Тәжірибелік сабақ №6. Жылу баланстарын есептеу.

Тапсырма:

1. Ірі тонналы химиялық процестердің реакторлары мен регенераторларының жылу баланстарын құру.

Әдістемелік нұсқаулықтар:

Есеп 1.н-бутанды дегидрлеудің реакторлық блогының регенераторының жылу балансын құрыңыз және отын мен ауа шығынын анықтаңыз.

Бастапқы деректер:

кіретін катализатордың t_к1=570; шығатын катализатордың t_к2=650, кіретін ауаның t_а=200, шығатын регенерация газының t_р.г.=590; кокстелген катализатордың мөлшері G_кат=823753 кг/сағ; катализатордағы кокстің мөлшері: регенераторға кіргендегі – 0,124; регенератордан шыққандағы – 0,005; артық ауа коэффициенті £ = 1,3;

Кокстің элементтік құрамы, % (масс): С – 97,5; Н – 2,5.

Отын газының құрамы, % (көл): Н₂ – 59,1; СН₄ – 13; С₂Н₄ – 4; С₂Н₆ – 3; С₃Н₆– 5; С₃Н₈ – 2,5; С₄Н₁₀ – 2,5; N₂ – 6,0; СО₂ – 4,9.

Есептің шығарылуы:

Регенерацияланған катализатордың мөлшерін анықтаймыз:

кг/сағ

Күйдіруге тиесілі кокстың мөлшері:

G_кокс = G_{кокс.кат.}- G_{рег.кат.}= 823753 - 822773 = 980 кг/сағ

Менделеев формуласы бойынша отын газының төмен жану жылуын (кДж/м³) анықтаймыз:

=108Н₂+358,2СН₄+590,6С₂Н₄+637,5С₂Н₆+ 860С₃Н₆ + 912,5С₃Н₈+1186,5С₄Н₁₀= 108·59,1+358,2·13+590,6·4+637,5·3+860·5+912,5·2,5+1186,5·2,5=24861,8кДж/м³

мәнін кДж/кг-да табу үшін отын газының тығыздығын қалыпты жағдайда (СО₂және N₂ ескере отырып) анықтау керек.

ρ_о.г.=∑х_iρ_i=0,591·0,09+0,13·0,71+0,04·1,25+0,03·1,34+0,05·1,875+0,025·1,96+0,025·2,59+ 0,049·1,96+0,06·1,25=0,614 кг/м³

онда отын газының мәні:

кДж/кг

1 кг коксті жағуға теориялық қажет ауаның шығынын төмендегі формула бойынша анықтаймыз:

L₀ = = = 12,1 кг/кг

1 кг отынды жағуға теориялық қажет ауаның шығынын есептеу үшін отынның элементтік құрамын есептейміз (% масс.):

С =

Н =

О =

N₂ =

мұндағы х_i - i-ші компоненттің көлемдік концентрациясы;

n_i, m_i - i-ші компоненттегі көміртек пен сутек атомдарының саны;

M_i –i-ші компоненттің молекулалық массасы.

Отынның элементтік құрамы, % масс.:

С = =

Н =

О =

N =

Тексеру: С+Н+О+N =56,1+20,3+11,4+12,2=100

1 кг отын газын жағуға қажет ауаның теориялық шығыны:

кг/кг.

Ауаның шын мәніндегі шығыны:

= L^о·α = 12,1·1,3 =15,73 кг/кг

= ·α = 12,96·1,3 =16,85 кг/кг

1 кг кокс жанғанда түзілген жану өнімдерінің мөлшерін анықтаймыз (кг/кг):

L_o (α - 0,232)=12,1(1,3 - 0,232) = 12,93

Жану өнімдерінің жалпы мөлшері:

3,58+0,23+12,93=16,74 кг/кг.

1 кг отын газы жанғанда түзілген жану өнімдерінің құрамы:

= L_o (1,3-0,232)+ =12,96(1,3 - 0,232) + 0,122=13,962

1 кг отын газының жану өнімдерінің жалпы мөлшері:

2,05 + 1,83 + 13,962 = 17,84 кг/кг

Әрі қарай регенераторға енгізілген және одан реакция өнімдерімен шыққан жылу мөлшерін анықтау үшін:

· 650⁰С температурада 1 кг отынның жану өнімдерінің жылусиымдылығын (С_рm, кДж/(кг·⁰С)) кокстің жануынан есептейміз:

m^к = 3,58 + 0,23 + 12,93 = 3,58·1,05 + 0,23·2,03 + 12,1·0,78 = 14,33 кДж/(кг·^оС)

· отын газының жануынан есептейміз:

=2,05·1,05+1,83·2,03+17,84·0,78=19,78 кДж/(кг·^оС)

Регенератордың жылу балансы:

Кіретін жылу мөлшері:

· кокстелген катализатормен кіреді:

Q_{кокс.кат..}= G_{кокс.кат.}×С_к·t_{кокс.кат.} = 823753·0,921·570 = 432445610 кДж/сағ = =120123780 Вт

· 200^оС температурада ауамен кіреді:

Q_ауа=L⁰_к·G_кокс+L⁰_отынB)C t_ауа=(15,73·980+16,85В)1,01·200= 798439+3403,7В

мұндағы В – отын шығыны, кг/сағ

· кокс пен отын газының жану жылуы:

Q_{р кокс}= G_кокс·Q

Q =339,1С+1030Н=339,1·97,5+1030·2,5=33062,75+2575=35627,5 кДж/кг

демек Q_{р кокс}= 980×35627,5 = 34914950 кДж/сағ = 9698597 Вт

Q_{р отын газы} = В· Q = 40492 кДж/сағ = 11247,8В Вт

Кіретін жылудың жалпы мөлшері:

∑Q_кіріс= Q_{кокс.кат.}+ Q_ауа+ Q_{р кокс} + Q_{р отын газы} = 120123780 + 798439 + +3403,7В + 9698597+11248,7В = 130620816 + 14652,4В Вт

Шығатын жылу мөлшері:

· регенерацияланған катализатормен:

Q_{рег.кат.}=822773·0,921·650 = 492553050 кДж/сағ=136820290 Вт

· регенерация және отын жағу газдарымен:

Q_г= (G_коксС_{рm кокс}+ ВС_{pm отын газы})·t_г;

Q_г =(980·14,33+В·19,78)·590= 8285606 + 11670,2В кДж/сағ = 2301492 +

+3241,7В Вт

Барлығы:

∑Q_шығ.= Q_{рег.кат.}+ Q_г= 136820290 + 2301492 + 3241,7В = 139121782 + +3241,7В Вт

· Кіретін және шығатын жылулардың теңдігінен отын газының шығынын табамыз:

130 620 816+14

652,4В=139 121 782+3 241,7В

В = = 745 кг/сағ

· Әрі қарай Q_кір. = Q_шығ тексереміз.

Қосымша әдебиет 3[34 - 58]; 7[43-62]

Бақылау сұрақтары:

1. Ірі тонналы химиялық процестердің реакторлары мен регенераторларының жылу баланстары қалай құрылады?

2. Регенераторға енгізілген және одан реакция өнімдерімен шыққан жылу мөлшерін анықтау қандай жолмен жүргізіледі?

3. Регенератордың жылу балансын құру принциптері.