2.2.2 Тепловой баланс окислительной колонны

Суть теплового баланса заключается в определении температуры гудрона на входе в окислительную колонну или, задаваясь температурой сырья на входе в окислительную колонну, в определении количества циркулирующего орошения.

Приход тепла в колонну осуществляется:

а) с сырьем Q_с, кДж/ч:

(2.12)

где t_с – температура сырья, ˚С; С_рС – теплоемкость сырья (гудрона), С_рС = 2 кДж/(кг∙к) [3].

б) тепло, выделяющееся при окислении гудрона, Q_р, кДж/ч

(2.13)

где I_P – тепловой эффект реакции окисления гудрона, кДж/кг.

Тепловой эффект реакции окисления зависит как от температуры процесса, так и от природы самого гудрона, то есть, нефти, из которой этот гудрон получается. Приблизительно тепловой эффект реакции окисления можно определить из рисунка 2.2.

Из рисунка 2.2 значение теплового эффекта реакции окисления при температуре процесса 250°С и температуре размягчения битума 47°С составляет 234,6 кДж/кг, следовательно:

в) тепло, вносимое сжатым воздухом, Q_возд, кДж/ч:

(2.14)

где t_ВОЗД – температура сжатого воздуха, принимаем t_ВОЗД = 60˚С; С_рВОЗД – теплоемкость воздуха, С_рВОЗД = 1,009 кДж/(кг ∙ ^оС).

Таким образом, приход тепла Q_приход, кДж/ч, складывается из

(2.15)

Расход тепла из колонны осуществляется:

а) с битумом Q_Б , кДж/ч

(2.16)

где С_рБ – теплоемкость битума, С_рБ = 2,1 кДж/ (кг·ºС); t – температура процесса, t = 250 ºС (таблица 2.2).

б) с газами окисления Q_Г.О, кДж/ч

(2.17)

где G_Г.О – количество газов окисления, кг/ч; С_рГ.О. – теплоемкость газов окисления, кДж/(кг∙К).

Коэффициенты для расчета теплоемкости индивидуальных компонентов газов окисления приведены в таблице 2.5.

_{Рисунок 2.2 – Зависимость теплового эффекта реакции окисления гудрона от достигаемой температуры размягчения битума (числа на линиях - температура процесса окисления гудрона)}

Таблица 2.5 – Коэффициенты для расчета теплоемкости индивидуальных компонентов по уравнению С_р=a∙t² + b∙t + c, где t – температура окисления, °С

Компонент	a	b	c
Азот	3,667 ∙ 10-7	-2,164 ∙ 10-4	1,073
Кислород	2,333 ∙ 10-7	7,357 ∙ 10-5	8,759 ∙ 10-1
Диоксид углерода	-7,381 ∙ 10-7	1,425 ∙ 10-3	4,905 ∙ 10-1
Вода	1,523 ∙ 10-6	-1,288 ∙ 10-3	2,247
Углеводородные газы	-3,381 ∙ 10-6	7,230 ∙ 10-3	-1,977 ∙ 10-1
Отгон	1,587 ∙ 10-6	5,333 ∙ 10-4	1,861

Расчет теплоемкости газов окисления сводится в таблицу 2.6. Для упрощения расчетов за углеводородные газы приблизительно принят пропан, за отгон – керосиновая фракция.

Таблица 2.6 – Расчет теплоемкости газов окисления

Вещество	Расход, кг/ч	Доля масс., mi	Теплоемкость, CрiкДж/(кг∙К)	Ci ∙ mi
Азот	3191,1	0,634	1,0601	0,6724
Кислород	207,2	0,041	0,9782	0,0403
Диоксид углерода	307,7	0,061	1,0339	0,0632
Вода	587,4	0,117	1,9900	0,2323
Углеводородные газы	480,8	0,096	2,6588	0,2541
Отгон	257,1	0,051	2,5740	0,1316
Итого	5031,3	1,000		1,3938

в) потери тепла в окружающую среду Q_пот, кДж/ч:

(2.18)

где α – коэффициент теплоотдачи, α = 25 кДж/ (м²∙ ч∙ К); S_П – теплопередающая поверхность, S_П = 109,0 м², принимается из последующего расчета геометрических размеров окислительной колонны; t_НАР – температура на наружной оболочке окислительной колонны, принимаем t_НАР = 50 ºС; t_О – температура окружающего воздуха, принимается t_О = 10 ºС.

Общий расход тепла Q_расх, кДж/ч,

(2.19)

Температура сырья на входе в колонну t_с , ºС, с учетом приходящего тепла, определяется по формуле

(2.20)

_{Таким образом, температура гудрона на входе в окислительную колонну составляет 193,0 °С.}

_{Тепловой баланс окислительной колонны производства битума сводится в таблицу 2.7.}

Таблица 2.7 – Тепловой баланс окислительной колонны

Показатель	Расход, кг/ч	Температура, °C	Теплоемкость Cрi, кДж/(кг∙К)	Количество тепла, кДж/ч
Приход:
Гудрон	32051,3	193,0	2,00	12368628,4
Воздух	4144,2	60,0	1,0090	250891,7
Тепло реакции окисления	-	250,0	-	7518438,3
Итого	36195,5			20137958,4
Получено:
Битум	31164,2	250,0	2,10	16361190,8
Газы окисления	5031,3	250,0	1,3938	3667749,6
Потери	-			109018,0
Итого	36195,5			20137958,4