卢春喜反应—再生系统工艺计算

主风带入水汽
75.9 1364
吹扫、松动蒸汽② 27.8 500
总湿烟气
5361 150944
组成 (mol) %
干烟气 湿烟气
11.1 9.62
7.4
6.45
0.5
0.42
81.0 69.57
100.0
13.93 100.0
①按每吨催化剂带入 1kg 水汽及设催化剂循环量为 1300 吨/时计算 ②粗估算值
解得： 过剩氧量 O 2（过）=23.1 千摩/时=740 kg/h 过剩氮量 Ｎ2（过）=23.1×(79/21)=87 千摩/时=2440 kg/h 实际干空气量=4610+23.1+87=4729.1 千摩/时 或=136380 kg/h
（4）需湿空气量（主风量） 大气温度 25℃，相对湿度 50%，查空气湿焓图（“图表集”图 7—6—17）得。 空气的湿含量=0.010 kg 水汽/公斤干空气量
140
待生剂温度，
℃
470
大气温度，
℃
25
大气压力，
大气压
1.0
空气相对湿度， %
50
烧焦炭量, 吨/时
11.4
再生器物料平衡和热平衡计算如下: 1、 燃烧计算 （1）烧碳量及烧氢量
由 烧焦量=11.4×103 公斤/时， 焦碳中 H/C=10/90 故 烧碳量=11.4×103×0.9=10.26×103 kg/h=855 千摩/时
三、 再生器的工艺计算--------------------------------------------------------20 四、 旋风分离器系统的压力平衡--------------------------------------------24 五、 旋风分离器工艺计算-----------------------------------------------------26 六、 两器压力平衡 ------------------------------------------------------------33 七、 催化剂循环量的几种计算方法-----------------------------------------38
还有一点必须强调的是，由于对催化裂化反应、再生过程和流态化等问题还没有完全 认识，因此在工艺设计中常常是依靠经验而不是理论计算。即使有些设计计算可以依靠某 些计算公式或计算方法，但是仍然要十分重视用实际生产数据来比较、检验计算结果。
在工艺设计计算之前，首先要根据国家的需要和具体条件选择好原料和生产方案，例 如主要是生产柴油方案还是生产汽油—气体方案。第二步是参考中型试验和工业生产数据， 制定总物料平衡和选择相应的主要操作条件。
烧氢量=11.4×103×0.1=1.14×103 kg/h =570 千摩/时 ∵ 烟气中 CO2/ CO (体)=1.5 ∴ 生成 CO2 的 C 为：
855×1.5/(1.5+1)=513 千摩/时=6156 kg/h 生成 CO 的 C 为： 855－513=342 千摩/时=4104 kg/h （2）理论干空气量 碳烧成 C O2 需要 O2 量=513×1=513 千摩/时
2.再生器热平衡
（1）烧焦放热（按 ESSO 法计算）
生成 CO2 放热 生成 CO 放热
6156×33873 千焦/公斤碳=2085×104 千焦/时 4104×10258=4210×104 千焦/时
生成 H2O 放热 合计
1140×119890=13667×104 千焦/时 38729×104 千焦/时
3
碳烧成 C O 需要 O2 量=342×1/2=171 千摩/时 氢烧成 H2 O 需要 O2 量=570×1/2=285 千摩/时 理论需氧气量=513+171+285=969 千摩/时=31000 kg/h
理论需Ｎ2 量=969×（79/21）=3650 千摩/时=102200 kg/h 所以理论上干空气量=969+3650=4619 千摩/时
(8) 给催化剂的净热量 给催化剂的净热量=焦碳燃烧热-[第(2)项至第(7)项之和] =38729×104 –(4454+7581+1440+225.1+50.5+51.8+597.1) ×104 =25625.5×104 千焦/时
(9) 催化剂循环量 催化剂循环量 G 的计算 给催化剂的净热量= G×103×1.097(650-470) 即 25625.5×104 = G×103×1.097(650-470) G =1325 吨/时 与假设接近
或 31000+102200=133200 kg/h
（3）实际上干空气量 烟气中过剩氧为 0.5％ （Ｖ），即 0.5％(ｍol)
所以： 0.5％= O2（过）/[ C O2+ C O +Ｎ2（理）+Ｎ2（过）+ O2（过）] = O 2（过）/[ 513+ 342 +3650+ O 2（过）×（79/21）+ O2（过）]
(6) 吹扫、松动蒸汽升温需热 Q=500（3816-2780）=51.8×104 千焦/时
式中括弧内数值分别为 10 公斤/厘米 2(表)饱和蒸汽和 1.42 巴(表)及 650℃过热蒸 汽的焓。
(7) 散热损失 散热损失=582 千焦/公斤(碳) ×烧碳量(kg/h) =582×855×12=597.1×104 千焦/时
1475.944×103
4．附注 （1）计算散热损失时可以用本例题中的经验计算方法，对于小装置，用此经验公式会
有较大误差，必要时也可以用下式计算。 散热损失=散热表面积×传热温差×传热系数
其中传热温差是指器壁表面温度与周围大气的温度之差，对有 100 毫米厚衬里的再生 器，其外表温度一般约 110℃。传热系数与风速有关，可查阅有关参考资料，一般情况下可
7
取 71.2 千焦/米 2 散热面.℃.小时。
（2）反应器的热平衡计算与再生器热平衡计算方法类似。通常是由再生器热平衡计算
求得循环催化剂供给反应器的净热量以后，再由反应器热平衡计算原料油的预热温度，从
而决定加热炉的热负荷。反应器热平衡的出、入方各项如下：
4
(7) 湿烟气量及烟气组成 见表 2—2
组分
表 2——2 流量
分子量
kmol/h kg/h
CO2 CO O2 Ｎ2 总干烟气
513
22570
44
342
9570
28
23.1 740
32
37.37 104640 28
4615.1 137520 29.8
生成水汽
570
10260
18
待生剂带入水汽① 72.2 1300
1
第二章 反应——再生系统工艺计算
第一章介绍了催化裂化过程的基本原理和一些有关的生产、科研的数据和经验，催化 裂化的工艺设计计算就是综合运用这些基本原理和经验。诚然，要具体设计一个催化裂化 装置仅靠这些知识是很不够的，还必须参阅更多的资料，了解更多的生产经验和科研成果。 这一章的主要目的是通过几个具体的例子掌握反应——再生系统工艺计算的基本方法。
再生条件下 C、H2 燃烧反应热如下：
C + O2
CO2
33873 千焦/公斤碳
C + 1/2O2
CO
10258 千焦/公斤碳
H2 + 1/2O2
H2O
119890 千焦/公斤氢
（2）焦碳脱附热 脱附热=38729×104×11.5%=44.54 ×104 千焦/时
5
(3) 主风由 140℃升温至 650℃需热 ① 干空气升温需热=136380×1.09(650-140)=7.581 ×104 千焦/时 式中 1.09 是空气的平均比热，千焦/公斤. ℃ ② 水蒸汽升温需热=1364×2.07(650-140)=144.0 ×104 千焦/时 式中 2.07 是水汽的平均比热，千焦/公斤. ℃
2
一、 再生器物料平衡和热平衡计算 某提升管裂化装置的再生器主要操作条件如表 2——1
表 2——1 再生器主要操作条件
再生器顶部压力， 巴（表）
1.42
再生温度，
℃
650
烟气组成，
%（体）
O2 CO2/CO 焦碳组成，
H/C（重）
0.5 1.5 10/90
再生剂含碳，
% （重）
0.3
主风入再生器温度，℃
表 2——4 再生器物料平衡
入方，公斤/时
出方，公斤/时
干空气
136380
干烟气
137520
水汽
3164
水汽
13424
其中
其中
主风带入 1364
生成水汽 10260
待生剂带入 1300
带入水汽 3164
松动、吹扫 500
焦碳
11400
循环催化剂 1325×103 循环催化剂 1325×103
合计
1475.944×103 合计
(10) 再生器热平衡汇总见表 2—3
6
表 2——3 再生器热量汇总
入方，104 千焦/时
出方，104 千焦/
焦碳燃烧热 38729
焦碳脱附热
4454
主风升温
7725
焦碳升温
2251
带入水汽升温 102.3
散热损失
597.1
加热循环催化剂 25625.5
合计
38729
合计
38729.0
3． 再生器物料平衡见表 2—4
(6) 干烟气量 由以上计算已知干烟气中各组分的量如下：
CO2
513 kmol/h
CO
wenku.baidu.com
342 kmol/h
O2（过剩）
23.1 kmol/h
Ｎ2 (理论+过剩) 3737 kmol/h
总干烟气量=4615.1 kmol/h
22570 kg/h 9570 kg/h 740 kg/h 104640 kg/h 或 137520 kg/h
(4) 焦碳升温需热 焦碳升温需热=11.4×103×1.097(650-470)=225.1×104 千焦/时 假定焦碳的比热与催化剂的相同，也取 1.097 千焦/公斤. ℃,即 0.262 千卡/公斤. ℃
(5) 待生剂带入水汽升温需热 待生剂带入水汽升温需热=1300×2.16(650-470)=50.5×104 千焦/时 式中 2.16 是水汽的平均比热，千焦/公斤.℃
所以空气的水汽量=136380×0.010=1364 kg/h=75.9 kmol/h
湿空气量=4729.1+75.9=4805 kmol/h 或=4805×22.4=1.076×105 ｍ3/h=1795 ｍ3/ｍin
此即正常操作时的主风用量。
（5）主风单耗 即 湿空气量/烧焦量=1.076×105/(11.4×103)=9.44 m3/kg(焦)
反应——再生系统工艺计算
石油大学 卢春喜
1998 年 5 月
目录
一、 再生器物料平衡和热平衡计算------------------------------------------2 1．燃烧计算-------------------------------------------------------------------3 2．再生器热平衡-------------------------------------------------------------6 3．再生器物料平衡----------------------------------------------------------8 4．附注------------------------------------------------------------------------10
催化裂化反应——再生系统的工艺设计计算主要包括以下几部分： （1）再生器物料平衡，决定空气流率和烟气流率 （2）再生烧焦计算，决定藏量。 （3）再生器热平衡，决定催化剂循环量。 （4）反应器物料平衡、热平衡，决定原料预热温度。结合再生器热平衡决定燃烧油量 或取热设施。 （5）再生器设备工艺设计计算，包括壳体、旋风分离器、分布板（管）、溢流管（淹流 管）、辅助燃烧室、双动滑阀、稀相喷水等。 （6）反应器设备工艺设计计算，包括汽提段和进料喷嘴的设计计算。 （7）两器压力平衡，包括催化剂输送管路。 （8）催化剂贮罐及抽空器。 （9）其它细节，如松动点的布置、限流孔板孔径等。 下面分别对其中的主要内容予以说明：
二、 提升管反应器的设计-----------------------------------------------------12 1、 基础数据--------------------------------------------------------------------12 2、 提升管直径和长度计算--------------------------------------------------13