Понятие о нефтяном эквиваленте и условном топливе. Высшая и низшая теплота сгорания. Нормы для отдельных видов топлив.
Нефтяной эквивалент, н.э., Н.э. Условный вид топлива, низшая теплота сгорания которого принимается равной 10.000 ккал/кг или 41.870 кДж/кг (в странах ЕЭС или в рамках МЭA), а высшая теплота сгорания - 5,8 млн. Бте/баррель, или 45.370 кДж/кг (в США, Канаде, Японии, Австралии)
Условное топливо, принятая при технико-экономических расчетах единица, служащая для сопоставления тепловой ценности различных видов органического топлива. Теплота сгорания 1 кг твердого условного топлива (или 1 м3 газообразного) 29,3 МДж (7000 ккал).
Теплота сгорания (теплотворная способность топлива) – количество тепла, выделяющееся при полном сгорании 1 кг жидкого (твердого) или 1 м3 газообразного топлива при нормальных условиях. При этом продукты сгорания должны находится при одинаковых давлениях и температуре.
Различают высшую и низшую теплотворные способности нефтепродуктов (топлив).
Высшая теплота сгорания представляет собой количество тепла, выделяемого при полном сгорании топлива, охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива и конденсации водяного пара, образовавшегося при окислении водорода, входящего в состав топлива.
Низшая (рабочая) теплота сг. –кол-во тепла, выделяемого при полном сгорании топлива и охлаждении продуктов сгорания до температуры топлива без конденсации водяного пара. Т.е. она равна высшей теплоте сг. За вычетом теплоты испарения влаги топлива и воды, образовавшейся при сгорании водорода.
Экспериментально высшую и низшую теплоты сгорания топлив (бензин, керосин, дт или котельное) определяют с помощью различных калориметров по ГОСТ. Для вычисления теплоты сгорания топлив используют ф-лу Менднлеева: QB- 33915C+ 125600H+10880(S-O);
QH= 33915C+125600H+10880(S-O)-2500(9H+W);где С,Н, S,О -содержание в топливе углерода., водорода, серы, кислорода, масс. Коэффициенты - теплота сг. соотв. С,Н и т.д.
Жидкое топливо
| Название | Элементарный состав горючей массы,% | Q | ||
| С | Н | О+N | ||
| Нефть | 83-85 | 11-14 | 0,5-2 | 10400-11000 |
| Мазут | 84-88 | 11-12 | 0,5-0,8 | 9700-10750 |
| Моторное топливо(тяжелое) | 86,5 | 13,0 | 0,5 | 10000-10700 |
| Бензин | 85,1 | 14,9 | - | 10450-11250 |
| Керосин | - | 10300-11000 | ||
| Соляровое масло | 86,3 | 13,5 | 0,1 | 10780-11050 |
2. Нагревательная и погоноразделительная аппаратура технологических установок.
Тепловой баланс теплообменника (пример). Наложение фракций при ректификации с способы ее снижения.
1) Погоноразделительная.
ректификационные колонны- периодического ( на установках малой производительности при необходимости отбора большого числа фр и высокой четкости разделения) и непрерывного действия. В зависимости от числа получаемых продуктов различают простые(для получения 2 прод) и сложные колонны (для получения 3 и более прод-это последовательно соединенные простые колонны). В зависимости от внутр устр-ва колонны делятся на насадочные, тарельчатые, роторные и др. в зависимости от давления, они делятся на колонны высокого давления (в процессах стабилизации нефтей и бензинов, газофракционирования), атмосферные и вакуумные (при перегонке нефтей, остаточных нефтепрод и дистиллятов).
Отпарные колонны (стриппинги). В этих колонных происходит отпарка легких фр водяным паром.
2) Теплообменные аппараты. – их стоимость в среднем 15% от общей стоимости оборудования установок. Эти аппараты используют для нагрева, испарения, конденсации, охлаждения, кристаллизации, плавления и затвердевания учавтсвующих в процессе продуктов, а также парогенераторы и котлы-утилизаторы.
По способу действия теплообм ап-ты разделяют на поверхностные( среды разделены стенкой) и аппараты смешения (теплообмен происходит за счет непосредственного контакта между средами (скруббер)). Поверхностные теплообменники делятся на змеевиковые, типа «труба в трубе» и кожухотрубные- с неподвижными трубными решетками, с u-образными трубками и с плавающей головкой. Также различают вертикальные и горизонтальные теплдообм аппараты.
Также к теплообменным аппаратам относ
подогреватели с паровым пространством.(кипятильники) прим для подвода тепла вниз ректиф колонн.
Пародистиллятные теплообменники тепло передается от конденсирующихся нефтяных паров. Их используют в кач-ве парциальных конденсаторов.
Существуют холодильники и конденсаторы-холодильники (в них входят как балансовые пары бензинов так и пары орошения).
Конденсаторы - холодильники
· Погружные конденсаторы - холодильники. –сплошной змеевик или коллектор с парал работающими змеевиками, помещенными в ящик с проточной водой.
· Оросительные конденсаторы-холодильники. Представл собой змеевики, орошаемые снаружи водой, подаваемой по желобам.
· Конденсаторы-холодильники воздушного охлаждения. Оборудованы плоскими трубными пучками, по которым проходит конденсируемый или охлаждаемый поток нефтепрод. Через этот пучок вентилятором пропускается увлажненный воздух.
· Конденсаторы смешения (скрубберы) теплообмен проходит за счет прямого контакта между восходящим потоком нефтяных паров и орошающей их водой. Их выполняют в виде насадочных или полочных колонн.
Трубчатые печи.
Существуют Вертикальные цилиндрические печи, двухкамерные с восходящим потоком газа, с объемно-настильным пламенем, беспламенного горения, многокамерные двухстороннего облучения и тд.
ТО аппараты используются для нагрева, испарения, конденсации, охлаждения, кристаллизации участвующих в процессе сырья и продуктов. Весьма важным является использование тепла отходящих с установки потоков (рекуперация тепла). Теплоносителями могут служить дымовые газы, водяной пар, горячие дистилляты и остатки перегонки. В качестве охлаждающих агентов в ТО аппаратах используются вода, воздух и в ряде случаев спец.хладагенты, например аммиак. К ТО аппаратам относятся теплообенники (в основном для нагрева сырья за счет отходящих продуктов), испарители или ребойлеры, кипятильники, конденсаторы-холодильники. Кожухотрубчатые ТО с плавающей головкой и U-образными трубками получили наибольшее распространение. Возможность «плавания» одной из трубных решеток в корпусе аппарата обеспечивает компенсацию изменений длин трубного пучка и корпуса. ТО данной конструкции обеспечивают высокий коэффициент теплопередачи. ТО типа «труба в трубе» применяются для передачи тепла от высоковязких продуктов (гудронов, крекинг-остатков), при использовании которых требуются повышенные скорости, обеспечивающие хорошую теплоотдачу и сокращение возможности образования коксовых отложений.
Расчет ТО аппаратов включает выбор рациональной схемы использования (регенерации) тепла отходящих потоков, расчет ТО по выбранной схеме, выбор типа аппарата по ГОСТ и расчет необходимого числа типовых аппаратов. Принцип расчета ТО состоит в решении системы двух уравнений – ур-ния теплового баланса и ур-я теплопередачи. Первое из них
0,95*GC*(tC2 – tC1) = Gt*(tT1 – tT2)
где Gc и Gt – массы потоков сырья и теплоносителя соотв-но, кг/ч;
tC и tT – т-ры сырья и теплоносителя соотв-но на входе и выходе из аппарата;
0,95 – КПД теплообменника.
Из этого ур-я находят одно неизвестное, например т-ру сырья на выходе из ТО. Потоки сырья и теплоносителя известны из материального баланса установки. Ур-е теплопередачи Q = k*F*∆tСР
Принимая стандартную пов-ть Fст одного аппарата по ГОСТ, находят число необходимых ТО: n = F/Fст
В настоящее время применяются пластинчатые ТО, обладающие большой пов-тью теплоотсека, используются для нагрева легких малосмолистых фракций и др.НП. Они эффективны даже при низком значении температурного напора (2-5 оС) в отличие от кожухотрубных, для которых рабочий температурный напор 10-15 оС. Тем не менее кожухотрубные ТО получили наибольшее распространение, как наиболее надежные и удобные в эксплуатации.
Ректификацию в лаборатории проводят на аппарате АРН-2,который может быть использован для следующих целей: получения данных для построения ИТК,зависимости выходы узких фракций от их Твыкип.; установления потенциального содержания фракций в перегоняемом сырье; получения узких фракций для изучения свойств этих фракций.
Кривая ИТК строится в координатах т.кип - выход фракций. Кривую ИТК проводят по экспериментальным точкам. Отдельные перегибы на кривой ИТК нефти объясняются не погрешностями разгонки(если разгонка проведена согласно требованию ГОСТа),а наличием в составе нефти у\в с близкими т. кип., образующих на кривой участки, приближающиеся к горизонтальным. Для разделения близкокипящих компонентов используется азеотропная или экстрактивная ректификация. Эти виды перегонки основаны на введении в разделяемую систему разделяющего агента,в присутствии которого изменяются межмолекулярные взаимодействия разделяемых ком-нтов, существенно увелич. различие в летучести.
Экстрактивная ректификация применяется для разделения бутан-бутиленовых и бутилен-бутадиеновых смесей, и т.д.
Важное значение в осуществляемой экстрактивной и азеотропной ректификации имеет подготовка сырья, которое должно выкипать весьма в узких пределах, т.е. установке по перегонке с разделяюим агентом должна предшествовать установка предварительного разделения смеси обычной ректификацией.
3.Найти высоту слоя, занятого остатком (h ост) в низу вакуумной колонны, исходя из7-минутного запаса, если:
Плотность остатка при 200С 985 кг/м3
Температура 4200С
Расход остатка 60 т/ч
Площадь сечения низа колонны 7,5 м2
Решение:
G(расход)=60т/ч=60000кг/ч
T=420
τ=7 мин=7/60 ч
F=7,5 м2
ρ4320= ρ420-a(420-20)=, где а по таблице
hост=(G* τ)/ F*ρ4320=60000*7/ ρ4320*7,5*60=
Билет 17.