Каталитический крекинг

 

Таблица 2.2 Сводный материальный баланс

Приход		Расход
Наименование показаний	Q, кДж теплота	Наименование показаний	Q, кДж теплота
Подогрев колонны	24447738,26	Бензин С5 Т=205С	34447021,36
Н2О	15778846,78	Лёгкий газойль Т=200-290С	18566067,71
кокс	69230,77	Тяжёлый газойль	27538125
Qкат	346153860	выход уг/в газов  УВГ	3467688,84
		Qкат	282692319
		Н2О	16346154,5
		кокс	3392299,4
Итого:386449675.81		Итого:385449675.81

 

 

 

 

 

2.1.5  Расчёт теплового баланса

 

Находим теплоёмкость G, известно С=1, t=600, Gc=96153,85, Р=0,850.

Gкат=Gc*6=96153,85*6=576923,1

Рассчитываем  приход:

Qприх = Qрасх - Qпот

Qприх = Gс*У^х+Gкат*Сt+Gвода*Ct

Qвода = Gc *0,05*3282=96153,85*0,05*3282=15778846,78

Qкокс = Gкат*0,0001*2*600 = 576923,1*0,0001*2*600 = 69230,77

Qкат =Gкат*с*600 = 576923,1*1*600 = 346153860

Qприх =15778846,78+69230,77+346153860=362001937,55

 

Рассчитываем  расход:

Qрасх=Gгпс*c*t+Gкат* c*t+Gвода* c*t+Qпот+Qреак

У^кат763   d=0.75 p=0.75

Qбенз=G*У=22153,85*1554,9=34447021,36

Qл.г=G*У=12403,84*1496,8=18566067,71

Qт.г.=G*У=18750*1468,7=27538125

Qувг = G*c*490=3076,92*2.3*490=3467688,84

Qкат = G*c*490=576923,1*1*490=282692319

Qкокс = G*c*490=3461,53*2*490=3392299,4

Qвода = Gc*3400кДж/кг = 96153,85*3400=326923090*0,05=16346154,5

 

Qрасх = 34447021,36+18566067,71+27538125+3467688,84+282692319

+3392299,4+16346154,5=386449675,81

 

ΔQ = Qрасх-Qприх

ΔQ = 386449675,81  -  362001937,55=24447738,26

Ус= ΔQ/Gc=24447738,26/96153,85=254,2564кДж/кг

Т=288C

Qх.р=У*tк = 254*288=73152

По табл «Энтальпии» находим этому значению «У» соответствующую температуру 288С.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.6 Механический расчёт

Диаметр штуцеров определяем из уравнения неразрывности  потока.

где V –  расход потока, который проходит через  штуцер, м³/с.

       W – допустимая скорость потока, м/с

Диаметр штуцера для ввода газосырьевой  и вывода газопродуктовой смеси.

принимаем W = 8 м/с

согласно  ГОСТа принимаем d1 = d2 = 400 мм

 

Диаметр штуцера для выгрузки катализатора

 

принимаем W = 0,7 м/с 

Согласно  ГОСТа принимаем d3 = 200 мм

 Диаметры  штуцеров

Наименование штуцеров	Количество штуцеров	Расчетный диаметр, мм	Условный диаметр, мм
d1 d2 d3	1 1 1	392 392 187	400 400 200

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.1.7  Гидравлический расчёт

 

Потери  напора в слое катализатора

ΔP = 150 ∙ (1-Е) ∙ μ ∙ и + 1,75 ∙ (1-Е) ∙ ρ ∙  и                

где Е – порозность слоя

ν – линейная скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализитора, м/с

μ – динамическая вязкость, Па ∙ с

ρ- плотность  газа, кг/м³

q – ускорение силы тяжести, кг/с²

Порозность слоя вычисляем по формуле

                                                                                          

где ρнас – насыпная плотность катализатора, кг/м³

       ρнас = 670 кг/м³ (исходные данные)

       ρкаж – кажущаяся плотность катализатора, кг/м³

       ρкаж = 1265 кг/м³

Линейная  скорость потока

                                      

где  V- объем реакционной смеси, включающий объем сырья и объем циркулирующего газа, м³/с

        V = Vс + Vцвсг

Vс – объем сырья, м³/с

Vцвсг – объем циркулирующего ВСГ

 

Объем сырья  определяем по формуле

           

Gс – расход сырья в реакторе, кг/ч

Gс = 96153,85кг/ч

Zц – коэффициент сжимаемости

tср – средняя температура в реакторе, °C

^оС

    

При Тпр = 0,84 и Рприв = 0,94   Zс = 0,86                             

 м³ / ч

=      509,77 / 3600мин = 0,141 м³ / с

Объем циркулирующего газа составит:

                                                

 

Gцвсг = 11852,94 м³/ч

Zц = 1,0 (для газа, обогащенного водородом)

Мцвсг = 6,1392 кг/кмоль   

м³ / ч

= 2702 / 3600мин  = 0,750 м³ / с

V = Vс + Vц = 0,141 + 0,750 = 0,891м³/с

 м/ с

Динамическую  вязкость смеси определяем используя ее молекулярную массу.

 кг / моль                    

Динамическую  вязкость находим по уравнению Фроста

µ = Т(6,6 – 2,25lgМср) ∙ 10^-3 

    где Т – средняя температура в реакторе

µ = (402,5+273) ∙ (6,6-2,25lg*(45,87)) * 10^-3  =675,5 ∙ (6,6-0,35*45,87)= 675,5-9,45 = 666,05 = 1,93  ∙ 10³ֿ Па ∙ с

Средний диаметр частиц катализатора 

α = 4 ∙ 10ֿ³м  (из характеристики катализатора)

плотность реакционной смеси в условиях процесса.

  кг / м³                         

                         

ΔР = 10093,93 ∙ 3,1 ∙ 9,8 = 306653,59= 0,4 МПа   

Таким образом, потери напора катализатора не превышает  предельно допустимых значений 0,2-0,4МПа. Поэтому к проектированию принимаем  реактор в форме цилиндра с  диаметром реакционной зоны 2 м  и высотой слоя катализатора 4 м.

Общая высота реактора составит:

 

 м

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

2.2 Расчёт вспомогательного кожухотрубного теплообменного аппарата для охлаждения сырья.

 

 

  1-крышка распределительной коробки. 2 – распределительная камера. 3 –  кожух.  4 – теплообменные трубы. 5 – перегородка с сегментным  вырезом. 6 – линзовый компенсатор. 7 – штуцер. 8- крышка. 9-фланец, 10 –перегородка.

  КОЖУХОТРУБНЫЙ ТЕПЛООБМЕННЫЙ АППАРАТ

           (описание изобретения к патенту RU.2 306 515 С1)

 

 

 

Изобретение относится к кожухотрубный теплообменным, аппаратом, которые могут использоваться в качестве теплообменников, холодильников, конденсаторов и испарителей в химической, нефтехимической и других отраслях промышленности. Теплообменники предназначены для нагрева и охлаждения, а холодильники для охлаждения (водой или другим нетоксичным, непожаро- и невзрывоопасным хладагентом) жидких и газообразных сред. Наибольшая допускаемая разность температур кожуха и труб для этих аппаратов может составлять 20…60гр.,в зависимости от материала кожуха и труб, давление в кожухе и диаметра аппарата.

На рисунке  представлен кожухотрубчатый двухходовой (по трубному пространству)теплообменник, выполняющий функцию холодильника.

Кожухотрубный теплообменник содержит распределительную камеру 2

с крышкой 1, соединённую с кожухом 3 диаметром Dн1 теплообменные трубы 4 длинной L, перегородки 5 с сегментными вырезами, штуцера 6 для межтрубного пространства, штуцера 7для трубного пространства и крышку 8 кожуха, внутри которой размещен фланец. Распределительная камера 2 разделена перегородкой 10. Диаметры условного прохода штуцеров 7 для трубного пространства равны Dy , а штуцеров 6 для межтрубного пространства равны Dy1.

Незакреплена на кожухе 3 вторая труба решётка вместе с внутренней крышкой 9, отделяющая трубное пространство от межтрубного, образует плавающую головку. Предложена конструкция исключает температурные напряжения в кожухе 3 и в трубах 4.

Соотношения параметров описываемого теплообменника выбраны исходя из следующего: отношение наружного диаметра Dн кожуха к длине L теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин

Dн/L =0,14…0,26. Это влияет на производительность аппарата; отношение диаметра теплообменных труб d к наружному диаметру Dн кожуха находится в оптимальном интервале величин d / Dн =0,02…0,14 этим диапазоном обусловлена эффективность теплообменника; общее количество теплообменных труб находится в оптимальном интервале величин 13…1701; поверхность теплообмена при длине теплообменных труб L , лежащий в диапазоне от 1 до 9м, находится в оптимальном интервале величин 1,0…961м2. Этим  диапазоном обусловлена эффективность теплообмена; площадь сечения потока в сегментных вырезах перегородок находится в оптимальном интервале величин 30…1640м2,, площадь сечения потока между перегородками находится в оптимальном интервале величин 50…1870м2  , площадь сечения одного хода по теплообменным трубам находится в оптимальном интервале величин 40…3750 м2,, этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при сохранении высокой эффективности тепломассообмена, отношения наружного диаметра Dн кожуха к диаметру условного прохода Dу1 штуцеров для межтрубного пространства  соответственно равны Dн / Dу = Dн / Dу1 и находятся в оптимальном интервале величин 1,9…4,0 этими диапазонами обусловлено минимальное гидравлическое сопротивление аппарата при высокой эффективности тепломассообмена.

 Кожухотрубный теплообменник работает следующим образом: хладагент поступает и выходит через штуцера 7 для трубного пространства. Циркулируя в

теплообменных трубах 4, в то время как среда (вода или газ)  поступает через штуцера 6 для межтрубного пространства и циркулирует с внешней стороны теплообменных труб 4. Перегородки 5 с сегментными вырезами, установленные в кожухе 3, направляют поток среды, который несколько раз меняет своё направление.

Теплообменники предложенной конструкции  могут устанавливаться горизонтально  или вертикально, быть двух-, четырёх- и шестиходовыми по

трубному пространству. Трубы, кожух  и другие элементы конструкции могут  быть изготовлены из углеродистой или  нержавеющей стали, а трубы холодильников  также и из латуни. Распределительные  камеры и крышки холодильников выполняют  из углеродистой стали.

Применение кожухотрубчатых теплообменников с температурным компенсатором на кожухе (линзовый компенсатор 6) ограничено предельно допустимым давлением в кожухе, равным 1,6МПа. При большем давлении в кожухе (1,6…8,0 МПа) следует применять теплообменники с плавающей головкой или с U-образными трубами.

Определение средней температуры  теплоносителей:

Расчёт  теплообменных аппаратов включает определение необходимой поверхности  теплопередачи, выбор типа аппарата и нормализованного варианта конструкции, удовлетворяющих заданным технологическим  условиям оптимальным образом.

Если  агрегатное состояние теплоносителей не меняется, то их среднюю температуру  определяем как среднеарифметическую между начальной tн  и  tк температурами:

              Tср.б. = (tн  + tк )/2.                                                     

где tн  - начальная температура теплоносителя;

а tк  - конечная температура теплоносителя;

Средняя температура  сырья:

tср.б. =(75+25)/2=50°С

Средняя температура  воды:

tср.в =(20+40)/2=30°С

Определение физико-химических свойств  теплоносителей:

Используя таблицы  «Приложения» и интерполяцию, получаем физико-химические свойства теплоносителей:                                           

Таблица 2.1 физико-химических свойств теплоносителей

Для сырья при t1 =50°С		Для воды при t2= 30 °С ;
Плотность	P1  = 847   кг/м³	Плотность	P2  =   995     кг/м³
Вязкость	µ1 =436 · 10ˉ6Па·с	Вязкость	µ2 = 801  · 10ˉ6Па·с
Удельная теплоёмкость	С1  = 1878 Дж/кг·К	Удельная теплоёмкость	С2 =4180 Дж/кг·К
Теплопроводность	λ1 = 0,138  Вт/м·К	Теплопроводность	λ 2= 0,614 Вт/м·К