4.2.4 Тепловой баланс реактора

Исходные данные для расчета и результаты однократного испарения для печи представим в виде таблиц 4.5 и 4.6.

Таблица 4.5 – Исходные данные

Исходные данные	Значение
Температура нагрева остатка, оС	470,0
Давление на выходе из печи P1, МПа	0,300
Количество водяного пара Gвп, масс. доля	0,030
Количество гудрона Gг, кг/с	10,5

Таблица 4.6 – Результаты расчетов однократного испарения

Наименование параметра	ОИ	Единица измерения
Массовая доля отгона	0,0031	-
Мольная доля отгона	0,0035	-
Давление (на выходе)	0,300	МПа
Температура (на выходе)	470,0	°C
Критическая температура	966,3	K
Критическое давление	1,331	МПа
Плотность жидкости	0,947	г/см3
Плотность пара	0,935	г/см3
Молекулярная масса сырья	1196,4	г/моль
Плотность сырья	1383,1	г/см3
Количество водяного пара	5,3	моль/моль

Количество тепла, вносимое в камеру:

а) турбулизатором

Энтальпия рассчитывается, исходя из теплоемкости водяного пара:

I_т = C_p∙t_т, (4.12)

где C_p – энтальпия водяного пара при t_т, равной температуре на входе в камеру, зависимость энтальпии водяного пара от температуры показана на рисунке 4.2.;

Q_т = G_т I_т; (4.13)

б) углеводородными парами

Теплосодержание паров определяют по формуле

= (210 + 0,457∙t + 0,000584∙ t ²)∙(4,013 – ρ₄²⁰) – 309, (4.14)

Q_y = G_yI_y; (4.15)

Рисунок 4.2 – Зависимость энтальпии водяного пара от температуры

в) жидкой фазой

Теплосодержание жидкой фазы при 150 и 483,5 ^оС определяют по формуле

(4.16)

где ρ₄²⁰ – плотность гудрона при 20 ^оС, г/см³; t – температура гудрона, ^оС.

Q_ж = G_хI_х. (4.17)

Общее количество тепла, вводимое в реакционную камеру, равно:

Q_вход = Q_т + Q_y + Q_ж. (4.18)

Результаты расчетов сведем в таблицу 4.7.

Таблица 4.7 – Приход тепла в камеру

Количество тепла, кДж/ч		Значение
Кол-во тепла, вносимое в камеру турбулизатором	QT	6899164,557
Кол-во тепла, вносимое углеводородными парами	Qy	168289,3791
Кол-во тепла, вносимое жидкой фазой	Qx	47285772,01
Общее количество тепла:	Qвх	54353225,95

Количество тепла, выносимое из камеры:

а) парами с верха реакционной камеры

Предварительно принимается температура паров на выходе из камеры t_в = 538^оС, которая уточняется дальнейшим расчетом.

Для этой температуры определяется энтальпия продуктов по эмпирическим формулам:

- для газообразных нефтепродуктов (например, газ, бензин) по уравнению (4.14), куда подставим плотность нефтепродукта и температуру верха реактора;

- для жидких нефтепродуктов, таких как тяжелый газойль, легкий газойль, кубовый газойль, по уравнению (4.16);

- для водяного пара по рисунку 4.2.

Найденные количества тепла продуктов приведены в таблице 4.8.

б) коксом

Энтальпия кокса рассчитывается на основании средней теплоемкости:

I_к = С_p(Кокс)∙t_Кокс, (4.19)

где С_p(Кокс) –средняя теплоемкость кокса, кДж/(кг∙^оС); t_Кокс – средняя температура кокса в камере, °С

t_ср=(t_в+t)/2, (4.20)

где t –температура сырья на входе в камеру,∙^оС; t_в –температура паров на выходе из камеры, °С.

На рисунке 4.3 показана зависимость средней теплоемкости кокса С_p(Кокс) от температуры.

Рисунок 4.3 – Зависимость средней теплоемкости кокса С_{p(Кокса)} от температуры

При t_КОКСА = 504,1 ^оС С_p(Кокс) = 1,4652 кДж/кг∙^оС.

Подставив числовые значения в (4.19), получим

I_Кокс = 1,4652∙504,1 = 738,63 кДж/кг;

в) потери тепла в окружающую среду:

Q_y = α∙S∙∆t , (4.21)

где α – коэффициент теплопередачи от наружной поверхности теплоизоляции в окружающую среду, принимаем равным 25 кДж/(м²∙ч∙^оС); ∆t – разность температур между изоляцией и окружающей средой, принимается равной 40 °С; S – наружная поверхность изоляции, определяется исходя из геометрических размеров реактора:

S = S_в + S_ц + S_к, (4.22)

где S_в – поверхность нижней цилиндрической части;

(4.23)

S_ц – поверхность верхней цилиндрической части:

(4.24)

S_к - поверхность конической части:

(4.25)

Полная наружная поверхность изоляции реактора по формуле (4.22):

S = 78,5 + 253,2 + 42,9 = 375,18 м².

Рассчитываются тепловые потери по формуле (4.21):

Q_y = 25∙375,18∙40 = 375183,15 кДж/ч.

Результаты расчета расхода тепла из реакционной камеры сводятся в таблицу 4.8.

Таблица 4.8 – Расход тепла из камеры

Компонент	Gi, кг/ч	Энтальпия, кДж/кг	Количество тепла Qi, кДж/ч
Газ	1515,0	2191,3341	3319871,175
Бензин	947,0	1733,9262	1642028,099
Легкий газойль	3598,0	1643,9074	5914778,851
Тяжелый газойль	10606	1628,9043	17238271,04
Водяной пар	1667,0	4770,9399	7953156,737
Кокс	21023,0	738,6370	15528366,46
Qпр	-	-	2353164,693
Qy	-	-	375183,2
Сумма:	1515,0	2191,3341	3319871,175

Согласно тепловому балансу

Q_вход = Q_вых, (4.26)

54353225,95 кДж/ч = 54324820,02 кДж/ч,

из этого равенства следует, что температура верха подобрана верно, принимается t_в = 538,2^оС.