6.1 Recuperarea cldurii reziduale de la o secie de forj a unei uzini constructoare de maini

Forjarea este un procedeu de prelucrare a metalelor i aliajelor prin

deformare plastic la cald sau la rece, folosit pentru obinerea semifabricatelor. Forjarea la cald se desfoar la o temperatur cuprins ntre [(0,6 0,85) Ttopire]. nclzirea materialelor metalice are loc n cuptoare speciale cu ajutorul gazelor rezultate din arderea unui combustibil gazos. Dup nclzire, gazele de ardere prsesc incinta cuptorului cu o temperatur cel puin egal cu temperatura de nclzire a materialelor (cca. 800C) posednd o mare cantitate de cldur, a crei recuperare se poate face n dou trepte:

recuperare primar, care cost n utilizarea gazelor, la prenclzirea combustibilului gazos (Qpc) i a aerului necesar arderii acestuia (Qpa);

recuperare secundar, care const n cedarea cantitii de cldur rezidual, Qc, rmas dup prima recuperare, unui agent termic ntr-un schimbtor de cldur.

PROIECTE TEHNICO-ECONOMICE 6

Cantitatea de cldur din instalaia respectiva se calculeaz cu relaia:

Qcomb = Qs + Qr unde: Qcomb este cldura obinut din arderea combustibilului;

Qs - cantitatea de cldur semifabricatelor; Qr - cantitatea de cldur a gazelor, dup nclzirea

semifabricatelor. Cantitatea de cldur a gazelor este egal cu:

Qr = Qpc + Qpa + Qc + q unde: q este cldura pierdut n atmosfer Lucrarea de fa are ca scop proiectarea unui schimbtor de cldur pentru recuperarea cldurii reziduale (Qc), folosind ca agent de transfer termic apa. Apa, care preia cea mai mare parte din cantitatea de cldur a gazelor, poate fi utilizat ca:

agent termic n cadrul unor procese tehnologice; agent termic pentru nclzirea unei pri din incinta uzinei; ap de splare pentru grupurile sanitare din incinta uzinei.

Tema proiectului

S se proiecteze un schimbtor de cldur acvatubular utilizat la recuperarea cldurii reziduale a gazelor de ardere rezultate de la nclzirea materialelor metalice prelucrate ntr-un atelier de forj.

Schema unui schimbtor de cldur acvatubular este:

185

Etapele de calcul

I. Calculul debitului de ap care preia cldura II. Dimensionarea schimbtorului de cldur III. Determinarea economiilor de combustibil realizate i a timpului

de recuperare a investiiei. Datele de intrare folosite n cadrul proiectului se gsesc n

tabelul 6.1.1.

Date de intrare Tabelul 6.1.1

Varianta Nr. crt. Caracteristica UM Notaie 1 2 3 4 5 6

1 Debitul de gaze Nm3 /h D 6000 7000 9000 10000 5000 6000 2 Temperatura

gazelor la intrare C tgi 550 450 550 450 550 450

3 Temperatura gazelor la ieire C tgf 220 230 240 250 230 240

4 Temperatura apei la intrare C tai 35 35 45 45 45 30

5 Temperatura apei la ieire C taf 95 85 80 95 85 80

kJ/m3*gr

C

1.35

1.3

1.31

1.3

1.25

1.27

kJ/m3*gr C 1.55 1.42 1.47 1.5 1.37 1.39

6 Cldura specific gaze - la 200C - la 600C

7 Coeficientul de transfer termic kJ/mgr*h K 120 118 119 117 113 114

8 Diametrul evii M D 0.04 0.05 0.05 0.04 0.04 0.05 9 Randamentul

schimbtorului de cldur

% rc 80 75 90 80 90 75

10 Lungimea unei evi M L 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.1 11 Preul

combustibilului Lei/t Cn 290000 280000 320000 310000 290000 280000

12 Puterea caloric kJ/kg pc 31000 31000 30500 31000 30000 30500 13 Randamentul

centralei termice % ra 75 70 65 85 90 75

14 Valoarea investiiei mil.lei I 331 332 333 334 335 336 15 Timpul

de funcionare h/an H 6500 6600 6700 6800 6900 7000

Nota: ca este cldura specific a apei = constant = 4,18 Kj/kg * grad nc numrul schimbtoarelor de cldur notaia intervine n calcul

ntre 200-600 C se consider o variaie liniar a cldurii specifice cu temperatura, de aceea cldura specific pentru valori intermediare de temperatur se calculeaz prin interpolare, exemplu la sfritul proiectului

Relaii de calcul Semnificaiile notaiilor folosite n relaiile de calcul sunt cele din

tabelul de mai sus. I Calculul debitului de ap care preia cldura

I. 1 Cldura cedat de gaze, Qc

Qc = Qi Qf, [kJ/h] (1) unde: Qi este cldura iniial a gazelor

Qf - cldura final a gazelor Cantitatea de cldur iniial a gazelor este: Qi = D cgitgi (2)

unde cgi este cldura specific a gazelor la temperatura de intrare Cantitatea de cldur final a gazelor se calculeaz cu relaia: Qf = Dcgftgf (3)

unde cgf este cldura specific a gazelor la temperatura de ieire. nlocuind relaiile (2) i (3) n relaia (1) se obine: Qc= D(cgitgi-cgftgf),[kJ/h] (4) Cldura specific a gazelor, cgi i cgf, la temperaturile tgi respectiv tgf,

se calculeaz prin interpolare. Ca exemplu de calcul se vor folosi valorile variaiei 1 din tabelul 6.1.1.

Astfel pentru t = 600Cc = 1,55 kJ/m3grad

t = 200Cc = 1,35 kJ/m3 grad t=400Cc = 0,20 kJ/m3grad

iar pentru tig = 550C t = (600-550) = 50C c = x kJ/mgrad Variaia cldurii specifice, x, este:

grad.m/kJ025,0400

20,0.50x 3== Prin urmare c5500 = 1,55 0,025 = 1,525 kJ/m3grad La aceeai valoare se ajunge i n cazul cnd cldura specific se

calculeaz n raport cu 2000C. Variaia de temperatur t = 550 - 200= 350C, iar variaia cldurii specifice, c = x,, rezult:

grad.m/kJ175,0400

20,0.350x 3, ==

187

Atunci cldura specific a gazelor la 550C va fi: grad.m/kJ525,1175,035,1c 3

5500=+=

I. 2 Cldura preluat de ap, Qprel

[ ]h/kJrQQ ccprel = (5)

I. 3 Cantitatea de ap ce preia cldura, ma, este egal cu debitul de ap i se calculeaz din relaia:

( )[ ]h/kJttcmQ iafaaaprel = (6) de unde: [ ]h/t,

10 ) t- (t cQ

m 3iafaa

prela = (7)

II Dimensionarea schimbtorului de cldur

II. 1 Suprafaa de schimb termic, S, se calculeaz din relaia:

mprel t.SKQ = (8) de unde:

[ ]2m

prel m,t.K

QS = (9)

unde tm este temperatura medie egal cu: ( ) ( ) [ ]C,tttt

ln

ttttt 0

aigf

afgi

aigfafgim

= (10)

II. 2 Lungimea total a evilor, Ltot, se determin din suprafaa

de schimb termic, care geometric este egal cu: [ ]2tot mLR2S = (11) unde, R este raza evii II. 3 Numrul de evi, n, se calculeaz din lungimea total:

[ ].buc,L

Ln tot= (12)

II. 4 Volumul total al evilor, Vevi, este: [ ]h/m,LR2V 32evi = (13) II. 5 Timpul n care apa preia cldura, Tprel, este:

[ ].sec,mV

Ta

eviprel = (14)

III Determinarea economiei de combustibil realizat

i a timpului de recuperare a investiiei

III. 1 Cantitatea de combustibil economisit pe or, mh, se calculeaz din relaia:

achprel r.p.mQ = (15) de unde: [ ]h/kg,

r.pQ

mac

prelh = (16)

III. 2 Cantitatea de combustibil pe an, mH [ ]an/t,H.mm hH = (17)

III. 3 Costul combustibilului economisit pe an, C,

pentru fiecare schimbtor de cldur: [ ]lei/an,c.mC nH= (18)

III. 4 Valoarea total a economiilor realizate pe an, Et [ ]lei/ann.CE ct = (19)

III. 5 Timpul de recuperare a investiiei, Tr

[ ]ani,EIT

tr = (20)

Concluzii Din economiile realizate se amortizeaz investiia fcut pentru

construirea cazanului. Investiia este rentabil dac Tr Ta, unde Ta este timpul de

amortizare impus de standarde.

6.2 Rentabilizarea unei rafinrii

Rentabilizarea unei ntreprinderi const, n esen, n creterea beneficiilor. Aceast cretere se poate realiza fie prin creterea preului produsului, fie prin mrirea volumului de producie, preul rmnnd constant. n condiiile unei economii de pia reale prima modalitate nu se recomand, deoarece produsul ar putea deveni necompetitiv. Cea de-a doua cale este urmat de ntreprinderile care vor s reziste concurenei. Pentru aceasta trebuie descoperite toate posibilitile tehnice i organizatorice care pot duce la mrirea volumului de producie, fr cheltuieli materiale suplimentare.

Scopul activitii unei rafinrii este de prelucrare a petrolului pentru obinerea de produse petroliere, care pot fi utilizate n alte ramuri industriale sau de consumatori individuali.

Procesul tehnologic de prelucrare a petrolului se desfoar conform urmtoarei scheme de flux tehnologic:

Sursa de energie termic n rafinrie este pcura, prin a crei ardere

se obine cantitatea de cldur necesar proceselor ce se desfoar n

petrol D

gaze benzin DA

lampant

motorin DA

Pacur D

combustibil

motorin DV

ulei mineral

R

C

hidrogen benzin RC fracii grele RC

gaze de cracare benzin CC

motorin CC fracii grele CC

(2)

(1)

instalaiile rafinriei. Pentru aceasta, o parte din pcura rezultat la distilarea atmosferic este folosit drept combustibil. Cu ct cantitatea de pcura utilizat pentru obinerea cldurii este mai mic, cu att volumul de producie crete. O posibilitate tehnic de micorare a acestei cantiti este folosirea gazelor rezultate din instalaiile de distilare atmosferic i de cracare catalitic, ca surs de energie termic, concomitent cu pcura. Pcura astfel economisit va mri, prin prelucrarea sa, volumul de producie a produselor finite, ceea ce face s creasc beneficiile rafinriei. Tema proiectului

S se calculeze beneficiile pe care le obine o rafinrie prin folosirea ca surs de energie termic, alturi de pcura, a gazelor rezultate din procesul tehnologic de prelucrare a petrolului.

Etapele de calcul

I. Calculul cantitii de pcur folosit ca unic surs de energie termic.

II. Calculul cantitii de pcur folosit ca surs de energie termic, concomitent cu un procent din gazele rezultate prin prelucrarea petrolului.

III. Calculul cantitii suplimentare de produse finite. IV. Bilanul de materiale. V. Calculul beneficiilor realizate de rafinrie.

Relaii de calcul

I. Calculul cantitii de pcur folosit ca unic surs de energie termic

I.1 Calculul produciei orare, Ch, a rafinriei

Producia orar realizat se calculeaz cu relaia:

[ ] t/h,TVC

dh = , (1)

unde: V este producia anual, t/an (tabelul 6.2.1); Td timpul disponibil anual, h/an.

Timpul disponibil anual este dat de relaia: [ ]an/hZ.24T ld = (2)

unde: Zl este numrul de zile lucrtoare dintr-un an (tabelul 6.2.1).

I.2 Calculul cantitii orare de produse rezultate din fiecare operaie

Cantitatea orar, mij, a produsului i rezultat la operaia j a procesului

tehnologic se determin cu relaia: [ ]h/t, .p.mm ijjij = (3)

unde: mj este cantitatea de materie prim prelucrat prin operaia j a procesului considerat;

pij procentul produsului i rezultat prin operaia j a procesului considerat;

randamentul procesului tehnologic (tabelul 6.2.1). La calculul cantitii produselor obinute prin distilarea pcurii n

vid, se ine seama c o parte din pcura rezultat de la operaia de distilare atmosferic se folosete drept combustibil n ntreaga rafinrie. Fie x aceast cantitate. Cu aceast valoare se micoreaz cantitatea de pcur ce se prelucreaz n instalaia de distilare n vid, cu implicaii asupra cantitii produselor rezultate att din aceast instalaie, ct i a acelora rezultate din cracarea catalitic.

I.3 Calculul cantitii de pcur folosit ca unic surs de energie termic

Cantitatea de pcur folosit ca surs de energie termic, aa cum s-a

menionat mai sus, este x. Pentru calcularea sa se folosete ecuaia cldurii, conform creia cantitatea de cldur total este egal cu suma cantitilor pariale de cldur necesare fiecrei operaii:

[ ]h/MJ,QQQQQ RCCCDVDAt +++= (4)

unde: Qt este cantitatea total de cldur, MJ/h; Q(DA, DV, CC, RC) cantitatea de cldur necesar pentru operaiile

considerate, anume operaiile de distilare atmosferic, distilare n vid, cracare catalitic i reformare catalitic, MJ/h.

Cantitatea total de cldur ce se obine prin arderea pcurii este egal cu:

[ ]h/MJ,.P.xQ acpt = (5) unde: Pcp este puterea caloric a pcurii, MJ/kg, tabelul 6.2.9;

a randamentul de ardere a instalaiei termice, %, tabelul 6.2.8.

Cantitile pariale de cldur necesare fiecrei operaii se calculeaz cu relaia:

( ) [ ]h/MJ,C.mQ jspjj = (6) unde: Qj este cantitatea de cldur necesar operaiei din instalaia j

a rafinriei; Csp(j) consumul specific de energie pentru instalaia j a

rafinriei, MJ/t, tabelul 6.2.7. Aplicnd relaia (6.), cantitile pariale de cldur vor fi: cantitatea de cldur necesar operaiei de distilare atmosferic,

Q(DA), MJ/h.

( ) ( ) [ ]h/MJ,C.CQ DAsphDA = (7) unde: Csp(DA) este consumul specific energetic pentru instalaia DA,

MJ/t, tabelul 6.2.7. cantitatea de cldur necesar operaiei de distilare n vid,

Q(DV), MJ/h.

( ) ( )( ) ( ) [ ]h/MJ,C.xmQ DVspDApDV = (8) unde: mp(DA) este cantitatea de pcur rezultat de la distilarea

atmosferic, t; x cantitatea de pcur folosit drept combustibil, t;

Csp(DV) consumul specific energetic pentru instalaia DV, MJ/t, tabelul 6.2.7.

cantitatea de cldur necesar operaiei de cracare catalitic, Q(CC), MJ/h.

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( )[ ] ( ) [ ]h/Mj,C..pxmm.8,0Q CCspDVDVmDApDAmCC += (9) unde: mm(DA) este cantitatea de motorin rezultat la distilarea

atmosferic, t; pm(DV) procentul de motorin rezultat din instalaia DV, %,

tabelul 6.2.3; (DV) randamentul instalaiei DV egal cu randamentul

procesului tehnologic, %, tabelul 6.2.1; Csp(CC) consumul specific energetic pentru instalaia CC,

MJ/t, tabelul 6.2.7. cantitatea de cldur necesar operaiei de reformare catalitic,

Q(RC), MJ/t.

( ) ( ) ( ) [ ]h/Mj,C.mQ RCspDAbRC = (10) unde: mb(DA) este cantitatea de benzin rezultat la distilarea

atmosferic, t; Csp(RC) consumul specific energetic al instalaiei RC, MJ/t,

tabelul 6.2.7. Introducnd relaiile (5), (6), (7), (8), (9) i (10) n relaia (4) se

obine o ecuaie de gradul nti cu o singur necunoscut: ( ) ( )( ) ( )

( ) ( )( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( )RCspDAbCCspDVDVmDApDAmDVspDApDAsphac

C.mC..p.xmm.8,0

C.xmC.C.P.x

+++++=

(11)

Soluia acestei ecuaii, x, reprezint cantitatea de pcur folosit ca unic surs de energie termic pentru rafinrie.

II. Calculul cantitii de pcur folosit ca surs de energie termic, concomitent cu un procent din gazele rezultate prin prelucrarea petrolului

Gazele rezultate de la diferite operaii ale procesului tehnologic pot fi utilizate ca surs de energie termic, atunci cnd nu conin compui nocivi. n aceast situaie, poate fi utilizat drept combustibil ntreaga cantitate de gaze, n starea n care prsesc procesul tehnologic.

n cazul n care ntreaga cantitate sau numai o parte conine compui nocivi, cum sunt compuii de sulf, aceasta nu se poate utiliza ca surs de energie termic dect dup un proces de purificare realizabil printr-o perfecionare tehnologic, care necesit, de obicei, cheltuieli suplimentare, situaie care nu se ia n considerare n studiul de fa.

Fie y, procentul din gazele combustibile (tabelul 6.2.8) care se folosete ca surs de energie termic i x cantitatea de pcur folosit concomitent n acelai scop, pentru acoperirea necesarului de energie pe ntreaga rafinrie.

Cantitatea total de cldur va fi, acum, calculat cu relaia: [ ]h/Mj,.P.V.y.P.xQ acggacp't += (12)

unde: Pcg este puterea caloric a gazelor, MJ/Nm3, tabelul 6.2.9; Vg volumul gazelor combustibile rezultate din procesul

tehnologic, Nm3; a randamentul de ardere a instalaiei termice, tabelul 6.2.8

Volumul gazelor se determin din relaia de definiie a densitii i este egal cu:

[ ]3g

gg Nm,

mV = , (13)

unde: mg este masa gazelor combustibile rezultate din procesul tehnologic, t; g densitatea gazelor, kg/Nm3. Formulele pentru calculul cantitilor pariale de cldur rmn

neschimbate. innd seama i de relaiile (12) i (13), relaia (4) devine:

( ) ( ) ( )( ) ( ) ( ) ( )[ ] ( ) ( ) ( )RCspDAbCCspDVDVm,pDAm

DVsp,

pDAsphacggacp,

C.mC..pxmm.8,0

C.xmC.C.P.V.y.P.x

+++++=+

(14)

Ca i ecuaia (11) i aceasta este o ecuaie de gradul nti cu o singur necunoscut, x Soluia ei reprezint cantitatea de pcur care se folosete, alturi de gaze, ca surs de energie termic.

III. Calculul cantitii suplimentare de produse finite

Cantitatea suplimentar de produse finite obinut datorit pcurii economisite prin folosirea concomitent a unui procent din gazele de rafinrie ca surs de energie termic, reprezint creterea volumului de producie a rafinriei.

III.1 Calculul cantitii de pcur economisit, mp prin

folosirea concomitent a unui procent din gazele de rafinrie ca surs de energie termic

Cantitatea de pcur economisit este:

( ) [ ]h/t,xxm ,DAp = (15)

III.2 Calculul cantitii de produse finite obinute din pcura economisit

Pcura economisit de la ardere se prelucreaz ca materie prim n

instalaia de distilare n vid. n consecin, vor crete cantitile produselor rezultate din aceast instalaie i din cea de cracare catalitic. Conform relaiei generale (3), pentru instalaia DV aceast cretere este:

( ) ( ) [ ]t/h,.p.mm DVijDApij = (16) unde: pij sunt cantitile procentuale ale produselor rezultate de la

distilarea n vid, cu pm(DV) pentru motorin i pum(DV) pentru ulei mineral, tabelul 6.2.3.

Astfel, valorile cu care cantitile produselor de distilare n vid se mresc vor fi:

pentru motorin: mm(DV) = mp(DA)pm(DV), [t/h] (17) pentru ulei mineral: mum(DV) = mp(DA)pum(DV), [t/h] (18)

Creterea cantitii de motorin, mm(DV), suplimenteaz cantitatea de materie prim ce se prelucreaz n instalaia de cracare catalitic determinnd o cretere corespunztoare a cantitilor de produse obinute din aceast instalaie i anume:

creterea cantitii gazelor de cracare, mg(CC1) mg(CC1) = mm(DV)pg(CC1), [t/h] (19)

- creterea cantitii de benzin, mb(CC1) mb(CC1) = mm(DV)pb(CC1), [t/h] (20)

- creterea cantitii de motorin, mm(CC1) mm(CC1) = mm(DV)pm(CC1), [t/h] (21)

creterea cantitii fraciilor grele, mfg(CC1) mfg(CC1) = mm(DV)pfg(CC1), [t/h] (22) IV. Bilanul de materiale

Bilanul de materiale ne permite s verificm exactitatea calculelor

efectuate i s comparm rezultatele procesului tehnologic n situaiile considerate.

Bilanurile de materiale se vor ntocmi att pe operaii ct i pe ntregul proces tehnologic.

V. Calculul beneficiilor realizate de rafinrie

Beneficiile, By, pe care rafinria le poate realiza prin creterea

volumului de producie a produselor finite se vor calcula cu relaia:

= ijy mB [ ]/aneil,T10C d3i

i (23) unde: mij este creterea cantitii produsului i obinut prin operaia j,

punctul III.2; Ci preul de vnzare al produsului i, lei/l; i densitatea produsului i, kg/dm3.

Formula (23) ine seama de toate produsele finite, care se pot vinde i a cror cantitate crete.

n cazul n care toate gazele rezultate din prelucrare se folosesc ca surs de energie termic, beneficiile rafinriei vor fi:

[ ]an/leiBy

100B y= , (24) Datele de intrare necesare rezolvrii proiectului sunt cuprinse n

tabelele (6.2.1.) (6.2.9.) Observaii: produsele comune mai multor instalaii sunt individualizate prin specificarea instalaiei (de exemplu, motorina DA, motorina DV, motorina CC1, motorina CC2 etc.);

la instalaia de cracare catalitic s-a notat n mod distinct cu: CC1 prelucrarea motorinei provenite de la instalaia DV; CC2 prelucrarea motorinei provenite de la instalaia DA.

Caracteristici de producie

Tabelul 6.2.1 Caracteristici / Variante UM 0 1 2 3 4 5 Producia anual, V t 79200 75000 79000 75000 79000 75000 Zile lucrtoare pe an, Zl zile 330 365 330 365 330 365 Randamentul procesului, % 99,9 97,6 98,8 99,9 97,6 98,8 Procent de prelucrare - motorin DA - motorin DV

%

80 100

90 95

95 95

80 100

90 95

95 95

Pre benzin Lei/l 30000 29000 29500 29900 29100 30100 Pre motorin Lei/l 24000 24400 24200 24900 24500 24600 Pre ulei mineral Lei/l 50 103 45 103 48 103 45 103 46 103 45,5 103 Pre fracii grele Lei/l 10 103 12 103 10 103 13 103 11,5 103 10 103 Pre gaze Lei/Nm3 12 103 11 103 12 103 11 103 11,5 103 11 103

Cantitile procentuale ale produselor rezultate la prelucrarea ieiului n instalaia DA

Tabelul 6.2.2 Produse / Variante 0 1 2 3 4 5

Gaze de rafinrie 0,8 0,7 0,9 0,6 0,7 0,9 Benzin DA 15,2 13,8 18,3 11,5 14,1 16,5 Lampant 5,5 8,5 6,0 9,2 8,2 6,4 Motorin DA 21,5 22,0 24,8 20,7 23,0 20,2 Pcur 57,0 55,0 50,0 58,0 54,0 56,0

Cantitile procentuale ale produselor rezultate la prelucrarea pcurii n instalaia DV

Tabelul 6.2.3 Produse / Variante 0 1 2 3 4 5 Motorin DV 40 35 38 37 36 41 Ulei mineral 60 65 62 63 64 59

Cantitile procentuale ale produselor rezultate din prelucrarea motorinei DV n instalaia de cracare catalitic (pe direcia CC1)

Tabelul 6.2.4 Produse / Variante 0 1 2 3 4 5 Gaze de cracare 25 26 26 25 25 27 Benzin CC1 45 46 45 46 44 47 Motorin CC1 22 21 20 22 22 19 Fracii grele CC1 8 7 9 7 9 7

Cantitile procentuale ale produselor rezultate

la prelucrarea motorinei DA n instalaia de cracare catalitic (pe direcia CC2)

Tabelul 6.2.5 Produse / Variante 0 1 2 3 4 5 Gaze de cracare CC2 20 21 21 22 22 19 Benzin CC2 51 50 52 52 50 53 Motorin CC2 25 24 24 21 25 23 Fracii grele CC2 4 5 3 5 3 5

Cantitile procentuale ale produselor rezultate la prelucrarea benzinei

DA n instalaia de reformare catalitic, RC Tabelul 6.2.6

Produse / Variante 0 1 2 3 4 5 Hidrogen 2,5 2,2 2,8 2,6 2,4 2,3 Benzin RC 94,4 94,5 93,9 94,1 94,3 94,5 Fracii grele RC 3,1 3,3 3,3 3,3 3,3 3,2

Consumurile specifice energetice, Csp, ale instalaiilor, n MJ/t materie prim

Tabelul 6.2.7 Instalaii / Variant 0 1 2 3 4 5 Instalaia DA 700 600 600 800 800 750 Instalaia DV 700 600 600 800 800 750 Instalaia CC 2000 2100 1900 2100 1900 2100 Instalaia RC 4000 4200 4100 4200 4100 4100

Randamentul instalaiei termice si gazele utilizate drept combustibil Tabelul 6.2.8

Randament / Variant UM 0 1 2 3 4 5 Randamentul instalaiei termice, a % 65 60 70 62 64 66 Gaze utilizate drept combustibil, y % 30 35 40 30 35 40

Caracteristicile produselor

Tabelul 6.2.9 Combustibili / Caracteristici Putere caloric (Pc) Densitate ()

Pcur 46 MJ/kg - Gaze (fracia C4) 35 MJ/Nm3 0,9 kg/Nm3

Benzin - 0,770 g/cm3 Motorin - 0,860 kg/dm3 Ulei mineral - ~1 kg/dm3 Fracii grele - ~1 kg/dm3

Exemplu numeric

Exemplificarea calculelor se face pentru varianta zero din tabelul

cu date de intrare.

I Calculul cantitii de pcur folosit ca unic sursa de energie termic

I.1 Calculul capacitii orare de producie, Ch

[ ]h/t,1033024

79200Ch ==

I.2 Calculul cantitilor de produse rezultate din fiecare operaie

distilarea atmosferic:

gazele de rafinrie )( [ ]h/t,0799,01009,99

1008,010m DAg ==

benzin DA )( [ ]h/t,5180,11009,99

1002,1510m DAb ==

lampant )( [ ]h/t,5490,01009,99

1005,510m DAl ==

motorin DA )( [ ]h/t,1470,21009,99

1005,2110m DAm ==

pcur )( [ ]h/t,6940,51009,99

1005710m DAp ==

distilarea n vid:

motorin DV )( )( [ ]h/t,1009,99

10040)xm(m DApDVm =

ulei mineral )( )( [ ]h/t,1009,99

10060)xm(m DApDVum =

cracare catalitic: Observaie: La calcularea cantitilor de produse rezultate de la operaia de

cracare catalitic se are n vedere c materia prim (motorina) provine de la ambele instalaii de distilare (atmosferic i n vid) i se prelucreaz conform procentelor menionate n schema fluxului tehnologic i n tabelul 6.2.1. gaze de cracare

)( )( [ ]t/h,1009,99]

10080

10020m

10025m[m DAm)DV(mCCg +=

benzin CC

)( [ ]h/t,1009,99]

10080

10051m

10045m[m DAm)DV(m)CC(b +=

motorin CC

)( [ ]h/t,1009,99]

10080

10025m

10022m[m DAm)DV(m)CC(m +=

fracii grele CC

)( [ ]h/t,1009,99]

10080

1004m

1008m[m DAm)DV(m)CC(fg +=

reformare catalitic:

hidrogen

[ ]h/t,0379,0100

9,99100

5,2518,1100

9,99100

5,2mm )DA(b)RC(H2 === benzin RC

[ ]h/t,432,1100

9,99100

4,94518,1100

9,99100

4,94mm )DA(b)RC(b === fracii grele RC

[ ]h/t,047,0100

9,99100

1,3518,1100

9,99100

1,3mm )DA(b)DA(fg ===

I.3 Cantitatea de pcur folosit ca unic surs de energie termic

Se calculeaz din formula (11) n care se introduc valorile tuturor mrimilor cunoscute:

4000518,12000]100

9,9910040)x695,5(148,28,0[700)x695,5(7001065,01046x 3 ++++=

Dup efectuarea operaiilor se obine ecuaia: 31099,5 x = 250467 Soluia este: x=0,805 t/h Cu aceast valoare se pot calcula cantitile produselor obinute prin

distilare i prin cracare catalitic. Acestea sunt: distilarea n vid:

motorin DV [ ]h/t,954,1100

9,9910040)805,0695,5(m )DV(m ==

ulei mineral [ ]h/t,931,2100

9,9910060)805,0695,5(m )DV(um ==

cracarea catalitic

gaze de cracare

954,1()( =CCgm [ ]h/t,8311,01009,99)

10080

10020148,2

10025 =+

benzin CC

[ ]h/t,7540,1100

9,99)10080

10051148,2

10045954,1(m )CC(g =+=

motorin CC

[ ]h/t,8590,0100

9,99)10080

10025148,2

10022954,1(m )CC(m =+=

fracii grele CC

[ ]h/t,2250,0100

9,99)10080

1004148,2

1008954,1(m )CC(fg =+=

II. Calculul cantitii de pcur folosit ca surs de energie

termic concomitent cu un procent din gazele rezultate prin prelucrarea petrolului

Procentul de gaze folosite ca surs de energie termic este: y=30% n cazul proiectului se consider c toate gazele rezultate din

prelucrare sunt combustibile. Cantitatea a cestor gaze este egal cu suma cantitilor gazelor de reformare i de cracare. Deci:

kg/h 911, t/h 0,911 0,8311 0,0799ma ==+= Volumul ocupat de aceste gaze este dat de relaia:

3Nm1013,0,9911

gpgm

gV ===

nlocuind n relaia [14] toate mrimile cunoscute, se obine:

( )( ) 4000.518,12000.

1009,99.

10040x695,5148,2.8,0

700.x695,591070065,0.35.1013.3,0,.65,0.10.46.x

,

,3,

+

++++=

Efectund operaiile se obine ecuaia:

18133x5,31099 , = a crei soluie, x = 0,584 t/h, reprezint cantitatea de pcur ce se folosete ca surs de energie termic, concomitent cu un procent de 30% din gazele rezultate din prelucrarea petrolului.

III Calculul cantitii suplimentare de produse finite

III. 1 Calculul cantitii de pcur economisit, mp, prin folosirea gazelor ca surs de energie termic

mp = 0,805 0,584 = 0,221, t/h

III.2 Calculul creterii cantitilor de produse obinute din pcura economisit

creterea cantitii de motorin rezultat prin distilare n vid.

( ) h/t,0884,01009,99.

10040.221,0m DVm ==

creterea cantitii de ulei mineral rezultat prin distilare n vid.

( ) h/t,1324,01009,99.

10060.221,0m DVum ==

creterea cantitii de gaze rezultate din cracarea catalitic.

( ) h/t,0220,01009,99.

10025.0884,0m CCg ==

creterea cantitii de benzin rezultat din cracare catalitic.

( ) h/t,0400,01009,99.

10045.0884,0m CCb ==

creterea cantitii de motorin rezultat din cracare catalitic.

( ) h/t,0195,01009,99.

10022.0884,0m CCm ==

creterea cantitii de fracii grele rezultate din cracare catalitic.

( ) h/t,0070,01009,99.

1008.0884,0m CCfg ==

IV. Bilanul de materiale

Cu ajutorul lui verificm corectitudinea calculelor efectuate la

punctul III. 2 i evideniem creterea cantitilor de produse finite. Se ntocmesc bilanurile pentru cele dou situaii considerate.

IV.1 Bilanul de materiale, cnd se folosete pcura ca unic surs de energie termic

Se va ntocmi bilanul de materiale pentru fiecare operaie i pentru

ntregul proces tehnologic:

Bilanul de materiale pe operaii

Distilarea atmosferei

Materiale

intrate

Cantitate, [t] Materiale

ieire

Cantitate, [t]

- iei 10 - gaze de rafinrie

- benzin DA

- lampant

- motorin DA

- pcur

- pierderi

0,0799

1,5180

0,5490

2,1480

5,6950

0,0101

Total intrri 10 Total ieiri 10,0000

Distilare n vid

Materiale

intrate

Cantitate, [t] Materiale

ieire

Cantitate

- pcur 4,8900* - motorin DV

- ulei mineral

- pierderi

1,9540

2,9310

0,0050

Total intrri 4,8900 Total ieiri 4,8900

* Din cantitatea de pcur rezultat la DA se scade cantitatea folosit

ca surs de energie termic: 5,695 0,805 = 4,890

Reformarea catalitic

Materiale

intrate

Cantitate, [t] Materiale

ieite

Cantitate, [t]

- benzin DA 1,5180 - hidrogen

- benzin RC

- fracii grele RC

- pierderi

0,0379

1,4320

0,0470

0,0011

Total intrri 1,5180 Total ieiri 1,5180

Cracarea catalitic

Materiale

intrate

Cantitate, [t] Materiale

ieite

Cantitate, [t]

- motorin DV

- 80% motorin DA

1,9540

1,7184*

- gaze de cracare

- benzin CC

- motorin CC

- fracii grele CC

- pierderi

0,8311

1,7540

0,8590

0,2250

0,0033

Total intrri 3,6724 Total ieiri 3,6724

* 80% din 2,148 t motorin DA 1,7184 t

Bilanul de materiale pe ntregul proces tehnologic

Materiale

intrate

Cantitate, [t] Materiale

ieite

Cantitate, [t]

- iei 10 - gaze de rafinrie

DA+CC

- benzin RC + CC

- lampant DA

- motorin CC + 20% DA

- ulei mineral DV

- hidrogen RC

- fracii grele RC + CC

- pcur combustibil

- pierderi

0,9110

3,1860

0,5490

1,2886

2,9310

0,0379

0,2720

0,8050

0,0195

Total intrri 10 Total ieiri 10,0000

Not: S-au subliniat poziiile din bilan a cror valori se vor modifica

n cea de-a doua situaie considerat

IV. 2 Bilanul de materiale cnd sursa de energie termic se compune din pcur i gaze

n situaia n care ca surs de energie termic se folosesc pcur i gaze, bilanurile de materiale se refac numai pentru distilarea n vid i cracarea catalitic, deoarece celelalte operaii rmn neschimbate, cum reiese i din schema fluxului tehnologic. De aceea, trebuie calculate cantitile de produse rezultate din operaiile respective, deoarece prin utilizarea celor dou tipuri de combustibil, s-a mrit cantitatea de materie prim prelucrat n instalaia de distilare n vid.

Cantitile rezultate pe operaii sunt:

Distilarea n vid

motorin DV

( ) ( ) [ ]h/t0423,21009,99.

10040.584,0695,5m DVm ==

ulei mineral

( ) ( ) [ ]h/t0635,31009,99.

10060.584,0695,5m DVum ==

Cracarea catalitic

gaze de cracare

( ) [ ]h/t,8534,01009,99.

10080.

10020.148,2

10025.0423,2m CCg =

+=

benzin CC

( ) [ ]h/t7936,11009,99.

10080.

10051.148,2

10045.0423,2m CCb =

+=

motorin CC

( ) [ ]h/t8780,01009,99.

10080.

10025.148,2

10022.0423,2m CCm =

+=

fracii grele CC

( ) [ ]h/t2318,01009,99.

10080.

1004.148,2

1008.0423,2m CCm =

+=

Noile bilanuri pentru cele dou operaii sunt:

Distilarea n vid Materiale

intrate Cantitate, [t] Materiale

ieite Cantitate, [t]

- pcur 5,1110 - motorin DV - ulei mineral - pierderi

2,0423 3,0635 0,0052

Total intrri

5,1110

Total ieiri

5,1110

Cracarea catalitic

Materiale intrate Cantitate, [t]

Materiale ieite Cantitate, [t]

- motorin DV - 80% motorin DA

2,0423 1,7184*

- gaze de cracare - benzin CC - motorin CC - fracii grele CC - pierderi

0,8534 1,7936 0,8780 0,2318 0,0039

Total intrri 3,7607 Total ieiri 3,7607 * 1,7184 reprezint 80% din motorina DA (80% din 2,1480 t)

Bilanul de materiale pe ntregul proces tehnologic

Materiale intrate Cantitate, [t]

Materiale ieite Cantitate, [t]

- iei 10 - gaze de rafinrie DA+CC - benzin RC + CC - lampant DA - motorin CC + 20% DA - ulei mineral DV - hidrogen RC - fracii grele RC + CC - pcur combustibil - pierderi

0,9333 3,2256 0,5490 1,3079 3,0635 0,0379 0,2788 0,5840 0,0200

Total intrri 10 Total ieiri 10,0000

Not: S-au subliniat poziiile din bilan care s-au modificat fa de bilanul anterior

Cu ajutorul bilanurilor pe operaii se pot controla rezultatele obinute la punctul III. 2.

creterea cantitii de motorin rezultat de la operaia de distilare n vid.

mm(DV) = 2,0423 1,9540 = 0,0883 [t/h] creterea cantitii de ulei mineral rezultat de la operaia de

distilare n vid. mum(DV) = 3,0635 2,9310 = 0,1325 [t/h] creterea cantitii gazelor rezultate de la operaia de cracare

catalitic. mg(CC) = 0,85324 0,8311 = 0,9333 0,9110 = 0,0223 [t/h] creterea cantitii de benzin rezultat de la operaia de cracare

catalitic.

mb(CC) = 1,7936 1,7540 = 3,2256 3,1840 = 0,0396 [t/h] creterea cantitii de motorin rezultat de la operaia de cracare

catalitic. mm(CC) = 0,8780 0,8590 = 1,3076 1,2886 = 0,0190 [t/h] creterea cantitii de fracii grele rezultate de la operaia de

cracare catalitic. mfg(CC) = 0,2318 0,2250 = 0,2788 0,2720 = 0,0068 [t/h] Diferenele dintre aceste rezultate i cele de la punctele III. 2. sunt de

ordinul miimilor i se datoresc aproximrilor efectuate la ultima zecimal a valorilor utilizate n calcule.

Creterea cantitii unor produse finite ale procesului tehnologic, n cazul cnd se folosete drept combustibil un procent din gazele rezultate din procesul de prelucrare a petrolului, este evideniat i de bilanurile de materiale.

V. Calculul beneficiilor obinute, rezultate din vnzarea

produselor finite suplimentare

La calculul beneficiilor, conform formulei, (23) se vor adopta unitile de msur din tabelul 6.2.9 i costul produselor din tabelul 6.2.1, astfel c:

an/lei107154733024]10501325,010100068,0

24000860,0

10019,030000770,0

100396,010120223,0[B

666

336

30

=+++++=

Cnd toate gazele rezultate din prelucrare sunt utilizate ca surs de energie termic n procesul tehnologic considerat, cantitatea produselor finite va avea o cretere mult mai mare, cu consecine pozitive asupra beneficiilor rafinriei. Astfel, dac ntreaga cantitate de gaze (0,911 t) se folosete ca surs de energie termic pentru instalaii, beneficiile rafinriei vor fi, conform relaiei (24):

lei/an1068,384892101547730

100B30

100B 6630 === n concluzie, creterea cantitii de produse finite conduce la

creterea beneficiului, ceea ce demonstreaz posibilitile de rentabilizare a unei rafinrii.

Capitolul 6 -PROIECTE TEHNICO-ECONOMICE6.1 Recuperarea cldurii reziduale de la o secie de forj a unei uzini constructoare de masini6.2 Rentabilizarea unei rafinrii