chapter5物料平衡

第五章物料平衡158第五章物料平衡催化裂化装置的物料平衡可以用来衡量装置的运行水平。相同的原料生产出来的目的产品愈多说明运行水平愈高。催化裂化一般要衡量汽油收率、轻质油收率、液化气（气体）收率或轻烯烃收率。催化裂化反应部分的物料平衡又是催化裂化装置众多平衡中最为重要的。可靠的反应物料平衡是求得其他平衡（如热平衡等）的依据。不同原料不同操作条件可以得到不同的产品产率，新装置设计第一步就是预测物料平衡数据，有关内容请参见本书第二章。本章重点介绍催化裂化生产装置如何获得公正客观的物料平衡数据，采用的技术分析方法如氢平衡等也适用于新装置设计数据的合理性验证。第一节装置物料平衡及产品收率对生产装置而言，只根据计量做出装置的物料平衡有一定难度。在生产标定中，应通过各种措施，使标定反映客观准确的情况，物料平衡至少应在100±2%之间，否则就应视为不平衡。下面对标定时物料平衡各个环节进行详细论述。一计量（一）油品计量1油罐检尺物料量以油罐检尺较准。油罐检尺应有专人负责，检尺前应对油罐进行脱水。在对产品分布进行标定时，最好不要换罐，以免因多次检尺造成不必要的误差。在标定前后，需对油罐进行检尺及取油样，测定密度，同时测定油罐温度。油样应取罐的上、中、下三点的混合样品。油罐尺寸应定期请有关单位检验或标定。本章介绍的检尺数据换算为实际物料量的方法，为工程计算中实用的简算方法，在实际条件许可时，应按有关的标准进行精确校正。[例5-1]已知某催化裂化装置标定时，油品罐区的检尺数据如下：①相对密度馏分油d420:0.8513,0.8508DAOd420：0.8802,0.8808汽油d420：0.7165,0.7177轻柴油d420：0.8715,0.8732②24小时油罐检尺量馏分油：前尺：V=8686.081m3t=81℃后尺：V=6339.152m3t=86℃DAO:前尺：V=2736.694m3t=65℃后尺：V=2047.223m3t=76℃汽油：前尺：V=1054.510m3t=35℃后尺：V=3117.169m3t=36.5℃轻柴油：前尺：V=208.438m3t=27℃后尺：V=930.472m3t=30℃试计算各油品的质量。解：计算结果如下：第五章物料平衡159①馏分油d420=12085130850808511(..).d4t=d420-γ(t-20),γ=0.000765则：d481=0.8511-0.000765(81-20)=0.8044d486=0.8511-0.000765(86-20)=0.8006则处理的馏分油量为：W1=8686.081×0.8044-6339.152×0.8006=1912t/d②DAOd420=12088020880808805(..).d4t=d420-γ(t-20)γ=0.000699d465=0.8805-0.000699(65-20)=0.8490d4t=d420-γ(t-20)γ=0.000712d476=0.8805-0.000712(76-20)=0.8406则处理的DAO量：W2=2736.694×0.8490-2047.223×0.8406=603t/d③汽油量d420=1/2(0.7165+0.7177)=0.7171d4t=d420-γ(t-20)γ=0.000897则：d435=0.7171-0.000897(35-20)=0.7036d436.5=0.7171-0.000897(36.5-20)=0.7023则汽油量：W=3117.169×0.7023-1054.510×0.7036=1447t/d④轻柴油量：d420=1/2(0.8715+0.8732)=0.8724d4t=d420-γ(t-20)γ=0.000686则：d427=0.8724-0.000686(27-20)=0.8676d430=0.8724-0.000686(30-20)=0.8655则轻柴油量：W=930.472×0.8655-208.438×0.8676=624.5t/d2用流量计进行测量有些物料量不能用检尺计量，只能依靠流量计计量。一般所讲的流量大小是指单位时间内流过管道某一截面的流体数量的多少，即瞬时流量。而在某一段时间流过管道的流体流量总和，即瞬时流量在这一段时间内的累积值。在标定期间，应根据仪表记录取多次数据的平均值。如能在流量计上配以累积机构，则效果更好。流量计有多种，应根据不同的流量计要求，进行校正。（1）质量流量计是目前为许多炼厂所采用的先进的流量计，这种流量计不受检测点条件变化的影响，第五章物料平衡160可以直接取得总通过量，前后数据相减即可。（2）差压式流量计是利用流体流经节流装置时所产生的压力差实现流量测量的。应用最广泛的节流装置是孔板，其次是喷嘴。使用差压式流量计时，液体体积流量可用下式表示：V实=C△实P（5-1）式中：V实—流体体积流量，m3/h;△P—孔板前后压差，Pa；实—操作条件下流体的密度，m3/kg；C—常数。流体质量流量可表示为：PCG△实实（5-2）G实——液体质量流量，t/h。使用仪表时，通常给出指示流量，设仪表指示流量为：V设=C△设P（5-3）式中：V设——设计条件下的液体流量，m3/h;设——设计条件下的流体密度，kg/m3。则实际流量和指示流量的关系可由上面两式求出：VV实设设实（5-4）同理，对于质量流量有下面关系：GG实设实设（5-5）式中：G设——设计条件下的流体质量流量，t/h。[例5-2]回炼油流量仪表指示值为150m3/h,设计密度为0.63g/cm3。现在操作温度为360℃，20=0.85g/cm3,问在操作条件下的体积流量是多少？解：由密度换算曲线得36030574./gcm。由5-4式，在操作条件下的体积流量为：V实=Vmh设设实×150063057415703.../若采用仪表指示值，则相对误差为：157150157446%.第五章物料平衡161（3）椭圆齿轮流量计用于测量高粘度的液体，但被测介质中不能含有机械杂质，否则会引起齿轮磨损以至损坏。椭圆齿轮流量计是属于容积式的测量。因此，当计算质量流量时，应使用椭圆齿轮流量计所在地点条件下的液体密度。（4）靶式流量计所使用的原理是测定靶两侧的压力差，因此，其校正方法与差压式流量计相同。靶式流量计适用于测量含有固体颗粒、易于结晶的液体流量。对流量较小或粘度较大的液体，仍有较高的测量精度。（二）液化石油气计量液化石油气一般用球罐检尺求得其体积，目前亦有采用质量流量计直接测量的。在采用检尺时，用求得的体积乘以球罐条件下的液化石油气密度即为液化石油气质量。液化石油气的密度测定可以采用标准的压力密度计法，在条件不许可时，亦可采用组成分析的方法简单计算获得。液化石油气密度iiy其中：iiy、——分别为液化石油气i组分的密度和体积分率。[例5-3]已知某催化裂化装置所产液化气的组成%（体）如下：C2=C3oC3=iC4onC4oiC4=nC4=tC4=cC4=≥C50.3610.8234.4626.345.637.046.074.943.720.62液化气球罐检尺24小时结果如下：V=690.127m3/d平均温度：28℃试计算液化气质量。解：计算方法如下：查图表→i2828281iiiny计算结果如下表:yi(%)ρ28iρi.yi(%)C2H40.360.310.112C3H810.820.485.194C3H634.460.49517.058i-C4H1026.340.54514.355n-C4H105.630.5673.192n-C4=6.070.583.521i-C4=7.040.584.083tC4=4.940.5952.940cC4=3.720.612.269C50.620.630.391∑100.01/53.115经过计算得到的液化气密度：ρ28=0.531第五章物料平衡162则液化气量W=690.127×0.531=366.6t/d（三）干气计算1混合干气体积流量校正混合干气一般用差压式流量计，其节流装置多为孔板。由于混合干气是可以被压缩的，因此，混合干气的体积流量应按下式校正：V实=设实设实设实设×PTPTV（5-6）其中：P实、T实、ρ实——分别为实际操作条件下气体绝对压力kPa、温度K、标准条件下密度kg/m3；P设、T设、ρ设——分别为设计条件下气体绝对压力kPa、温度K、标准条件下密度kg/m3；V设、V实——校正前后混合干气的标准条件下体积流量，m3n/h。2除去非烃混合干气中一般还含有非烃气体，如N2、CO2、O2、CO等。在计算干气量时，应将这部分非烃扣除。非烃质量流量G非=VViMi实×224.(5-7)式中：Vi、Mi——分别为非烃组分占混合干气的体积分率和分子量。3细物料的计算由于混合干气中或多或少带有C3、C4组分，为正确地给出产品分布，应将产品分为H2～C2、C3～C4……，为此，应求出干气中各组分的质量流量。[例5-4]某干气表的设计条件：压力0.8MPa（绝）、温度40℃、标准条件下密度1.036kg/m3；实际条件：压力0.7MPa（绝）、温度56℃、标准条件下密度1.165kg/m3。干气表读数为5500m3n/h。混合干气组成见下表：混合干气组成组分%（体）H224.0N2+O213.19CH411.89C2H66.65C2H47.19C3H83.20C3H616.31i-C4H102.19n-C4H100.31n-C4=0.63i-C4=0.70tC4=0.72cC4=0.43i-C5H120.53H2S5.87CO23.73CO2.46求干气量。第五章物料平衡163解：（1）混合干气体积流量校正hn/m137400553)726(58.0561.1)372+04(7.0630.1=3V（2）扣除非烃非烃质量流量G非=47312241319%29373%44246%28.(...××××）=47312246155111001300../××kgh（3）混合干气质量流量G混G混=4731×1.165=5512kg/h（4）干气质量流量G干混合干气除去非烃后的干气质量流量=5512-1300=4212kg/h（5）计算细物料结果见下表：组分Vi(%)MiMiViMiVi/∑MiVi%(重）质量流量(kg/h)H224.02482.4101N2+O213.1929———CH411.8916190.249.6404C2H66.6530199.510.0422C2H47.1928201.3210.1425C3H83.2044140.87.1299C3H616.3142685.0234.61457i-C4H102.1958127.026.4270n-C4H100.315817.980.938n-C4=0.635635.281.874i-C4=0.705639.201.982反-2-C4=0.725640.322.084顺-2-C4=0.435624.081.251i-C5H120.537238.161.980H2S5.8734199.5810.1425CO23.7344———CO2.4628———合计100.001986.5100.04212二计算与假设（一）焦炭焦炭是反应当中的缩合产物，在再生器中燃烧放热后以烟气的形式离开装置。在做物料平衡时，无法直接获得焦炭量，但是可以通过烟气——主风量平衡计算获得。1主风量校正主风量一般用差压式流量计测量，其节流装置多为文丘里管。其体积流量VA按下式校正：第五章物料平衡164VPTPTQA实设设实表×（5-8）2焦炭量计算进入再生器的干空气量：VVA111（5-9）式中：V1——干空气量，m3n/h;VA——湿空气量即仪表所测校正后进入再生器的主风量，m3n/h。再生器烧焦量：KVCOCOOCOCOO1222237802420313018100（....)()(5-1