Материал: Разработка технологической схемы установки висбрекинга

Отношение LP/LH =0.753 т.е. содержание регенерированного ДЭГа в составе насыщенного составляет примерно 75,3%, что на 12% выше значения полученного по формуле Гаммершмидта. При принятии соотношения ДЭГ+влага по формуле Гаммершмидта потребное количество регенерированного ДЭГа составляет 365 кмолей.

Для составления материального баланса необходимо пересчитать объемы газов на массы. Если для такого расчета использовать фактические значения плотностей газов при нормальных условиях, то материальные балансы, выраженные в килограммах, свести нельзя. Это объясняется тем, что весь вышеприведенный расчет основан на применении законов идеальных газов. Чтобы соблюсти равенство масс, необходимо пользоваться не фактической, а расчетной плотностью газов, вычисляемой по уравнению

 (3.15)

где - вычисленная плотность, кг/нм3; М- масса 1 кмоль газа, кг/кмоль; 22.4-объем 1 кмоль идеального газа при нормальных условиях, нм3/кмоль.

Получаем следующие вычисленные плотности газов (в кг/нм3):

Пользуясь полученными плотностями, пересчитаем объемы на массы и составляем таблицу материального баланса.

Таблица 3.2

Сводный материальный баланс осушки

Тепловой расчет

Приход тепла.

С природном газом

 (3.16)

Здесь - теплоемкость компонента при 6000С, кдж/кг град

Теплоемкость табл 1

С паром

Здесь - энтальпия паров воды при 6000С и 0,8*105 н/м2 (в кдж/кг).

Общее давление паро-газовой смеси около 1,6*105 н/м2, содержание паров воды в ней 50% по объему. Технический кислород и воздух поступают отдельно. Данные об энтальпии, табл ХХ и ХХ1 (12).

С воздухом

.

Здесь - энтальпия влажного воздуха (в кдж/кг), вычисленная на 1 кг сухого воздуха при 200С и относительно влажности 70% (приложение, табл Х1Х (12)).

С техническим кислородом

 (3.17)

Здесь  теплоемкость аргона (не зависит от температуры).

Тепло реакций.

Тепло реакций, происходящих в конверторе метана, рассчитываем, исходя из следующих соображений. Принимаем, что реакция в основном протекает при температуре на 50 град ниже, чем температура отходящих газов, то есть, при 8000С (850-50). Так как в процессе конверсии происходит параллельные реакции, учесть которые затруднительно, а тепловой эффект процесса зависит только от начального и конечного состояний системы, то расчет ведем по количеству прореагировавших веществ. Для этого рассчитываем энтальпию образования из элементов одного килограмма каждого вещества, участвующего в реакциях. Расчет производим по формуле:

 (3.18)

где  - энтальпия веществ при стандартных условиях, кдж/кг;  - энтальпия веществ по таблицам, кдж/моль(Краткий справочник физико-химических величин, изд. 4 «Химия» 1965); 1000 - коэффициент пересчета килограммов в граммы, г/кг; М - мольная масса веществ, г/моль.

Энтальпии равны (в кдж/кг):

для метана

для этана

для окиси углерода

для двуокиси углерода

для паров воды

Согласно материальному балансу в процессе реакции расходуется (в кг/ч): метана 3684-74=3610, этана 7, кислорода 1588+2819=4407, паров воды 4229+71-3965=329.

При этом образуется (в кг/ч): окиси углерода 4405, двуокиси углерода 3027-20-4=3003, водорода 945.

Для теплового эффекта при 250С имеем

, (3.19)

 (3.20)

Как известна из курса физической химии, тепловой эффект реакции при Т2 >Т1 определяется уравнением

 (3.21)

. (3.22)

 , (3.23)

где с - теплоемкость, ; С- теплоемкость ; 1000 в числителе - коэффициент пересчета граммов в килограмм, г/кг; 1000 в знаменателе - коэффициент пересчета джоулей в килоджоули, дж/кдж; М - мольная масса, г/моль.

Тогда ()

для метана ,

для этана ,

для кислорода ,

для пара воды ,

для окиси углерода ,

для двуокиси углерода ,

для водорода .

Отсюда

. (3.24)

Общий приход тепла

 (3.25)

.

Потери в окружающую среду (по разности)

 (3.26)

Таким образом, потери в окружающую среду составляют

 от прихода тепла.

Таблица 3.2

Сводный тепловой баланс конверсии природного газа

4 Подбор технологического оборудования

Расчет и подбор сырьевых теплообменников

Нагрев сырья от t1=20 0С, t2=305 0С. Давление в теплообменнике 6,4 МПа. Примем перепад температур на горячем конце теплообменника ∆t2=15 0С. Необходимая:

 (4.1)

При следующей схеме распределения температур в теплообменнике:

 (4.2)

получим, согласно (6.3)[12], среднюю разность температур теплоносителей:

 (4.3)

Учитывая значительное изменение температуры сырья в процессе нагревания, среднюю его температуру рассчитываем так:

 (4.4)

Тепловой расчет:

Если учитывать, что коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара большой (α =10000 Вт/(м2К)), принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=150 Вт/(м2К).

Тепловой поток в аппарате составит:

 (4.5)

Площадь поверхности теплопередачи:

 (4.6)

В соответствии с этим выбираем предварительно( по табл. 6.7) [12] одноходовой теплообменник со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F=536×2=1072 м2, диаметр кожуха D=1200 мм, длина труб L=8500 мм, трубы диаметром 25×2.

Учитывая некоррозионность теплоносителей, принимаем для теплообменника материал - сталь марки Ст 3, имеющую коэффициент линейного расширения αтк=12•10-6 К-1,и модуль упругости Е=21,6•1010Па.

Площадь сечения трубок и кожуха и кожуха, согласно (6.15) [ ] :

 (4.7)

(здесь 1175,определяющее количество труб в теплообменнике, принято по ГОСТ 15118-69).

 (4.8)

Руководствуясь этими положением и малыми напряжениями в трубах и кожухе, окончательно выбираем теплообменник:

 ГОСТ 15122-79.

Расчет и подбор теплообменника сероводородной воды.

Нагрев сырья от t1=20 0С, t2=107 0С. Давление в теплообменнике 0,3 МПа. Примем перепад температур на горячем конце теплообменника ∆t2=15 0С. Необходимая температура греющего пара:

При следующей схеме распределения температур в теплообменнике:

получим, согласно (6.3)[12 ], среднюю разность температур теплоносителей:

Учитывая значительное изменение температуры сырья в процессе нагревания, среднюю его температуру рассчитываем так:

Тепловой расчет:

Если учитывать, что коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара большой (α =10000 Вт/(м2К)), принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=120 Вт/(м2К).

Тепловой поток в аппарате составит:

Площадь поверхности теплопередачи:

В соответствии с этим выбираем предварительно( по табл. 6.7) [12] одноходовой теплообменник со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F= 40 м2, диаметр кожуха D=500 мм, длина труб L=3000 мм, трубы диаметром 25×2.

Учитывая некоррозионность теплоносителей, принимаем для теплообменника материал - сталь марки 16ГС, расширения αтк=12•10-6 К-1.

Площадь сечения трубок и кожуха и кожуха, согласно (6.15) [12] :

(здесь244, определяющее количество труб в теплообменнике, принято по ГОСТ 15118-69).

Руководствуясь этими положением и малыми напряжениями в трубах и кожухе, окончательно выбираем теплообменник:

 ГОСТ 15122-79.

Расчет и подбор теплообменника сырья стабилизации.

Нагрев сырья от t1=20 0С, t2=243 0С. Давление в теплообменнике 1,13 МПа. Примем перепад температур на горячем конце теплообменника ∆t2=15 0С. Необходимая температура греющего пара:

При следующей схеме распределения температур в теплообменнике:

получим, согласно (6.3)[ ], среднюю разность температур теплоносителей:

Учитывая значительное изменение температуры сырья в процессе нагревания, среднюю его температуру рассчитываем так:

Тепловой расчет:

Если учитывать, что коэффициент теплоотдачи от конденсирующего пара большой (α =10000 Вт/(м2К)), принимаем ориентировочное значение коэффициента теплопередачи К=150 Вт/(м2К).

Тепловой поток в аппарате составит:

Площадь поверхности теплопередачи:

В соответствии с этим выбираем предварительно( по табл. 6.7) [12] одноходовой теплообменник со следующими параметрами: площадь поверхности теплообмена F=500×2=1000 м2, диаметр кожуха D=1200 мм, длина труб L=7830 мм, трубы диаметром 25×2.