СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
Q1= t∙(m1c1+m2c2+…+mncn) [2]
где:
Q1 – теплота, входящих в аппарат продуктов, кДж/час; t – температура продуктов, водящих в процесс, ºС;
m – количество продукта, входящего в процесс, кг; c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.
Рассчитываем Q1, входящих в аппарат продуктов:
Q1 бензина = 120 ∙ (598,01 ∙1,70+4 064,73∙2,16+8 337,46∙2,22)= 3 396 672,00
кДж/час
Q1 вод.пара = 120 ∙ (8 666,80 ∙ 1,80)= 1 872 028,80 кДж/час
На горелки печи пиролиза поступает топливный газ со скоростью подачи– 1440 м3/час. [Мухина]. Состав топливного газа приведен в табл. 23
Состав топливного газа Таблица 23
Компоненты |
% мас |
м3/час |
|
|
|
С2Н6 |
4,00 |
57,6 |
|
|
|
С3Н8 |
93,00 |
1339,2 |
|
|
|
С4Н10 |
3,00 |
43,2 |
|
|
|
Итого: |
100,00 |
1440, 00 |
|
|
|
Отсюда:
Q1 топл.газа = 60 ∙ (57,6∙1,73+1339,2∙1,87+43,2∙1,92) = 161 213,4 кДж/час
Для сгорания топливного газа необходима подача воздуха (кислорода воздуха).
Рассчитываем необходимое количество кислорода:
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
V=1440 V=x
С3Н8 + 5О2 = 3СО2 + 4 Н2О
M=0,0224 M=5∙0,0224=0,112
x= 1440 ∙ 0,112/0,0224 = 7 200 м3/час
Следовательно, необходимое количество воздуха:
21% - 7 200 м3/час
100% - х м3/час х=7 200 ∙100/ 21 = 34 285,71 м3/час
Рассчитываем Q1 воздуха:
Q1 воздуха = 25 ∙ 34 285,71 ∙ 1,005 = 861 428,46 кДж/час
Рассчитываем теплоту, выводимую из аппарата с продуктами по формуле:
Q4= t∙(m1c1+m2c2+…+mncn) (Бесков)
где: Q4 – теплота, выходящих из аппарата с продуктами, кДж/час; t – температура продуктов, выходящих из аппарата, ºС;
m – количество продукта, выходящего из аппарата, кг; c – удельная теплоемкость, кДж/кг∙град.
Рассчитываем Q4 пирогаза:
Q4 пирогаза = 850 ∙ (153,84∙ 14,3 + 10,83 ∙ 1,05 + 2,17 ∙ 0,838 + 2,17 ∙ 1,060 + 2 489,54 ∙ 2,23 + 101,83 ∙ 1,68 + 4 606,40 ∙ 1,53 + 452,84 ∙ 1,73 + 153,84 ∙ 1,64 +
1 854,70 ∙ 2,16 + 78,00 ∙ 1,87 + 634,84 ∙ 2,16 + 448,51 ∙ 2,27 + 45,50 ∙ 1,92 +
1 167,85 ∙ 1,70 + 650,00 ∙ 1,71 + 229,67 ∙ 1,70 + 446,34 ∙ 2,27 + 99,67 ∙ 2,10 + 15,17
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
∙2,15 + 2,17 ∙2,03 + 138,67 ∙ 2,17 + 62,83 ∙ 2,17 + 708,52 ∙ 1,67 + 7 002,77 ∙ 1,8) =
35 379 278,00 кДж/час
Объем дымовых газов, образующихся в процессе пиролиза,
рассчитываем по формуле:
Vt = V0 ∙ (t+273/273) (Скобло, 511)
Vt – объем дымовых газов, образующихся при сгорании 1 кг топлива при теоретическом расходе воздуха при н.у., м3/кг;
V0 – теоретический расход воздуха, необходимый для сгорания 1 кг топлива, м3
t – температура дымовых газов Рассчитываем теплоту сгорания топлива:
Теплота сгорания топливного газа – 2 233 000 кДж/кмоль [2,483]
Объем топливного газа: для расчета объема газа воспользуемся формулой:
V = V топл.газа/М = 1 440 000л/час : 22,4 л/моль = 64 285,71 моль/час = 64,29
кмоль/час
Теплота сгорания топливного газа для процесса пиролиза:
Qсгор.топл. = 64,29 ∙ 2 223 000 = 134 479 250,40 кДж/час
Согласно справочным данным [7,207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.
Находим теплоту химических превращений:
Q2 = Gq, [12, 103]
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
где: Q2 – тепловая нагрузка печи, кДж/час;
G – производительность печи по сырью, кг/час; q – тепловой эффект процесса пиролиза, кДж/кг.
Q2 = 13 000 ∙ 6133 = 79 729 000 кДж/час = 22 147 Вт/час
Тепловые потери не должны превышать 3-5% от общей тепловой нагрузки. Выбираем 3%. Отсюда: 220 499 593,06·3/100=6 614 987,79 кДж/час
Результаты подсчётов теплового баланса сведем в таблицу 24
Тепловой баланс процесса пиролиза Таблица 24
|
Приход |
|
Расход |
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Тепловой |
кДж/час |
% |
Тепловой поток |
кДж/час |
% |
|
поток |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1. Q1, теплота |
|
|
1. Q4,теплота выходящих |
|
|
|
входящих в процесс |
6 130 129,26 |
2,78 |
продуктов |
134 946 801, |
61,20 |
|
|
|
11 |
||||
продуктов всего, в |
|
|
|
|
||
т.ч. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- с бензином |
3 396 672,00 |
1,54 |
- с пирогазом |
35 379 278,0 |
16,05 |
|
|
|
0 |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
- с воздухом |
861 428,46 |
0,39 |
-с дымовыми газами |
99 567 523,1 |
45,15 |
|
|
|
1 |
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
- с водяным |
1 872 028,80 |
0,85 |
2. Qутилиз.тепла, в том |
49 922 901,5 |
22,64 |
|
паром |
числе: |
0 |
||||
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
2. Q1, теплота, |
|
|
Q4 теплота, |
|
|
|
входимая в |
|
|
используемой для |
|
|
|
аппарат с |
161 213,40 |
0,07 |
подогрева сырья |
2 507 050,00 |
1,14 |
|
топливным |
|
|
|
|
|
|
газом |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3. Q2, теплота |
79 729 000,0 |
|
Q4 теплота, |
26 507 852, |
|
|
|
36,16 |
использованной в |
12,02 |
|||
химических |
0 |
66 |
||||
|
|
ЗИА |
|
|||
превращений |
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
4. Q сгор.топл |
134 479 250, |
60,99 |
3.Тепловые потери |
6 614 987,79 |
3,00 |
|
|
40 |
|
||||
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
Итого: |
220 499 593, |
100,00 |
Итого: |
220 499 593, |
100,00 |
|
|
06 |
|
|
06 |
||
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
СПБГУАП группа 4736 https://new.guap.ru/i03/contacts
7. Расчет основного технологического оборудования
Конструктивное оформление оборудования определяются технологическими параметрами протекающих в нем процессов. Для обеспечения сочетания прочности и надежности химической аппаратуры с ее экономичностью и материалоемкостью на стадии проектирования необходимо провести механический расчет, который характеризуется следующими параметрами:
Согласно справочным данным [7,207] тепловой эффект процесса пиролиза в стандартных условиях – 6133 кДж/кг.
1.Находим необходимую поверхность нагрева:
F = Q/qуд [12, 103]
где
F – поверхность нагрева, м2;
Q - тепловая нагрузка печи, кДж/час; qуд – удельный тепловой поток, Вт/м2
F = 22 147/40 = 554 м2
2.Используя данные из [9, 147]принимаем диаметр труб – 0,16 м,
толщину стенки – 0,008 м. Находим общую длину труб:
L= F/ πd [10, 75]
где
L- общая длина труб, м;
F – поверхность нагрева, м2;
π – 3,14;