумма		1,205

Теплоемкость дымовых газов равна c_д.г. = 1,205 кДж/(кг · °С).

Q_д.г. = 203181,79 · 640 · 1,205 = 156693796,45 кДж/ч

2) циркулирующим катализатором

Q_кт2 = G_кат · с_кат · t₂

Q_кт2 = G_кат ·1,15 · 640 = 736 · G_кат

4. в окружающую среду

Потери тепла находятся по формуле

Q_пот = 0,15 · Q_р^н

Q_пот = 0,15 · 384857764 = 57728664,6.

Подставляя полученные значения в уравнение теплового баланса, получим

384857764 + 580,75 · G_кат +16513475 + 3951397 = 156693796,75 +

+ 736 · G_кат +57728664,6.

Количество циркулирующего в системе катализатора составляет

G_кат = 1229630,76 кг/ч.

Расчеты теплового баланса регенератора приведены в таблице 2.5.

Таблица 2.5 – Тепловой баланс регенератора

Приход. Потоки	Количество тепла, кДж/ч	Расход. Потоки	Количество тепла, кДж/ч
1	2	3	6
Катализатор	714108063,87	Катализатор	905008239,36
Кокс	16513475	Дымовые газы	156693796,45
Воздух	3951397	Потери	57728664,6
Теплота сгорания кокса	384857764	-	-
Итого:	1119430700	Итого:	1119430700

Вывод: В результате расчета теплового баланса регенератора, было вычислено количество катализатора, которое должно циркулировать в системе. Количество циркулирующего в системе катализатора составляет G_кат = 1229630,76 кг/ч.