Материал: Проект битумной установки широкого профиля мощностью 190 тысяч тонн в год с расчётом реактора

Тепловой баланс установки

Составляем тепловой баланс реактора и из него определяем температуру сырья на входе.

Приход тепла:

Количество тепла, поступающего с сырьем, Q_c, кДж/(кгК):

Q_c = G_fCt, (2.11)

где С - теплоемкость гудрона равна 2,0 кДж/(кгК) [4];

t - температура гудрона, К,

Q_c = 24739,582,0t=49479,16t кДж/(кгК).

Количество тепла, поступающего с воздухом, Q_в, кДж/(кгК):

Q_в = G_воздС_вТ_в, (2.12)

где С_в - теплоемкость воздуха равна 1,005 кДж/(кгК);

Т_в - средняя температура воздуха равна 278 К,

Q_в = 3198,821,005278=893718,32 кДж/(кгК).

Количество тепла, поступающего в реактор с битумом - рециркулятом, Q_рец, кДж/(кгК):

Q_рец = K_цG_бCT, (2.13)

где C - теплоемкость битума равна 2,1 кДж/(кгК);

Т - температура битума 543 К;

K_ц - коэффициент рециркуляции 3 [4],

Q_рец = 3237502,1543 = 81246375 кДж/(кгК).

Количества тепла, выделяющегося в ходе реакции, Q_р , кДж/ч:

Q_p = qG_f, (2.14)

где q - тепловой эффект реакции окисления гудрона = 230 кДж/кг,

Q_p = 23024739,58= 5690103,4 кДж/ч.

Всего приход тепла составляет , кДж/ч:

= Q_c+ Q_в+ Q_рец+ Q_p , (2.15)

= 49479,16t+ 893718,32+ 81246375 + 5690103,4 = 87879675,88+49479,16t

Расход тепла:

Количества тепла, уходящего с битумом, Q_б, кДж/ч:

Q_б = K_ц G_бСТ, (2.16)

где С - теплоемкость битума 2,1 кДж/(кгК);

Т - температура битума 543 К,

Q_б = 4 23750 2,1 543 = 108328500 кДж/ч.

Количества тепла, уходящего с газами окисления, Q_газ, кДж/ч:

Q_газ = (G_отг+ G_уг+ G_CO2+ G_N2+ G_{H2 O}+G'_О2)CT , (2.17)

где С - теплоемкость газов окисления равна 1,26 кДж/(кгК);

Т - температура газов окисления 543 К,

Q_газ = (128,25+475+237,51+2463,09+421,04+159,941)1,26543 = 2657923,674кДж/ч.

Количество тепла, уходящего с потерями, Q_пот, кДж/ч:

Q_пот = 0,03 x Q_{прихода} ; (2.18)

Q_пот = 0,03 x(87879675,88+49479,16t)=2636390,27+1796,87t

Всего расхода тепла составил , кДж/ч,

= Q_б + Q_газ+ Q_пот ; (2.19)

= 108328500 + 2657923,674 + 2636390,27+1796,87t=113622813,9+1796,87tкДж/ч.

Температура сырья на входе в реактор, t, К:

=; (2.20)

• 87879675,88+49479,16t=113622813,9+1796,87t;
• 47682,29t=25743138.02;

t=533 K=260C

Расчет и выбор технологического оборудования

2.6.1 Расчет змеевикового реактора

Расчет змеевикового реактора заключается в определении диаметра и длины змеевика. Для этого определяют суммарный объем паровой и жидкой фаз, проходящих через змеевик по следующим формулам:

Секундный расход воздуха, g'_в, м³/с:

g'_в= , (2.21)

где g_в - удельный расход воздуха, 100 м³/т;

Т - температура в реакторе 543 К;

G_f - количество гудрона, проходящего через змеевик реактора;

Р - давление в змеевике 0,3 МПа,

м³/с.

Секундный расход сырья и рециркулята, q_c+p, м³/с:

q_c+p=, (2.22)

где К_ц - коэффициент рециркуляции 3 [4];

g_c - количество сырья 24,740 т/ч;

с₄ ^t - плотность смеси рециркулята и сырья при температуре t, г/см³,

с_4см²⁷⁰= с_4см²⁰ - (t-20); (2.23)

с_4см²⁷⁰= 1,0002 - 0,000528(270-20) = 0,8682 г/см³;

q_c+p= м³/с .

По практическим данным линейную скорость движение смеси в змеевике W принимаем равной 8 м/с [4].

Диаметр змеевика, D, м вычисляем:

D=; (2.24)

D= м.

Принимаем диаметр 250 мм [8].

Необходимый реакционный объем на 1 тонну сырья в 1 ч. зависит от природы сырья, температуры размягчения и других качеств товарного битума, V_р=0,56 м³/( тч).

Длина змеевика, L, м:

L =; (2.25)

L = м.

Принимаем длину змеевика 282 м [8].

Расчет аппарата на прочность

Змеевик реактора сделан из стали ст. 20, коэффициент прочности 0,95 [12], допускаемое напряжение у_доп = 120 МПа [12], прибавка к расчетной толщине трубы на коррозию С = 0,002 м [12].

S=; (2.26)

S= м.

Принимаем, S = 0,02 м.

Определяем максимально допустимое давление Р_доп, на змеевик, МПа

Р_доп=; (2.27)

Р_доп= МПа.

1,94 МПа 0,5 МПа

Реактор поз. Р-1

Назначение окисление гудрона

Диаметр змеевика 0,25 м

Длина змеевика 282 м

Общая высота реактора 20,6 м

Диаметр реактора внутренний 4 м

2.6.2 Расчет вертикального испарителя

Испаритель - вертикальный цилиндрический аппарат, предназначен для разделения жидкой и газообразной фаз, поступающих из реактора. Температура в испарителе 250^оС, давление 0,05-0,15 MПа.

Данные для расчета:

• - количество жидкой фазы G_б 23750 кг/ч
• - количество газообразных фаз G_г 6534,36 кг/ч
• - плотность жидкой фазы _ж 872 кг/м³
• - плотность газообразной фазы _г 1,195 кг/ м³

Определяем допустимую скорость газа, V_о, м/с:

V_o=, (2.28)

где А₁ - постоянный коэффициент = 0,03 [14],

V_o= 0,81 м/c.

Определяем необходимый диаметр испарителя D, м:

D=; (2.29)

D=1,54 м.

Принимаем D=1,6 м.

Фактическая скорость газа равна V, м/с.

V=, (2.30)

V=0,75 м/c.

Находим расстояние между штуцерами входа и выхода Н₁, м³ .

Н₁ = V + , (2.31)

Н₁=0,75+=1,55 м.

Высота цилиндрической части испарителя 2 м.

Объем испарителя (без учета объёма днищ) V, м³.

V = 0,785D²Н, (2.32)

V = 0,7851,6²2=4 м³.

Определяем допустимую нагрузку по жидкости Q_д, м³/ч.

Q_д = 4V, (2.33)

Q_д= 44= 16 м³/ч.

Фактическая нагрузка испарителя Q, м³/ч.

Q = , (2.34)

Q = 27,23 м³/ч.

Находим сечение испарителя S, м².

• S = 0,785D², (2.35)
• S = 0,7851,6²=2м².

Скорость смешения уровня жидкости допускается не более

20 - 25 м³/(м²ч)...

=+0,000528(90-20);

=+0,000528(270-20);

=1,0002 кг/м³;

=868,2 кг/м³;

Q_гуд=G_f/=28,4 м³/ч.

Подача насоса Н-2 для подачи битума:

Q_бит=31,4м³/ч.

Подача насоса Н-3 для подачи рециркулята:

Q_рец=125,83 м³/ч.

Насос для подачи сырья поз. Н-1

Тип НК 65/35-70

Назначение подача гудрона

Подача 35 м³/ч

Напор 70 м

Условное давление корпуса 40 кг/см²

Число оборотов насоса 2950 об/мин

Исполнение ротора 2 а

Диаметр рабочего колеса, 245 мм

Габаритные размеры, LxBxH 1810x1070x1500 мм

Тип двигателя ВАО72-2

Мощность эл.двигателя 15 кВт

Завод - изготовитель ХИММАШ

Насос для подачи рециркулята поз Н-2

Тип НК 65/35-70

Назначение подача битума

Подача 35 м³/ч

Напор 70 м

Условное давление корпуса 40 кг/см²

Число оборотов насоса 2950 об/мин

Исполнение ротора 2 а

Диаметр рабочего колеса, 245 мм

Габаритные размеры, LxBxH 1810x1070x1500 мм

Тип двигателя ВАО72-2

Мощность эл.двигателя 15 кВт

Завод - изготовитель ХИММАШ

Насос для подачи битума поз Н-3

Тип НК 200/120-70

Назначение подача рециркулята

Подача 120-130 м³/ч

Напор 70 м

Условное давление корпуса 40 кг/см²

Число оборотов насоса 2950 об/мин

Исполнение ротора 2 а

Диаметр рабочего колеса, 258 мм

Габаритные размеры, LxBxH 2170х1080х1600 мм

Тип двигателя 2В250S-2

Мощность эл.двигателя 35 кВт

Завод - изготовитель ХИММАШ

2.6.6 Расчёт теплообменника

Теплообменник поз. Т1 предназначен для охлаждения битума, поступающего из испарителя поз. И1 в ёмкость готовой продукции поз. Е1.

Тепловой баланс аппарата рассчитывается по формуле: