Ціни на складові експлуатаційних витрат

Стаття	Одиниці виміру	Ціна за одиницю, грн.
Електрична енергія *	КВт ∙ година	0,20
Умовне паливо	Кг	0,95
Каталізатор ІКТ**	м3	70000
Інертне засипання ***	м3	2000

* – Витрати на електричну енергію прийняті однаковими для всіх схем.

** – Ціна на каталізатор установлена з урахуванням терміну його роботи 4 роки.

*** – Ціна на інертне засипання встановлена з урахуванням терміну її роботи 10 років.

6. Приклад виконання розрахунків

Завдання: Дослідити різні схеми очищення повітряного газового викиду, що містить шкідливі домішки: бутан – 0,02% (об), толуол – 0,015% (об), фенол – 0,017% (об) зі ступенем очищення (99,5±0,1)%. Об'ємний потік викиду 5000 м³/годину (на норм. умови). Температура потоку, що надходить на очищення, 20 С.

6.1. Розрахунок і аналіз схем каталітичного газоочищення з реакторами, що працюють у стаціонарному режимі

Схема газоочищення з реактором, що працює в стаціонарному режимі, характеризується більш високими економічними показниками і меншими витратами на очищення в тих випадках, коли вдається проводити процес в автотермічних умовах. Якщо автотермічні умови не реалізуються для заданої суміші, то переходять до схем з додатковою витратою палива. У курсовій роботі виконують розрахунок і аналіз трьох відомих схем каталітичного газоочищення з реактором, що працює в стаціонарному режимі: з автотермічним режимом, з додатковим джерелом тепла і з додаванням у суміш необхідної кількості продуктів, що окисляються.

6.1.1. Розрахунок схеми з автотермічними умовами проведення процесу

Схема установки відповідає схемі, приведеної на мал. 3.1, але додаткове джерело тепла 3 виключається або не використовується.

Основний технологічний процес газоочищення – повне окислювання домішок на каталізаторі розраховують на ЕОМ за допомогою програми GAZO (керуючий файл GAZO.EXE), у якій використовуються кінетичні моделі окислювання окремих компонентів, оскільки не існує надійних моделей процесу з багатокомпонентними сумішами. У початкових даних задана багатокомпонентна газова суміш, у цьому випадку технологічні параметри процесу, що гарантують повне окислювання всіх домішок, знаходять за максимальним часом контакту зі знайдених для кожного компонента окремо. Розрахунки виконують по приведених концентраціях компонентів, обумовленим по формулі (3.12).

Адіабатичний розігрів реальної суміші при повному окислюванні всіх компонентів розраховують по формулі (3.11), використовуючи величини адіабатичного розігріву заданих компонентів при концентрації 1% (об) з табл. 3 додатка (бутан – 864 К/1%; толуол – 1318 К/1%; фенол – 1021 К/1%)

Т_ад = 8640,02 + 13180,015 + 10210,017 = 54,4 К

Приведені концентрації компонентів складуть:

для бутану С₀ = 54,4/ 864 = 0,063 %

для толуолу С₀ = 54,4/ 1318 = 0,041 %

для фенолу С₀ = 54,4/ 1021 = 0,053 %

У припустимому інтервалі робочої температури газоочищення каталізатора ІКТ-12-8 250–750 С, можна реалізувати кілька режимів:

1. низькотемпературний з температурою суміші на вході в шар каталізатора 300–350 С,

б) середньотемпературний із середньою температурою в шарі 500–550 С;

в) високотемпературний з температурою суміші на виході із шару каталізатора 650–725 С.

У прикладі будуть розглянуті три режими, робочий інтервал температури для них знаходять по формулі (3.1):

• низькотемпературний: приймають Т_вх=350⁰С, при цьому Т_вих = 350 + 54,4 = 404,4 С;

• середньотемпературний: приймають Т_ср = 525 С, тоді Т_вх = 525 – 54,2 / 2 = 497,6 С; округляємо до Т_вх = 500 С;

• високотемпературний: приймають Т_вих = 700 С, тоді Т_вх= 700 – 54,4 = 645,6 С; округляємо до Т_вх = 640 С.

По рекомендаціях, викладеним у розділі 3.1, визначають необхідне число шарів каталізатора N

N = Т_ад / Т_доп = 54,4 / (750–250) = 0,109.

Отже, процес газоочищення можна проводити, використовуючи один шар.

Розрахунки процесу газоочищення виконують, використовуючи програмний комплекс GAZO по приведених концентраціях компонентів і прийнятою температурою суміші на вході в шар для кожного режиму, ступінь перетворення повинна бути в межах (99,5±0,1)%. Результати розрахунків приведені в табл.6.1–6.3.

Таблиця 6.1

Результати розрахунків низькотемпературного режиму з Т_вх=350 С

Параметр \ Компонент	Бутан	Толуол	Фенол
Ступінь перетворення, частки	0,996	0,995	0,995
Температура на виході, С	402,6	403,8	404,6
Час контакту, с	2,00	1,20	0,20

Технологічні параметри низькотемпературного режиму, що рекомендуються:

• температура суміші на вході в шар 350 ⁰С;

• температура суміші на виході із шару 402,6 ⁰С;

• час контакту 2,0 с.

Таблиця 6.2

Результати розрахунків середньотемпературного режиму з Т_вх=500⁰С

Параметр \ Компонент	Бутан	Толуол	Фенол
Ступінь перетворення, частки	0,995	0,996	0,995
Температура на виході, 0С	554,4	553,8	552,6
Час контакту, с	0,19	0,248	0,04

Технологічні параметри, що рекомендуються, середньотемпературного режиму:

• температура суміші на вході в шар 500 ⁰С;

• температура суміші на виході із шару 553,8 ⁰С;

• час контакту 0,25 с.

Таблиця 6.3

Результати розрахунків високотемпературного режиму з Т_вх=640⁰С

Параметр \ Компонентів	Бутан	Толуол	Фенол
Ступінь перетворення, частки	0,996	0,995	0,995
Температура на виході, 0С	694,5	693,8	692,5
Час контакту, з	0,045	0,088	0,014

Технологічні параметри високотемпературного режиму, що рекомендуються:

• температура суміші на вході в шар 640 ⁰С;

• температура суміші на виході із шару 693,8 ⁰С;

• час контакту 0,088 с.

Завантаження каталізатора в реактор визначають по (3.8).

Для режиму 1 V_к = 2,00  5000 / 3600 = 2,78 м³

Для режиму 2 V_к = 0,25  5000 / 3600 = 0,35 м³

Для режиму 3 V_к = 0,088  5000 / 3600 = 0,12 м³

Для аналізу можливості роботи розглянутої схеми в автотермічному режимі визначають температуру суміші після рекуператора по рівнянню (3.17а).

Прийнявши температуру початкової суміші на вході установки рівної 20⁰С (по вихідним даним) для рекомендованих параметрів шару, знаходять температуру очищеної суміші на виході рекуператора:

– для низькотемпературного режиму Т_к = 402,6 – 1,03(350–20) = 62,7 ⁰С;

– для середньотемпературного режиму Т_к = 553,8 – 1,03(500–20) = 59,4 ⁰С;

– для високотемпературного режиму Т_к = 693,8 – 1,03(640–20) = 55,2 ⁰С.

Для всіх режимів роботи температура охолоджуваного газового потоку після рекуператора вище початкової температури вихідної суміші 20 ⁰С, але набагато менше, що рекомендується для досягнення економічної ефективності. На підставі цього можна зробити висновок про те, що схема може працювати в автотермічних умовах із трьома температурними режимами в шарі каталізатора, але витрати на очищення виявляться значними, тому що в схемі використовується теплообмінник-рекуператор з низькою інтенсивністю процесу і, отже, з великою поверхнею теплопередачі, від якої пропорційно залежить його вартість. До аналогічного висновку про недоцільність проведення процесу в автотермічних умовах приходять, порівнявши адіабатичний розігрів суміші 54,4 ⁰С з інтервалом, що рекомендується, для досягнення автотермічности 150–300 С.

У таких випадках більш економічними виявляються схеми з додатковим підігрівом суміші, що працюють у неавтотермічних умовах, чи з додаванням компонентів у суміш, що очищається. Після розрахунку теплообмінника цей висновок обґрунтовується.