ці, % | Сі, Дж/(моль?к) | Сіці/(22,4?100) кДж/(м3?к)

СН4 | 4,41 | 76,54 | 0,1506

СН3ОН | 0,01 | 94,52 | 0,0004

Н2 | 73,57 | 31,01 | 1,0185

N2 | 0,25 | 32,72 | 0,0037

СО | 14,48 | 33,01 | 0,2134

СО2 | 7,28 | 53,71 | 0,1746

У–

Об’ємна теплоємність водяного пару рівна кДж/(м3?к)

Визначають тепловий потік конвертованого газу:

кВт

розраховують витрату кисню на спалювання паливного газу і кількість продуктів згорання (диоксиду вуглецю і водяних парів). Розрахунок ведуть на 100 м3 паливного газу, що поступає (склад газу див. вихідні дані) за реакціями |

ці, % | Реакція

СН4 | 18,52 | 6 | 18,52?2 | 18,52?1 | 18,52?2

С2Н6 | 0,051 | 7 | 0,051?3,5 | 0,051?2 | 0,051?3

С3Н8 | 0,003 | 8 | 0,003?5 | 0,003?3 | 0,003?4

С4Н10 | 0,004 | 9 | 0,004?6,5 | 0,004?4 | 0,004?5

СН3ОН | 0,43 | 10 | 0,43?1,5 | 0,43?1 | 0,43?2

СО | 1,38 | 11 | 1,38?0,5 | 1,38?1–

Н2 | 75,62 | 12 | 75,62?0,5– | 75,62?1

У | 98,360 ()– | 76,405 | 20,457 | 113,705

Втрати кисню на спалювання 100м3 паливного газу з врахуванням коефіцієнту надлишку повітря:

Витрата повітря:

,

де 21 – об’ємна доля кисню в повітрі, %

витрата азоту (поступає з повітрям):

400,219-84,046=316,173м3

При температура повітря 20єС і відносній вологості 80% його вологовміст рівний 11,94?10-3 кг/кг [7, Додаток ХІХ] або 11,94?10-3?29/18=19,24?10-3 м3 Н2О на 1м3 сухого повітря, де 29 і 18 – молярні маси повітря і води, г/моль.

Об’єм водяних парів, які поступають з повітрям:

19,24?10-3?400,219=7,700 м3.

В продуктах згорання міститься:

Диоксид вуглецю з врахуванням його кількості в паливному газі:

;

водяного пару із врахуванням їх кількості у повітрі і паливному газі:

азоту з врахуванням його кількості в паливному газі:

кисню

розраховують склад продуктів згорання, одержаних при спалюванні 100 м3 паливного газу: |

N2 | O2 | CO2 | H2O | У

V, м3 | 317,783 | 7,641 | 22,809 | 121,435 | 469,668

ці, % | 67,65 | 1,63 | 4,86 | 25,86 | 100,00

Для визначення теплового потоку продуктів згорання розраховують значення середньої об’ємної теплоємності суміші продуктів згорання при температурі Т=1000+273=1273К

С=(55,12?4,86+43,56?25,86+35,55?1,63+33,32?67,65)/(22,4?100)=1,656 кДж/м3?к

Тепловий потік продуктів згорання:

кВт

Тепловий потік повітря визначають, враховуючи, що на 100 м3 паливного газу поступає 400,219 м3 сухого повітря, в якому міститься 84,046 м3 кисню і 316,173 м3 азоту і 7,7 м3 водяного пару (розраховано раніше). Значення теплоємностей компонентів розраховують при температуру Т=90+273=363К

загальний прихід теплоти в піч складе:

кВт

Приймають, що втрати складають 5% від загального приходу теплоти:

кВт

витрата вологого повітря в пальники печі:

(400,219+7,7)?28,0625/100=114,472 м3/с

або 114,472?3600=412100 м3/год

Кількість продуктів згорання паливного газу:

469,668?28,0625/100=131,801 м3/с

або 131,901?3600=474482 м3/год

В матеріальному розрахунку прийнято, що в результаті екзотермічної реакції 2 температура в зоні каталізу збільшується на 45єС. Тому температура конвертованого газу після проходження реакції 1,3-5 рівна 860-45=815єС

Уточнюють температурний режим трубчастої печі:

Теплота екзотермічної реакції 2:

[(23590,87-550,27)/(3600?22,4)]?41,17?1000=11763,163 кВт

де 41,17 – теплота реакції 2, кДж/моль

Прихід теплоти без врахування теплоти реакції 2.

610653,736-11763,163=598890,573 кВт

Тепловий потік конвертованого газу знаходять із рівняння теплового балансу (без уточнення значення теплових втрат і перерахунку значення Vг):

Температуру конвертованого газу (tx, єС) після проходження реакції 1,3 –5 визначають із рівняння

,

де V – кількість конвертованого газу на виході із печі, м3/с

С – середня об’ємна теплоємність конвертованого газу, кДж/(м3?к).

Для визначення значень середньої молярної теплоємності конвертованого газу після проходження реакцій 1,3-5 використовують розраховані раніше (при знаходженні значення ) значення молярних теплоємностей компонентів при температурі 860 єС, так як значної їх зміни в прийнятому інтервалі температур (40-45єС) не проходити.

Загальні витрати теплоти:

кВт

Витрату паливного газу визначаються із рівняння теплового балансу печі:

Уточнюють значення теплових потоків:

Складають тепловий баланс трубчастої печі

Таблиця 9. – Тепловий баланс трубчастої печі

Прихід | кВт | % | Витрата | кВт | %

Тепловий потік паро-газової суміші | 93360,061 | 15,29 | Теплота ендотермічних реакцій | 178512,79 | 29,23

Тепловий потік паливного газу | 3507,813 | 0,57 | Тепловий потік продуктів згорання | 218270,124 | 35,74

Продовження таблиці 9

Теплота згорання паливного газу | 487587,936 | 79,85 | Тепловий потік конвертованого газу | 183345,15 | 30,03

Тепловий потік повітря | 13610,312 | 2,23 | Теплові втрати в навколишнє середовище | 30525,672 | 5,00

Теплота екзотермічних реакцій | 12589,614 | 2,06

Всього | Всього | 610653,736

Температурний режим печі визначений вірно, так як одержане значення температури конвертованого газу співпадає з прийнятим раніше, похибка складає 0,2%, що відповідає нормі технологічного режиму.

2.4 Розрахунок елементів трубчастої печі

Для прийнятої конструкції трубчастої печі допускається поверхнева густина теплового потоку (в розрахунку на внутрішній діаметр труби) до 100кВт/м2. За даними таблиці 9 тепловий потік, який проходить через поверхню стінок труб, складає:

Площа поверхні нагріваючої(нагрівальної) частини реакційних труб при внутрішньому діаметрі 0,106м, довжині нагріваючої(нагрівальної) частини 10 м і числі(кількості) труб 810 рівна:

S=3,14?0,106?10?810=2696 м2,

що знаходиться в границях(межах) допустимих значень.

Для визначення швидкості паро-газової суміші в шарі каталізатора знаходять площу січення трубного простору:

F=0,785?0,106?810=7,14м2

Об’ємні витрати паро-газової суміші на виході із трубчастої печі (див. табл. 8) при температурі Т=860+273=1133К і тиску р=2МПа складе:

Швидкість паро-газової суміші в трубному просторі при пор??????ті шару каталізатора :

Фактична:

Дійсна:

Література

Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. – М.: Химия, 1985. – 608с.

Вак??? Э.Т., Семенов В.П. Каталитическая конверсия углеводородов в трубчатых печах. – М.: Химия, 1973. – 192с.

Гутник С.П., Сосонко В.Е., Гутман В.Д. Расчеты по технологии органического синтеза. М.: Химия, 1988. – 272с.

Капкин В.Д., Савинецкая Г.А., Чапурин В.И. Технология органического синтеза М.: Химия, 1987. – 400с.

Караваев М.М., Леонов В.Е., Поков