Đồ án Thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống cracking xúc tác

chỉ rõ cơ chế tác dụng của chúng đến hoạt tính xúc tác . Sự giảm nhanh nhất hoạt tính của xúc tác xẩy ra trong lúc tiếp xúc với các độc tố với xúc tác . Khi lắng đọng các ôxit kim loại nặng trên xúc tác dẫn đến làm giảm độ sâu cracking và giảm hiệu suất xăng do tăng nhanh quá trình tạo cốc . Khi hàm lượng các hợp chất lưu huỳnh trong nguyên liệu tăng , thì hàm lượng các kim loại nặng như Niken và Vanadi cũng tăng theo vì đa phần chúng đều tập trung ở phần cân nặng và phân đoạn nhựa – Asphan ( ví dụ trong dầu mỏ có Lưu huỳnh thì có tới 90% chất phức chứa Vanađi , còn trong dầu có chứa Ýt Lưu huỳnh là phức với Niken). 1.5 Cơ sở tạo cốc trong quá trình cracking xúc tác Trong quá trình làm việc của quá trình Cracking xúc tác một số phản ứng xẩy ra và tham gia kết hợp với nhau tạo ra những sản phẩm có hại bám trên bề mặt chất xúc tác . Những sản phẩm có hại đó gọi là cốc . Sảm phẩm cốc được tạo ra là do một hệ vòng thân có độ ngưng tụ cao, sự hình thành cốc có thể do các nguyên nhân sau : - Do bản chất của nguyên liệu Cracking ( nếu nguyên liệu là phân đoạn kezosen-Xôđa và Gasoil nặng thu được từ quá trình chưng cất trực tiếp thì Ýt tạo cốc ). Nếu nguyên liệu là cặn Marut Gasoil nặng của quá trình thứ cấp khác thì khả năng tạo cốc nhiều . - Do chất xúc tác của quá trình có độ chọn lọc không cao . - Do chế độ công nghệ chưa tối ưu Cốc được tạo thành trong quá trình Cracking xúc tác có thể chia thành ba phần chính : - Lượng cốc do phản ứng hoá học . - Lượng cốc do hấp thụ hoá học trên bề mặt xúc tác . - Lượng cốc do nhả hấp thụ chậm. Các gốc Hydrocacbon va chạm vào nhau tạo thành phân tử ngưng tụ các vòng thơm sẽ tạo thành cac bon ( hay gọi là cốc ) . Sơ đồ có thể biểu diễn chúng như sau cho các loại tương tự như benzen là: Naphtaxen, antraxen, phenapxen , phản ứng chính là phản ứng ngưng tụ tạo ra sản phẩm cốc .  Như vậy ta thấy rằng cốc dầu mỏ không phải là sự biến dạng củc Cacbon nhận được khi phân huỷ các Hydrocacbon thành nguyên tố, mà nó là cấu trúc Hydrocacbon . Trong quá trình cracking xúc tác thì cốc là sản phẩm không mong muốn vì nó bám trên tâm hoạt tính của xúc tác, làm giảm hoạt tính của xúc tác . Vì vậy phải tiến hành tái sinh xúc tác . 1.6 Tái sinh xúc tác Xúc tác trong quá trình Cracking làm việc được một thời gian , cốc tạo thành do một số phản ứng phụ có hại bám trên bề mặt xúc tác che phủ các tâm hoạt động cuả xúc tác . Điều đó dẫn đến giảm hoạt tính xúc tác vì vậy hiệu quả của quá trình Cracking xúc tác bị giảm .Để xúc tác làm việc bình thường ( các tính chất của xúc tác không hề thay đổi ) thì người ta phải tiến hành tái sinh Bản chất của quá trình tái sinh xúc tác là đốt cháy cốc bám trên bề mặt xúc tác bằng không khí nóng trong lò tái sinh xúc tác . Khả năng tái sinh của xúc tác là một đặc tính quan trong của nó. Kết quả của quá trình đốt cháy cốc sẽ sinh ra CO và CO2 . Các phản ứng cháy này toả nhiều nhiệt . Ngoài ra còn có các phản ứng khử các hợp chất lưu huỳnh . Các phản ứng xẩy ra khi tái sinh xúc tác có thể miêu tả như sau : C + O2 ® CO2 Q = 33,927 ¸ 34,069 MJ/kg C + 1/2O2 ® CO Q = 10,692 ¸ 10,314 MJ/kg CO + 1/2O2 ® CO2 Q = 23,650 ¸23,755MJ/kg H2 + 1/2O2 ® H2O Q = 1210,043 ¸ 1210,252MJ/kg S + O2 ® SO2 Q = 9,132 ¸ 9,222MJ.kg SO2 + 1/2O2 ® SO3 MeO + SO3 ® MeSO4 MeSO4 + 4H2 ®MeO + H2S + 3H2O Me : là kim loại Nhiệt lượng toả ra được dùng cấp nhiệt cho xúc tác vào lò phản ứng ngoài ra còn tận dụng để sản xuất hơi nước dùng trong khu liên hợp . Nhiệt độ tái sinh phụ thuộc nhiều vào chất xúc tác đang được dùng và loại lò tái sinh . Ví dụ đối với xúc tác Alumôsilicat tổng hợp tiến hành tái sinh ở nhiệt độ 540 ¸680 oC Khả năng tái sinh có thể đánh giá bằng cường độ cháy cốc . Cường độ cháy cốc càng cao, quá trình tái sinh càng nhanh, thể tích thiết bị tái sinh yêu cầu càng nhỏ. Cường độ cốc cháy phụ thuộc vào nhiều yếu tố: nhiệt độ , áp suất riêng phần của Oxy, hàm lượng cốc bám trên xúc tác ... Yếu tố nhiệt độ ảnh hưởng lên cường độ cháy cốc : qua nghiên cứu cho thấy nhiệt độ khoảng 540 ¸ 680 oC tiến hành tái sinh là tốt nhất . Nếu chóng ta tiến hành tái sinh ở nhiệt độ thấp hơn ví dụ 450 ¸ 500 oC thì quá trình tái sinh xẩy ra chậm ( cường độ cháy cốc thấp ) cốc bám trên xúc tác cháy không triệt để . Nếu tiến hành tái sinh ở nhiệt độ cao hơn 700 oC thì sẽ làm cháy cốc lớn và cháy cả xúc tác , làm cho tính chất của xúc tác bị biến đổi và còn làm cho thiết bị tái sinh bị biến dạng làm mất độ bền cơ và tăng quá trình Oxy hoá thiết bị . Tốc độ tái sinh có thể biểu diễn theo phương trình : Trong đó : V : Tốc độ tái sinh Áp suất riêng phần của Oxy và hơi nước . C : Hàm lượng cốc trên xúc tác . n : Bậc phản ứng theo các bon K1 ,K2 : Hằng số Vậy để tăng tốc độ tái sinh thì phải tăng nhiệt độ tái sinh (hiệu quả nhất ở vùng động học ), tăng áp suất riêng phần của Oxy trong không khí , giảm đường kính các hạt xúc tác , ví dụ xúc tác dạng cầu có đường kính D = 3 ¸ 3,5 mm có cường độ tái sinh cao hơn 30 ¸ 40% so với xúc tác có D = 5 mm . Xúc tác có đường kính lỗ xốp lớn và đồng đều thì quá trình tái sinh nhanh vì Oxy dễ khuếch tán . Tuy vậy điều này bị giới hạn bởi độ bền của xúc tác và một số tính chất khác của nó . Việc tái sinh xúc tác thường không thể đốt hết cốc nằm sâu trong xúc tác. Cốc còn lại gọi là cốc cặn. Cốc cặn thường còn lại từ 0,1 ¸ 0,3 % trọng lượng xúc tác. Người ta mong muốn lượng cốc cặn còn lại không quá 0,1%. Tóm lại mức độ tái sinh xúc tác cần phải khống chế chặt chẽ để không chỉ đảm bảo độ hoạt tính của xúc tác mà còn đảm bảo vấn đề vệ sinh môi trường, vì thế không nên có mặt của CO trong khí khói thải. Hơn nữa quá trình cháy cũng không thể xẩy ra ở nhiệt độ quá cao hay tích nhiệt cục bộ dẫn đến phá huỷ xúc tác . Sau khi tái sinh , hàm lượng cốc còn lại trên xúc tác phải là cực tiểu để khôi phục tối đa hoạt tính của xúc tác . Quá trình tái sinh xúc tác bằng phương pháp đốt cốc chưa giải quyết được việc khử các kim loại nặng hấp thụ trên xúc tác . Vì vậy để hoàn thiện quá trình tái sinh người ta tiến hành thêm quá trình trao đổi ion để khử các kim loại nặng , điều này được giải quyết sẽ nâng cao được hiệu quả quá trình tái sinh xúc tác . CHƯƠNG II Thuyết minh sơ đồ nguyên lý tái sinh xúc tác TRONG LỚP XÚC TÁC GIẢ SÔI Hệ thống Cracking xúc tác trong lớp giả sôi được đưa vào sử dụng ở quy mô công nghiệp từ năm 1941.Từ đó đến nay người ta luôn luôn cải tiến thiết bị sao cho đạt hiệu quả kinh tế cao nhất đảm bảo hiệu suất và chất lượng sản phẩm tốt . Hệ thống này được sử dụng ngày càng được phổ biến trong công nghiệp chế biến dầu mỏ. Qua thực tế sử dụng hệ thống Cracking xúc tác trong lớp xúc tác giả sôi , sử dụng xúc tác dạng bụi bay dạng vi cầu người ta thấy nó có nhiều ưu điểm hơn hệ thống Cracking xúc tác trong lớp xúc tác tầng chặt . Những ưu điểm lớn đó là : 1.Các thiết bị chính của quá trình là thiết bị phản ứng và thiết bị tái sinh đều có cấu tạo rất đơn giản :( so với các dạng thiết bị khác của quá trình Cracking thực tế chúng là hình rỗng ). 2. Sự tuần hoàn xúc tác từ thiết bị phản ứng đến thiết bị tái sinh và ngược lại là nhờ sự chuyển vận liên tục của hơi và khí trong một giới hạn rộng. 3. Do có sự khuấy trộn mạnh mẽ của xúc tác và hơi nguyên liệu dẫn đến sự đồng nhất về nhiệt độ trong toàn bộ thể tích lớp xúc tác ở thiết bị phản ứng cũng như thiết bị tái sinh, khắc phục được hiện tượng quá nhiệt cục bộ 4. Hệ thống này có khả năng chế biến các dạng nguyên liệu khác nhau , như từ nguyên liệu là phân đoạn Kezoxen đến nguyên liệu nặng , là Mazuts làm tăng tính vạn năng của hệ thống 5. Hệ thống này có công suất làm việc lớn. THUYẾT MINH DÂY TRUYỀN Xúc tác đã làm việc lấy ra khỏi thiết bị phản ứng (1) cho sang tháp tái bốc hơi (10). Lượng xúc tác này được điều chỉnh bằng van (6). Tại tháp tái bốc hơi người ta thổi hơi nước quá nhiệt vào để tách hết hơi sản phẩm ra khỏi bề mặt xúc tác . Sau đó xúc tác được đưa vào thiết bị tái sinh (3). Lượng xúc tác được đưa vào thiết bị tái sinh được điều chỉnh bằng van (9). Cho thổi không khí từ thiết bị thổi không khí (8) vào thiết bị tái sinh . Không khí này sẽ đẩy xúc tác đưa qua từ tháp tái bốc hơi , tạo dạng tầng sôi trong thiết bị tái sinh , tại tầng sôi xẩy ra quá trình đốt cháy cốc tách ra khỏi bề mặt xúc tác . Xúc tác đã được đốt cháy cốc theo đường ống đến điểm trộn (7). Lượng xúc tác đi ra được điều chỉnh bằng van (11). Tại điểm trộn này xúc tác được trộn với nhiên liệu để đi vào thiết bị phản ứng (1). Để tách hết sản phẩm cháy ra khỏi xúc tác người ta thổi hơi nước vào Zon tách khí của thiết bị tái sinh . Xúc tác cuốn theo khí tái sinh qua hệ thống máy hút bụi tách khí (14). Tại đây khí tái sinh tách ra khỏi xúc tác đi ra ở đỉnh và cho vào nồi hơi tận dụng nhiệt (12). Và từ đây cho khí đi sang hệ thống lọc điện (13) để lọc sạch khí. Còn xúc tác được giữ lại và quay trở lại tầng sôi. §Sơ đồ thiết bị tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thống crácking xúc tác. Nhiệt độ chất xúc tác không quá 873 ¸ 883 K . Vì vậy người ta xử lý chất xúc tác đã bị cốc hoá ở trong thiết bị tái sinh bằng không khí theo hai giai đoạn : 1. Thổi không khí vào Zon thứ nhất để đốt , cháy từ 75 ¸ 80% lượng cốc nằm trên xúc tác 2. Thổi không khí vào Zon thứ hai để đốt cháy 20¸25% lượng cốc còn lại . Nhiệt toả ra ở giai đoạn này, để tránh quá nhiệt cho quá trình tái sinh , ta dùng một phần nhiệt đó để sản xuất hơi nước. Sau đó để đuổi hết khí tái sinh ra khỏi các mao quản của hạt xúc tác và ra khỏi không gian giữa các hạt, người ta dùng hơi nước thu được ở giai đoạn hai của tái sinh thổi ngược chiều với chất xúc tác Còn Zon thứ ba là hình trụ rỗng , trong đó chất xúc tác được đưa từ Zon thứ hai qua các lỗ vào vùng này. Vùng này thực hiện đuổi khí ra khỏi chất xúc tác . Từ Zon thứ ba này, chất xúc tác đã được tái sinh và đuổi hết khí ở dạng lơ lửng trong hơi nước đi ra được cho qua thiết bị phản ứng trong hệ thống Crácking xúc tác PHẦN II thiết kế phân xưởng tái sinh xúc tác ở dạng tầng sôi trong hệ thốnG crAcking xúc tác Theo các số liệu đã cho : - Lượng chất xúc tác tuần hoàn Gx= 2578 T/h. - Kích thước tối đa của hạt xúc tác 150mm - Khối lượng riêng của lớp giả sôi ( tầng sôi ) của xúc tác rts= 500 kg/m3. - Nhiệt độ của xúc tác ra khỏi thiết bị phản ứng 755 K. - Lượng cốc ở trên xúc tác đã được tái sinh bằng 0,2 % khối lượng. - Lượng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác Dg=20 T/h. - Lượng hơi nước bị hấp thụ bởi chất xúc tác Gh= 4130 kg/h. - Nhiệt độ ở trong thiết bị tái sinh Tp= 837 K. - Nhiệt độ của không khí Tk=353K . - Áp suất ở trên lớp tầng sôi p = 0,23.106 Pa Tính toán : 1. Đặc tính cháy của Cacbon. Lượng khí tái sinh § Thành phần của cốc : + Thầnh phần của cốc được thể hiện ở bảng 1. Nguyên tè Hàm lượng % ( % khối lượng ) C 86,0 H 8,5 S 5,5 Phụ thuộc vào độ dư không khí , điều kiện của quá trình đốt cháy cốc chất lượng và mức độ xử lý chất xúc tác ở trong khí tái sinh mà tỷ lệ CO2/CO sẽ khác nhau. Lượng CO2 và CO tạo ra đặc trưng cho sự cháy hoàn toàn của C. § Sau khi biết được lượng C trong cốc ( 86% khối lượng ở bảng 1) và giả thiết tỷ lệ theo thể tích ( ở điều kiện chuẩn ) CO2/CO =1,85. Ta tính được lượng C trong 1 kg cốc biến thành CO2 và CO từ đó xác định được lượng sản phẩm Oxy hoá. Vì trong 1 kg cốc chứa 0,86 kg C nên ta có : (*) Trong đó : và là lượng C biến thành CO2 và CO tương ứng trong quá trình đốt cháy 1 kg cốc. Trong quá trình đốt cháy cốc có rất nhiều phản ứng xẩy ra ở đây ta giả thiết các phản ứng sau: C + O2 = CO2 (1) C + 1/2O2 = CO (2) 2H2 + O2 = 2H2O (3) S + O2 = SO2 (4) § Xác định lượng CO2 và CO tạo ra từ và kg Cacbon Từ (1) ta thấy : Để đốt cháy 1 kmol C thì cần 1 kmol O2 để sản phẩm tạo thành là CO2. Khi đó . Tương tù ta tính lượng CO. Từ (2) ta có : Để đốt cháy 1 Kmol C tạo thành CO thì cần 1/2 Kmol O2. Khi đó: (kg/kg) Vậy lượng ( thể tích ) CO2 và CO ở điều kiện tiêu chuẩn sẽ là : Từ kết quả chấp nhận trên ta có : Vậy : (**) Từ (*) và (**) ta có hệ phương trình : Giải hệ phương trình trên ta được : Như vậy : Hoặc : Vậy thể tích CO2 và CO sinh ra khi đốt cháy 1 kg cốc là : ; Hoặc khối lượng của CO2 và CO sinh ra khi đốt cháy 1 kg cốc là : § Lượng hơi nước tạo ra khi đốt cháy Hydro trong 1 kg cốc là : Ta có phương trình : 2H2 + O2 = 2H2O (3) Từ (3) ta thấy :Để đốt cháy 1 Kmol H2 ta cần 1/2 Kmol O2 Khi đó : Trong đó :là lượng Hydrô trong 1 kg cốc (kg) Vậy khối lượng và thể tích hơi nước khi đốt cháy 1 kg cốc là : §Lượng SO2 sinh ra khi đốt cháy S trong 1 kg cốc . Ta có phương trình : S + O2 =SO2 (4) Từ (4) ta thấy ,để đốt cháy 1 Kmol S ta cần 1 Kmol O2 : Trong đó : Cs là lượng S có trong 1 kg cốc (kg) Thay số vào phương trình ta được : Vậy thể tích và khối lượng SO2 sinh ra khi đốt cháy 1 kg cốc là: §Tổng lượng sản phẩm cháy của cốc : Thay sè: Hoặc lượng thể tích là : + m3/kg § Trong khi tái sinh, ngoài các sản phẩm cháy ra còn chứa N2 và O2 thừa. Ta chấp nhận lượng khí O2 thừa trong khí tái sinh là 1,3 % thể tích Vậy thể tích của khí tái sinh ( theo m3/1kg ) cốc là : Trong đó : V: Thể tích N2 có trong không khí, tiêu tốn để oxy hoá các cấu tử cốc . V: Thể tích O2 thừa. V: Thể tích N2 trong không khí thừa. §Lượng Oxy tiêu tốn trong quá trình cháy cốc (kg/kg cốc) Lượng Oxy tiêu tốn cho quá trình đốt cháy, khi đốt 1 kg cốc được tính theo công thức : m= Trong đó : Tổng khối lượng sản phẩm khi đốt cháy 1 kg cốc . Vậy: m= 3,63 – 1 = 2,63 (kg) Hoặc tính theo thể tích : § Lượng N2 tương ứng trong không khí: Giả thiết rằng trong không khí chỉ có O2 và N2, trong đó : Lượng O2 chiém 23% khối lượng. Lượng N2 chiếm 77% khối lượng. Khi đó lượng N2 tương ứng trong không khí được tính theo công thức : Trong đó : mlà lượng oxy tiêu tốn cho quá trình cháy 1 kg cốc . Thay số vào ta có : Hoặc tính theo đơn vị thể tích : § Lượng N2 ở trong không khí thừa . Giả thiết lượng N2 trong không khí thừa chiếm 79 % còn lượng O2 trong không khí thừa chiếm 21 % Khi đó lượng N2 thừa trong không khí được tính theo công thức : Trong đó : Vlà lượng oxy thừa trong khí tái sinh. §Lượng Oxy thừa trong khí tái sinh . §Lượng Oxy thừa trong khí tái sinh , ta giả thiết rằng lượng ôxy thừa trong khí tái sinh chiếm 1,3 % thể tích của thể tích khí tái sinh. Khi đó lượng Oxy thừa được tính theo công thức : Thay số vào phương trình trên ta được : Từ đó ta tính được: Hoặc Vậy lượng Nitơ thừa trong không khí là : Hoặc § Lượng khí tái sính Thay số vào phương trình trên ta được : VKTS = 2,595 + 7,043 + 0,132 + 0,496 = 10,266 (m3/kg) Hay : mKTS = m + m+ + mKTS = 3,63 + 8,804 + 0,189 + 0,62 = 13,243 (kg/kg) Tóm lại ta được bảng 2 : Các cấu tử Lượng khí thu được khi đốt cháy 1 kg cốc Thành phần khí tái sinh(% khối lượng ) được xác định m3/kg kg/kg Èm khô CO2 1,042 2,048 15,46 16,41 CO 0,563 0,707 5,39 5,66 SO2 0,038 0,110 0,83 0,83 N2 7,539 9,424 71,16 75,52 O2 0,132 0,189 1,43 1,53 Tổng khí khô 9,314 12,478 94,27 100,00 H2O 0,952 0,765 5,76 Tổng khí ướt 10,266 13,243 100,00 § Xác định lượng không khí tiêu tốn để đốt cháy 1 kg cốc Lượng không khí tiêu tốn lý thuyết để đốt cháy 1 kg cốc được xác định : L0 = m+ m Trong đó : L0 : lượng không khí tiêu tốn lý thuyết để đốt cháy 1 kg cốc ( kg/kg). m: lượng oxy tiêu tốn cho quá trình cháy 1 kg cốc (kg/kg ). m: lượng Nitơ trong không khí để đốt cháy 1 kg cốc (kg/Kg). Ta có : Vậy Lo= 2,63 + 8,804 = 11,434 (kg/kg) § Tính lượng không khí tiêu tốn cho tái sinh xúc tác trên 1 kg cốc a. Lượng oxy tổng trong không khí tiêu tốn cho tái sinh xúc tác b. Lượng Nitơ tổng có trong không khí tiêu tốn cho tái sinh xúc tác là : + Lượng không khí tiêu tốn thực tế : Vt = 1,97 +7,54 = 9,51 (m3/kg) Hệ số thừa không khí khi tái sinh xúc tác : Hệ số thừa không khí khi tái sinh xúc tác được xác định : Lượng cốc trên xúc tác đã được tái sinh với lượng chất xúc tác tuần hoàn là GX =2578 (T/h) và lượng cốc còn lại trên xúc tác là 0,2 % khối lượng. Do đó lượng cốc trên xúc tác đã được tái sinh trong một giờ là : + Lượng cốc được đốt cháy : Trong đó : Dgc : lượng cốc được cháy (T/h) : lượng cốc đi vào thiết bị tái sinh với xúc tác Dg = 20 (T/h) Dg0 : lượng cốc trên xúc tác đã được tái sinh . Dg0 = 5,16 (T/h) Vậy : Dgc = 20 – 5,16 = 14,84 (T/h) + Lượng không khí cần thiết để đốt cốc : GK = Lt. Dgc Trong đó : GK : Lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc (kg/h). Lt : Lượng không khí tiêu tốn thực tế để đốt cháy 1 kg cốc (kg/kg). Dgc : Lượng cốc được đốt cháy : Dgc = 14,84 (T/h). Thay số vào công thức trên ta được : GK = 12,24.14,84 = 181600 (kg/h) Vậy lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc là : GK = 181600 (kg/h) + Lượng không khí tái sinh Èm : Lượng không khí tái sinh Èm được xác định theo công thức GKTSa = Dgc + GK Trong đó : Dgc = 14840 (kg/h) là lượng cốc được đốt cháy . GK = 181600 (kg/h) lượng không khí cần thiết để đốt cốc . Thay vào công thức trên ta được : GKTSa = 14840 + 181600 = 196440 (kg/h) Vậy lượng không khí tái sinh Èm là : GKTSa = 196440 (kg/h) 2. Tính lượng hơi nước tiêu tốn để tách khí tái sinh ra khỏi chất xúc tác với mục đích đuổi khí tái sinh ( nhả hấp phụ ) ra khỏi các mao quản của chất xúc tác và tạo lơ lửng, người ta cho hơi nước quá nhiệt vào thiết bị tái sinh sau khi đã đốt cốc ,với lượng hơi nước đưa vào thiết bị tái sinh là 5 ¸ 10 kg/1 tấn xúc tác . Nếu ta chấp nhận lượng hơi nước tiêu thụ là 5 kg/tấn xúc tác thì lượng hơi nước để đuổi khí tái sinh ra khỏi tất cả lượng xúc tác sẽ là : G0 = 5.GX Với GX : Lượng xúc tác tuần hoàn , GX= 2578 (T/h) Thay số vào công thức trên ta được G0 = 5.2578 = 12890 (kg/h) Vậy lượng hơi nước quá nhiệt tiêu tốn để tách khí tái sinh ra khỏi xúc tác là : G0 = 12890 ( kg/h) 3. Tính cân bằng vật chất của thiết bị tái sinh Từ các số liệu tính được là các số liệu đề bài cho ta thiết lập được bảng sau Bảng 3 : Dòng Ký hiệu Lượng (kg/h) Vào Chất xúc tác GX 2.578.000 Cốc DX 20.000 Không khí GK 181.600 Hơi nước bị hấp thụ trên chất xúc tác Gh 4.130 Hơi nước để tách khí tái sinh ra khỏi chất xúc tác GO 12.890 Tổng 2.796.620 Ra Chất xúc tác Gx 2.578.000 Cốc còn lại Dg0 5.160 Khí tái sinh Èm GKTSa 196.440 Hơi nước bị hấp thụ trên xúc tác Gh 4.130 Hơi nước để tách khí tái sinh khỏi xúc tác Go 12.890 Tổng 2.796.620 Từ bảng 3 ta có : - Tổng lượng vật chất của dòng vào thiết bị tái sinh là : = GX + Dg + Gk + Gh + Go Trong đó : : Tổng lượng vật chất của dòng vào thiết bị tái sinh (kg/h) Thay số vào công thức trên ta có : = 2.578..000 + 20.000 + 181.600 + 4.130 + 12.890 = 2.796.620 (kg/h) (1) - Tổng lượng vật chất của dòng ra thiết tái sinh là : = Gx + Dgo + GKTSa+ Ga + Go Trong đó : : Tổng lượng vật chất của dòng ra của thiết bị tái sinh (kg/h) Thay số vào ta có : = 2.578.000 + 5.160 + 196.440 + 4.130 + 12.890 = 2.796.620 ( kg/h) (2) Từ (1) và (2) ta có = = 2.796.620 (kg/h) Vậy tổng lượng vật chất của dòng vào bằng tổng lượng vật chất của dòng ra của thiết bị tái sinh. 4.Tính cân bằng nhiệt lượng của thiết bị tái sinh . Để thiết lập cân bằng nhiệt của thiết bị tái sinh và các zon cơ bản của nó. Trước hết ta cần phải biết Entanpy của mỗi dòng công nghệ ở nhiệt độ tương ứng và lượng nhiệt toả ra khi đốt cháy cốc. Entanpy của khí Èm phụ thuộc vào nhiệt độ và áp suất . Nếu biết được thầnh phần của khí Èm, ta sẽ xác định Entanpy của nó theo nguyên tắc cộng hợp. Bảng 4 : Trình bày những giá trị Entanpy của các cấu tử của khí Èm ở 873 K , cũng như tính số Entanpy của từng cấu tử với phần khối lượng của nó ở trong khí Èm. Cấu tử Thành phần yi(% khối lượng ) Entanpy (kj/kg) qki Qcp = qkiyi CO2 15,46 623,8 96,37 CO 5,39 651,5 35,10 SO2 0,83 379,2 3,15 N2 71,16 646,0 459,2 O2 1,43 596,3 8,52 H2O 5,76 1206,0 69,5 Tổng 100,00 671,84 §Entanpy của khí Èm ở 873 K Theo nguyên tắc cộng hợp ta xác định được Trong đó : Yi : Thành phần (% khối lượng ) của các cấu tử trong không khí Èm. q: Entanpy của từng cấu tử ( kj/kg). Tra bảng giá trị Entanpy của từng cấu tử và thay số vào công thức trên ta xác định được: ASka = 96,37 +35,1 + 3,15 + 459,2 + 8,52 + 69,5 ASka = 671,84 (kg/kg) §Entanpy của không khí ở 353 K. Tra bẳng ta xác đinh được : q = 80,68 (kj/kg) § Xác định Entanpy của cốc và của xúc tác, Entanpy của cốc và của xúc tác có thể xác định được công theo công thức : q = C.T Trong đó : C : Nhiệt dung riêng của cốc hoặc của chất xúc tác (kj/kg ). T : Nhiệt độ của xúc tác và của cốc (0K). Nhiệt dung riêng của chất xúc tác thường lấy bằng 1,13 (kj/kg.K) , còn nhiệt dung riêng của cốc là: 2,51 (kj/kg.K) . §Entanpy của hơi nước quá nhiệt và hơi nước bão hoà Entanpy của hơi nước quá nhiệt và hơi nước bão hoà được xác định theo sơ đồ I – S đối với hơi nước. Qua tra bảng ta xác định được : Entanpy của hơi nước hấp thụ trên xúc tác ở : 755 K là 3457,00 (kj/kg). 837 K là 3708,00 (kj/kg). Entanpy của hơi nước để đẩy khí tái sinh ra khỏi chất xúc tác ở : 755 K là 3512,00 (kj/Kg). 873 K là 3708,00 (kj/kg). § Lượng nhiệt toả ra do đốt cháy cốc được xác định : Qpc = yi.Qi Trong đó : Qpc : Nhiệt cháy của cốc (kj/kg). Qi : Hiệu ứng nhiệt của các phản ứng oxy hoá của các cấu tử (kj/kg). Tra bảng ta được : Thay vào công thức trên ta được : Qpc = 32913 (kj/kg) Qua kết quả tính toán và dữ liệu để cho ta có bảng 5 : Dòng lượng (kg/h) Nhiệt độ (K ) Entanpy (kj/kg) Lượng nhiệt (kw) Vào Chất xúc tác 2.578.000 755 546,00 391.000 Cốc 20.000 755 1.212,0 6.730 Không khí 181.600 353 80,68 4.068 Hơi nước bị hấp thụ trên xúc tác 4130 755 3.457,0 3.960 Hơi nước để đẩy khí tái sinh ra khỏi xúc tác 12890 783 3.512,0 125.80 Nhiệt cháy của cốc 14840 32913,0 98.233 Tổng 554.338 Ra chất xúc tác 2.578.00 873 680,2 487.500 Cốc 5160 873 1.508,00 2.160 Khí Èm 196.440 873 671,84 36.700 Hơi nước bị hấp thụ trên xúc tác 4130 873 3.707,00 4.262 Hơi nước để đẩy khí tái sinh ra khỏi xúc tác 12890 873 3.708,00 13.280 Nhiệt tổn thất 2.328 Tổng 546.230 Nhiệt thừa 8108 Tổng 554.338 Từ bảng 5 ta thấy tổng nhiệt lượng của dòng vào thiết bị tái sinh bằng tổng nhiệt lượng ra trong thiết bị tái sinh , nhiệt lượng được cân bằng Cân bằng vật chất của Zon chủ yếu của thiết bị tái sinh . Mục đích của thiết lập cân bằng vật chất ở các Zon chủ yếu trong thiết bị tái sinh nhằm xác định kích thước của chúng. Xác định lượng cốc ở Zon thổi ngược chiều(trực tiếp) xúc tác bằng không khí. Lượng cốc đốt cháy ở Zon này được tính trên cơ sở cân bằng nhiệt và được trình bày ở bẳng 6. Phương trình cân bàng nhiệt ở Zon thứ nhất của thiết bị tái sinh có dạng : Trong đó : Nhiệt mang vào gồm có : : Do xúc tác hoàn nguyên ( kw). QDg : Do cốc (Kw). QK : Do không khí ( Lt =12,24 kg/kg ) (Kw). Qh1: Do Hơi ra khi cháy nước bị hấp thụ trên xúc tác ( Kw). Qp : Nhiệt toả ra khi cháy cốc ( Kw). Nhiệt lượng mang ra gồm : Qx2 : Do chất xúc tác ( Kw). Qo c : Do cốc thừa ( chưa cháy hết ) (Kw). QKa : Do khí tái sinh ( Èm ) ( Kw). Qh2 : Do hơi nước bị hấp thụ trên chất xúc tác ( Kw).A Qm : Nhiệt tổn thất ra môi trường xung quanh ( Kw) Bảng 6 Dòng Lượng (kg/h) Nhiệt độ ( K ) Entanpy (kj/kg) Lượng nhiệt (Kw) Vào Qx1 2.578.000 755 546,00 391.000 QDg 20.000 755 1212,0 6730 Qk 12,24x 353 80,68 0,274.x Qh1 4130 755 3457,00 3960 Qp X 32913,00 9,14.x Tổng Q1 401690 + 9,414.x Ra Qx2 2.578.000 873 680,2 487.500 Qo c 20.000 - x 873 1508,00 8375 - 0,419.x Qka 13,243x 873 671,84 2,472.x Qn2 4130 873 3708,00 4162 Qm 2000 Tổng Q2 502137+2.053.x Từ bảng 6 ta được : 401690 + 9,414.x = 502137 + 2,053.x Trong đó : X : Lượng cốc đã bị cháy ở Zon thứ nhất , (kg/h). Giải phương trình trên ta được : X = 13650 (kg/h) Vậy lượng cốc đã bị đốt cháy ở Zon thứ nhất là : X = 13.650 (kg/h). § Lượng cốc cần đốt cháy ở Zon thứ hai . Lượng cốc cần đốt cháy ở Zon thứ hai được xác định như sau : X2 = - X Trong đó : X2 : Lượng cốc đốt cháy ở Zon thứ hai ,(kg/h). Dgc : Lượng cốc được đốt cháy trong thiết bị tái sính, (kg/h). X : Lượng cốc đã bị đốt cháy ở Zon thứ nhất. X = 13.650 (kg/h) Do đó : X2 = 14.840 – 13.650 = 1190 (kg/h) Vậy lượng cốc cần đốt cháy ở Zon thứ 2 là 1190 (kg/h). § Lượng không khí cần đốt cháy ở Zon thứ nhất : Lượng không khí cần đốt cháy ở Zon thứ nhất được xác định : Lx = 12,24.X Với X : Lượng cốc bị đốt cháy ở Zon thứ nhất, (kg/h). Lx: Lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc ở Zon thứ nhất Vậy : L x = 12,24.13650 = 167.200 (kg/h) §Lượng không khí tiêu tốn ở Zon thứ hai . Lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc ở Zon thứ hai được xác định : L’X = GK – LX Với : GK = 181600 (kg/h) : Lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc trong thiết bị tái sinh , (kg/h). LX : Lượng không khí cần thiết để đốt cháy cốc ở Zon thứ nhất Vậy : L’X = 181.600 – 167.200 = 14.400 (kg/h) § Tính lượng khí tái sinh Èm cho từng Zon + Ở Zon thứ nh