Каталитический крекинг

       r_ср. = 

= 1,310 кг/нм³. 

     Таким образом, при регенерации катализатора на каждый килограмм сгорающего кокса будет получаться 14,109 кг или 10,774 нм³ влажных дымовых газов со средней молекулярной массой 29,333 и плотностью 1,310 кг/нм³.

     Полученный состав дымовых газов представлен в таблице 2 с указанием массовых и мольных долей компонентов.

     Общая масса и объем, влажных дымовых  газов образующихся при сгорании балансового количества кокса составит

     G_д.г.=5115×14,109 =72167,5 кг/ч;  

     V_д.г.=5115×10,774=55109,01 нм³/ч. 

     Проверка                       

                                                      G_д.г.= G _возд. + G _кокс,                                           (25)

     G_д.г.= 67052+5115=72167 кг/ч. 

     Таблица 2 - Состав дымовых газов, образующихся при сгорании кокса

 

     5.2.5 Тепловой баланс регенератора

     Расчет  теплового баланса регенератора необходим для определения количества тепла, отводимого змеевиками охлаждения, количества водяного пара, образующегося в змеевиках и расхода подаваемой в них воды.

     Уравнение теплового баланса имеет вид

                 Q_o.=Q_п.+Q_р.;                                                      (26)

        Q_п.=Q_к.¹+Q_возд.+Q_кокс+Q_н^р;                                    (27)

                Q_р.=Q_к.²+Q_д.г. +Q_пот. ,                                            (28) 

             где  Q_o. - тепло, отводимое змеевиками охлаждения кДж/кг;

                Q_п. - сумма тепловых потоков, поступающих в регенератор кДж/кг;

                Q_р. - сумма тепловых потоков, отходящих с регенератора кДж/кг;

                Q_к.¹ – тепло, поступающее в регенератор катализатором кДж/кг;

                Q_возд – тепло, поступающее в регенератор воздухом кДж/кг;

                Q_кокс - тепло, поступающее в регенератор коксом кДж/кг;

                Q_н^р – низшая теплота сгорания кокса, кДж/кг;

                Q_к.² – тепло, отходящее с катализатором с регенератора кДж/кг;

                Q_д.г- тепло, отходящее дымовыми газами кДж/кг;

              Q_пот - сумма всех потерь тепла кДж/кг.

       На  катализаторе есть остаточный кокс, но разница в переносимых им тепловых потоках настолько мала, что нет необходимости ее учитывать отдельно. Будем считать, что она входит в сумму потерь тепла. Примем общую сумму потерь тепла равной 15 % от общего количества тепла сгорания кокса, т.е.

                                                 Q_пот.=0,15×G_кокс×Q_н^р.                                               (29) 

     Напишем тепловой баланс в развернутом виде

            Q_o=G_кокс×Q_н^р-G_к.×с_к.×(t₂-t₁)+G_возд.×с_возд.×t₃-G_д.г ×с_д.г.×t₄+G_кокс×с_кокс×t₁ - Q_пот.               (30) 

            где  G_кокс, G_к, G_возд, G_д.г, - количество кокса, катализатора, воздуха, дымовых  газов;

                с_к., с_возд., с_д.г., с_кокс - теплоемкость катализатора, воздуха, дымовых газов,кокса соответственно;

                t₁ - температура катализатора на входе в регенератор;

                t₂ - температура катализатора на выходе из регенератора;

                t₃ - температура подаваемого в регенератор воздуха;

                t₄ - температура дымовых газов, t₄= 600 ⁰C. 

     При кратности циркуляции катализатора равной 5 - его количество будет

                                                        G_к = G_с^. К_ц ,                                                    (31)

                                            G_к = 123274,1 ^. 5= 616370,8 кг/ч.

     Низшую  теплоту сгорания кокса можно  вычислить по формуле Менделеева

                                     Q_н^р=339×С+1030×Н-109×(О-S)-25×W,                               (32)

           где С,Н,О,S,W - содержание в коксе углерода, водорода, кислорода, серы и воды, % масс.

     Поскольку углерод кокса сгорает частично с образованием СО, то формулу следует применять с соответствующей поправкой

                      Q_н^р=(339×СО₂+105×СО)×С+1030×Н-109×(O-S)-25×W,                  (33)

     Q_н^р=(339×0,636+105×0,364)×90+1030×5-109×5=28539 кДж/кг. 

     Теплоемкости  катализатора, кокса и воздуха  в соответствующих интервалах температур в кДж/(кг×⁰С), находим по справочной  литературе[7] c_к.=1,15, c_кокс=2,5, c_возд.=1,04.

     Средняя массовая теплоемкость дымовых газов  с_д.г. находится расчетным путем по правилу аддитивности, используя ранее найденный состав дымовых газов (таблица 2), образующихся при сгорании кокса и справочные величины теплоемкостей для компонентов смеси

                     с_д.г. = åс_i× a_i .                                                    (34) 

     Теплоемкости  компонентов дымовых газов находим  по справочной литературе[7], кДж/(кг×⁰С): c_cо2=1,046;c_co=1,089; c_н2o=2,018; c_so2=0,842;c_o2=0,996; c_N2=1,07.

     Средняя теплоемкость газов 

     с_д.г.=0,148×1,046+0,054×1,089+0,032×2,018+0,007×0,842+0,043×0,996+

     +0,716×1,070=1,092 кДж/(кг×⁰С). 

     Тепло, отводимое змеевиками охлаждения

     Q_о=5115×28539-616370,8 ×1,15×(600-500)+ 67052×1,04×20-72167,5

     

1,092×600+5115×2,5×500-0,15×5115×28539=13724469 кДж/ч. 

     В змеевиках регенератора образуется насыщенный водяной пар давлением 3,4 МПа. Температура его насыщения равна 240 ⁰С.

     Количество  водяного пара определяем по формуле

                                                      G_в.п.=

,                                                   (35)

            где I_п., I_в. - теплосодержание насыщенного водяного пара и воды или водяного конденсата, поступающего в змеевики охлаждения при 240 ⁰С соответственно, кДж/кг[7]

       G_в.п.=

= 6286,9 кг/ч.  

       Для предотвращения отложения накипи непосредственно  в змеевиках через них пропускают примерно 6-8 кратное количество воды по отношению к количеству образующегося пара[5]. Принимаем кратность циркуляции 7. Тогда количество воды, подаваемой в змеевики

      G_в.=(7+1)×G_в.п.,   

       G_в.= (7+1)× 6286,9=50295,8 кг/ч. 

     Средняя теплонапряженность q_t поверхности змеевиков охлаждения находится в пределах 40000-60000 кДж/(м²×ч)[5]. Принимаем ее равной 45000 кДж/(м²×ч). Тогда необходимая поверхность составит

                       F_з. = ,                                                        (36)

        F_з. = 

= 304,9 м². 

     5.2.6 Основные размеры регенератора

     Регенератор имеет квадратное сечение. При кратности  циркуляции катализатора равной 5 - его количество будет 616370,8  кг/ч. Насыпная плотность катализатора 0,650 г/см³.

     Объем зоны регенерации определяем по формуле[5]

                                                      V_з.р. = 

,                                                (37)

            где   G_кокс - количество кокса, G _кокс=5115  кг/ч;

                К_н - интенсивность сгорания кокса, К_и=10 кг/(м³×ч).