Тепловая нагрузка печи, КПД печи и расход топлива
Полезное тепло печи
 , (3.5)
где Q1 – расход тепла на нагревание смеси газов в камере конвекции, кВт; Q2 – расход тепла на нагревание парогазовой смеси и химическую реакцию в камере радиации печи, кВт.
Температура сырья перед реакционным змеевиком (радиантная секция печи), должна быть ниже той, при которой начинается его пиролиз. Согласно литературным данным [4], для этана эта температура составляет порядка 700-720 °С, для пропана – 640-660 °С. В случае пиролиза бензина температура сырья перед камерой конвекции принимается равной порядка 500-600 °С.
В данном случае принимается температура сырьевой смеси на выходе из камеры конвекции равной ТКОНВ = 650 °С.
Количество тепла Q1:
 , (3.6)
где GУСТ и Z – расходы сырья и водяного пара соответственно, кг/с;  – энтальпия паросырьевой смеси на выходе из камеры конвекции при температуре ТКОНВ = 650 °С (923 К);  – энтальпия паросырьевой смеси на входе печь при температуре ТН = 40 °С (313 К).
Энтальпия парогазовой смеси определяется по правилу аддитивности, при этом энтальпия отдельных компонентов вычисляется по уравнению
 , (3.7)
где а, b, c – коэффициенты, зависящие от компонента; Т – температура, К.
Коэффициенты для расчета энтальпий приведены в таблице 3.3.
Результаты расчета энтальпий сведены в таблицу 3.4. В таблице доли массовые указаны в пересчете на 100 %, например массовая доля метана определена из таблицы 3.2 как 15,9/120 = 0,132. В таблице 3.4 также вычислена энтальпия продуктовой смеси при заданной температуре ТК = 845 °С (1118 К).
Таблица 3.3 – Коэффициенты для расчета энтальпий компонентов
| Компонент
| Коэффициенты к уравнению (3.7)
| | a
| b
| c
| | Водород
| -6,03
| 13,585
| 0,00077
| | Метан
| 70,74
| 1,376
| 0,00156
| | Этан
| -83,14
| 1,138
| 0,00147
| | Этилен
| -37,40
| 1,015
| 0,00120
| | Пропан
| -110,90
| 1,085
| 0,00145
| | Пропилен
| -179,6
| 1,100
| 0,00119
| | н-Бутан
| -143,77
| 1,158
| 0,00138
| | Изобутилен
| -162,09
| 1,139
| 0,00119
| | Бутадиен 1,3
| -167,88
| 1,209
| 0,00102
| | н-Пентан
| -152,95
| 1,167
| 0,00136
| | В.П.
| 29,71
| 1,649
| 0,00032
| | н-Октан
| -131,54
| 1,200
| 0,00133
| | Бензол
| -146,23
| 0,784
| 0,00096
| | Нафталин
| -231,60
| 0,793
| 0,00090
| | Ацетилен
| -95,11
| 1,568
| 0,00050
|
При пиролизе бензина, ввиду сложного углеводородного состава исходного сырья, пироконденсата и тяжелой смолы пиролиза, условно можно принять за бензин – н-октан; за пироконденсат – бензол; за тяжелую смолу пиролиза – нафталин.
Таким образом, количество тепла, переданное паросырьевой смеси в камере конвекции, составит:
Таблица 3.4 – Результаты расчета энтальпий потоков
| Компонент
| ТН = 313 К (40 °С)
| ТКОНВ = 923 К (650 °С)
| ТК = 1118 К (845 °С)
| | хi, доля масс.
| Hi, кДж/кг
| Hi∙xi
| хi, доля масс.
| Hi, кДж/кг
| Hi∙xi
| хi, доля масс.
| Hi, кДж/кг
| Hi∙xi
| | Водород
|
| 4321,5
| 0,00
|
| 13188,9
| 0,00
| 0,013
| 16144,4
| 209,88
| | Метан
|
| 654,3
| 0,00
|
| 2669,8
| 0,00
| 0,132
| 3559,0
| 469,79
| | Этан
|
| 417,1
| 0,00
|
| 2219,6
| 0,00
| 0,021
| 3026,5
| 63,56
| | Этилен
|
| 397,9
| 0,00
|
| 1921,8
| 0,00
| 0,219
| 2597,3
| 568,81
| | Пропан
| 0,833
| 370,8
| 308,88
| 0,833
| 2125,9
| 1770,87
| 0,217
| 2914,5
| 632,45
| | Пропилен
|
| 281,3
| 0,00
|
| 1849,5
| 0,00
| 0,158
| 2537,6
| 400,94
| | Бутаны
|
| 353,9
| 0,00
|
| 2100,7
| 0,00
| 0,000
| 2875,8
| 0,00
| | Бутилены
|
| 311,0
| 0,00
|
| 1903,0
| 0,00
| 0,012
| 2598,7
| 31,18
| | Бутадиен
|
| 310,5
| 0,00
|
| 1817,0
| 0,00
| 0,011
| 2458,7
| 27,05
| | С5+
|
| 345,6
| 0,00
|
| 2082,8
| 0,00
| 0,048
| 2851,7
| 136,88
| | Водяной пар
| 0,167
| 577,2
| 96,39
| 0,167
| 1824,4
| 304,67
| 0,167
| 2273,3
| 379,64
| | Итого
| 1,00
|
| 405,27
| 1,00
|
| 2075,54
| 0,998
|
| 2920,18
|
Количество тепла Q2:
 , (3.8)
где QP – расход тепла на реакцию пиролиза, кВт; QНРАД – расход тепла на нагрев парогазовой смеси в камере радиации печи от ТКОНВ = 923 К до ТК = 1118 К.
Расход тепла на нагрев парогазовой смеси в камере радиации печи
 , (3.9)
Расход тепла на реакцию пиролиза
 , (3.10)
где ∆Н – тепловой эффект реакции, кДж/моль сырья;  - расход сырья, моль/с.
Тепловой эффект реакции определяется по уравнению
 , (3.11)
где НПРОД и НС – теплоты образования продуктов реакции (пирогаза) и исходного сырья соответственно, кДж/моль.
Теплоты образования индивидуальных углеводородов приведены в литературе [9]. В интервале температур 300-1500 К теплоту образования можно приближенно вычислить по формуле
 , (3.12)
где а, b, c, d – коэффициенты, зависящие от углеводорода; Т – температура, К.
Коэффициенты для расчета теплоты образования углеводородов приведены в таблице 3.5.
Таблица 3.5 – Коэффициенты для расчета теплоты образования
| Компонент
| Коэффициенты к уравнению (3.12)
| | a
| b
| c
| d
| | Метан
| -4,1286∙10-9
| 2,4911∙10-5
| -4,7861∙10-2
| -62,658
| | Этан
| -9,6604∙10-9
| 4,9028∙10-5
| -8,0416∙10-2
| -64,801
| | Этилен
| -5,3836∙10-9
| 2,7239∙10-5
| -4,7531∙10-2
| 64,240
| | Пропан
| -1,5156∙10-8
| 7,1489∙10-5
| -1,0808∙10-1
| -77,617
| | Пропилен
| -9,3048∙10-9
| 4,6564∙10-5
| -7,6513∙10-2
| 39,419
| | н-Бутан
| -1,9165∙10-8
| 8,9893∙10-5
| -1,3259∙10-1
| -94,126
| | Изобутилен
| -1,2015∙10-8
| 6,0585∙10-5
| -9,6417∙10-2
| 6,817
| | Бутадиен 1,3
| -1,1507∙10-8
| 3,9926∙10-5
| 1,2140∙10-1
| 111,160
| | н-Пентан
| -2,3095∙10-8
| 1,0802∙10-4
| -1,5722∙10-1
| -108,610
| | В.П.
| -3,4413∙10-10
| 3,6457∙10-6
| -1,2724∙10-2
| -238,510
| | н-Октан
| -3,5416∙10-8
| 1,6385∙10-4
| -2,3218∙10-1
| -152,870
| | Бензол
| -1,3266∙10-8
| 5,8873∙10-5
| -8,7802∙10-2
| 104,270
| | Нафталин
| -1,7778∙10-8
| 7,6571∙10-5
| -1,0904∙10-1
| 177,100
| | Ацетилен
| 4,8485∙10-9
| -1,3288∙10-5
| 5,1565∙10-3
| 226,240
|
При температуре ТК = 1118 К расчет значений  и  представлен в таблице 3.6.
Из таблицы 3.6теплота реакции составит
Таблица 3.6 – Расчет теплового эффекта химической реакции
| Компонент
| Теплота образования  , кДж/моль
| Сырье
| Пирогаз
| Доля мольн., 
| ∙
| моль/моль сырья, Gi'/G'УСТ
| Gi'/G'УСТ ∙
| | Водород
| 0,000
| 0,00
|
| 0,357
| 0,000
| | Метан
| -90,799
| 0,00
|
| 0,438
| -39,770
| | Этан
| -106,924
| 0,00
|
| 0,032
| -3,422
| | Этилен
| 37,624
| 0,00
|
| 0,421
| 15,840
| | Пропан
| -130,274
| 1,00
| -130,274
| 0,259
| -33,741
| | Пропилен
| -0,924
| 0,00
|
| 0,194
| -0,179
| | Бутаны
| -156,784
| 0,00
|
| 0,000
| 0,000
| | Бутилены
| -42,041
| 0,00
|
| 0,016
| -0,673
| | Бутадиен
| 280,710
| 0,00
|
| 0,016
| 4,491
| | С5+
| -181,638
| 0,00
|
| 0,032
| -5,812
| | Итого
|
| 1,00
| -130,274
| 1,765
| -63,266
|
Расход тепла на реакцию пиролиза:
Радиантное тепло печи:
Полезное тепло печи:
Определение КПД печи.
Потери тепла в окружающую среду q1 примаются равными в количестве 7% от теплоты сгорания топлива  , в том числе, 5 % в камере радиации, 2 % в камера конвекции.
Ввиду довольно большого объема расчета процесса горения топлива он здесь опускается. Принимается, что в качестве топлива используется метан, низшая теплота сгорания которого, определенная по формуле Менделеева, составляет = 51183 кДж/кг. Принимается коэффициент избытка воздуха печи равным 1,05. Зависимость энтальпии продуктов сгорания метана от температуры при этих условиях представлена на рисунке 3.2.
При необходимости более подробного расчета процесса горения топлива можно воспользоваться литературой [5].
Рисунок 3.2 – Зависимость энтальпии продуктов сгорания метана от температуры
Температуру уходящих дымовых газов рекомендуется принимать в пределах 300-400 °С (с дальнейшим их охлаждением в котле-утилизаторе). Температура уходящих из печи дымовых газов принимается ТУХ = 300 °С (573 К). В этом случае по рисунку 3.2 определяется энтальпия продуктов сгорания топлива, которая составит q2 = 6536 кДж/кг.
КПД печи определяется по уравнению
 , (3.13)
Расход топлива определяется по уравнению
 , (3.14)
Аальтернативная стоимость. Кривая производственных возможностей В экономике Буридании есть 100 ед. труда с производительностью 4 м ткани или 2 кг мяса...
|
Вычисление основной дактилоскопической формулы Вычислением основной дактоформулы обычно занимается следователь. Для этого все десять пальцев разбиваются на пять пар...
|
Расчетные и графические задания Равновесный объем - это объем, определяемый равенством спроса и предложения...
|
Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...
|
Этические проблемы проведения экспериментов на человеке и животных В настоящее время четко определены новые подходы и требования к биомедицинским исследованиям...
Классификация потерь населения в очагах поражения в военное время Ядерное, химическое и бактериологическое (биологическое) оружие является оружием массового поражения...
Факторы, влияющие на степень электролитической диссоциации Степень диссоциации зависит от природы электролита и растворителя, концентрации раствора, температуры, присутствия одноименного иона и других факторов...
|
Методы анализа финансово-хозяйственной деятельности предприятия
Содержанием анализа финансово-хозяйственной деятельности предприятия является глубокое и всестороннее изучение экономической информации о функционировании анализируемого субъекта хозяйствования с целью принятия оптимальных управленческих...
Образование соседних чисел Фрагмент:
Программная задача: показать образование числа 4 и числа 3 друг из друга...
Шрифт зодчего Шрифт зодчего состоит из прописных (заглавных), строчных букв и цифр...
|
|
