КУРСОВАЯ РАБОТА «Организация производства и управление предприятием» / Мат. и тепл. баланс(гуляев)

3. РАСЧЕТ МАТЕРИАЛЬНОГО И ТЕПЛОВОГО БАЛАНСОВ

3.1. Материальный баланс вакуумной колонны

Цель расчета материального баланса – определение расходных коэффициентов продуктов и полупродуктов установки вакуумной дистилляции мазута.

На рис. 3.1 представлена схема материальных потоков колонны.

Схема материальных потоков колонны

Рис. 3.1

Наименование материальных потоков:

G1 – массовый расход мазута, кг/ч;

G2 – массовый расход вакуумного газойля, кг/ч;

G3 – массовый расход вакуумного дизельного топлива, кг/ч;

G4 – массовый расход гудрона, кг/ч.

G5 – массовый расход затемненного продукта, кг/ч.

G6 – массовый расход газов разложения, кг/ч.

G7 – массовый расход водяного пара, кг/ч.

Исходные данные для расчета материального баланса:

1) годовая производительность установки вакуумной дистилляции мазута – 2,1 млн. тонн по мазуту;

2) годовой эффективный фонд рабочего времени (Тэф) – 8016 ч;

3) состав газов разложения (х, %мас.) /2/: N₂ – 13,55, O₂ – 3,95, CO₂ – 1,63, CO – 0,2, СН₄ – 13,58, углеводороды С₂ – 6,6, углеводороды С₃ – 7,63, углеводороды С₄ и выше – 21,93, H₂S – 30,93;

5) давление в колонне (р) – 50 мм. рт. ст.;

6) температура (t): верха колонны – 90-110°С, низа колонны – 340-354°С.

Определим часовую производительность колонны по мазуту:

Пч = Пг·1000/Tэф (3.1)

Пч = 2100·1000/8016 = 262 т/ч или 262000 кг/ч

Следовательно, G1 = 262000 кг/ч.

В соответствии с /2/ состав продуктов перегонки (% мас.) равен соответственно:

вакуумного газойля (G2) = 49,28

вакуумного дизельного топлива (G3) = 7,4

гудрона (G4) = 43,06

затемненного продукта (G5) = 0,15

Количество водяного пара (G7) составляет 0,7 % от расхода мазута (G1).

Потери составляют 0,05 % от расхода мазута (G1), т.е. П = 131 кг/ч.

Рассчитаем расход газов разложения (G6) из следующего соотношения:

G6 = 100 – (G2 + G3 + G4 + G5 + П), (3.2)

G6 = 100 – 99,94 = 0,06 % мас.

В табл. 3.1 представлен материальный баланс колонны.

Таблица 3.1

Материальный баланс колонны

Приход	кг/ч	% мас.	Расход	кг/ч	% мас.
Мазут	262000	100	ВГО	129109	49,28
			ВДТ	19390	7,4
			Гудрон	112825	43,06
			Затемненный продукт	388	0,15
			Газы разложения	157	0,06
			Потери	131	0,05
Итого	262000	100	Итого	263836	100

По известному массовому расходу газов разложения и составу, определим количество углеводородов, уходящих в вакуумную систему. Результаты расчета представлены в табл.3.2.

Таблица 3.2

Газы разложения

Наименование	кг/ч	% мас.
Кислород	6,2	3,95
Азот	21,27	13,55
Оксид углерода	0,31	0,20
Диоксид углерода	2,56	1,63
Метан	21,32	13,58
Углеводороды С2	10,36	6,6
Углеводороды С3	11,98	7,63
Углеводороды С4 и выше	34,44	21,93
Сероводород	48,56	30,93
Итого	157	100

В табл. 3.3. представлены расходные коэффициенты установки в расчете на мазут.

Таблица 3.3.

Расходные коэффициенты

Наименование вещества	Расходный коэффициент
Вакуумный газойль	G1/G2=262000/129109=2,03
Дизельное топливо	G1/G3=262000/19390=13,5
Гудрон	G/G4=262000/112825=2,3

3.2. Тепловой баланс колонны

Цель теплового баланса – определение тепловых нагрузок вакуумной ректификационной колонны для поддержания оптимального теплового режима колонны.

На рис. 3.2 представлена схема тепловых потоков вакуумной колонны.

Наименование тепловых потоков:

Q1 – количество тепла, вносимое мазутом, Дж/ч;

Q2 – количество тепла, вносимое водяным паром, Дж/ч;

Q3 – количество тепла, уносимое вакуумным газойлем, Дж/ч;

Q4 – количество тепла, уносимое вакуумным дизельным топливом, Дж/ч;

Q5 – количество тепла, уносимое гудроном, Дж/ч;

Q6 – количество тепла, уносимое газами разложения, Дж/ч;

Q7 – количество тепла, уносимое затемненным продуктом, Дж/ч;

Qп – потери в окружающую среду, Дж/ч.

Исходные данные для расчета теплового баланса:

Схема тепловых потоков колонны

Рис. 3.2

1) Температура потока, °С:

• мазута – 374;

• водяного пара – 157,4;

• вакуумного газойля – 262;

• вакуумного дизельного топлива – 136;

• гудрона – 351;

• затемненного продукта – 354;

• газов разложения – 110.

2) Энтальпия паров при температуре потока, кДж/кг:

• мазута – 1100,08 /8/;

• вакуумного газойля – 854,57 /8/;

• вакуумного дизельного топлива – 581,59 /8/;

• гудрона – 1055,6 /8/;

• затемненного продукта – 1068,72 /8/;

• водяного пара – 2780 /8/.

3) Средняя массовая теплоемкость газообразных продуктов:

• N₂ – 1,0365 /8/;

• O₂ – 0,9391 /8/;

• CO₂ – 0,9207 /8/;

• CO – 1,0484 /8/;

• СН₄ – 1,1012 /8/;

• Углеводороды С₂ – 1,1089 /8/;

• Углеводороды С₃ – 1,1154 /8/;

• Углеводороды С₄ и выше – 1,1215 /8/;

• H₂S – 1,07 /8/.

Количество тепла, вносимое потоком, определяется по формуле (3.3):

Q = G · c · Т , (3.3)

Q = G · h , (3.4)

где G – массовый расход потока, кг/ч;

с – средняя массовая теплоемкость потока при температуре Т, кДж/(кг·К);

Т – температура потока, К.

h – энтальпия паров, кДж/кг;

Тепло, вносимое мазутом:

Q1 = 262000·1100,08 = 288220 МДж/ч

Водяным паром:

Q2 = 1574·3120= 4910 МДж/ч

Всего приход тепла составляет:

Qприх = Q1 + Q2

Qприх = 288220 + 4910 = 293130 МДж/ч

Тепло, уносимое вакуумным газойлем:

Q3 = 129109·854,59 = 110335 МДж/ч

Тепло, уносимое вакуумным дизельным топливом:

Q4 = 19390·581,59 = 11277 МДж/ч

Тепло, уносимое гудроном:

Q5 = 112825·1055,6 = 119098 МДж/ч

Тепло, уносимое затемненным продуктом:

Q6 = 388·1068,72 = 414,7 МДж/ч

Тепло, уносимое водяным паром:

Q7 = 1836·2780 = 5104 МДж/ч

Тепло, уносимое газами разложения:

Q8 = 6,2·0,9391·383 + 21,27·1,0365·383 + 0,31·1,0484·383 + 2,56·0,9207·383 + 48,56·1,07·383 + 21,32·1,1012·383 + 10,36·1,1089·383 + 11,98·1,1154·383 + 34,44·1,1215·383 = 65 МДж/ч

Всего расход тепла:

Qрасх = Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 + Q8

Qрасх = 110335 + 11277 + 119098 + 414,7 + 5104 + 65 = 246294 МДж/ч

Потери в окружающую среду составляют 3% от Qприх:

Qп = 0,03 · 293130 = 8794 МДж/ч

Тогда избыток тепла, который необходимо снять равен:

Qизб = 293130 – 246294 – 8794 = 38042 МДж/ч

Избыток теплоты необходимо снять орошением. Принимаем нижнее циркуляционное орошение гудроном с температурой входа 220 ºС и температурой выхода 351ºС /2/. Тогда расход орошения равен:

Gорош = Qизб/(h ^{п 624}_г - h ^{ж 493}_г) = 38042/(1055,6 – 464,96) = 64408 кг/ч