Конечная температура реакции - Основные характеристики печи пиролиза
Конечную температуру реакции (температуру пирогаза) Т на выходе из змеевика печи определяют при помощи линейной интерполяции конечных температур реакций при пиролизе газообразных углеводородов:
, (11)
Т = 1046 К
Где, , , -- конечная температура реакции при пиролизе углеводородов C2H6, C3H6, C3H8, C4H10 в чистом виде; , , , -- содержание углеводородов C2H6, C3H6, C3H8, C4H10 в сырье в расчете только на их смесь, масс. доли.
Рассчитаем массовые доли вышеперечисленных углеврдородов,
Хi = уi / У (у2 ; у3; у3 ; у4 ) (12)
Получаем: х2 = 0,168; х3 = 0,108; х3= 0,076; х4 = 0,648.
Конечная температура процесса Т связана с оптимальным временем контакта формулами Шмидта:
- при пиролизе этана (без выделения углерода):
; (13)
Т = Т1 = 1101 К
- при пиролизе пропилена, пропана и бутана (без выделения углерода):
; (14)
Т = Т2 = Т3 = Т3 = Т4 = 1036 К,
Так как пиролизу подвергается смесь углеводородов, общее время пребывания газовой смеси в зоне реакции будет одинаковым для всех углеводородов. Общее время пребывания, как правило, больше оптимального времени и связано с ним соотношением:
(15)
Примем фобщ = 1, К = 2, отсюда получаем фопт = фобщ / К = 0,5
Эксплуатация промышленных и полупромышленных установок показала следующие значения величины общего времени пребывания газов в змеевиках трубчатых печей пиролиза (см. таблицу 2)
Таблица 4
Углеводород |
Интервал | ||
Температура процесса, К |
Давление процесса, кПа |
, с | |
C2H6 |
1048-1113 |
208-319 |
0,7-1,3 |
C3H6 |
1065-1095 |
208-319 |
0,5-0,8 |
C3H8 |
883-1103 |
208-319 |
0,7-1,13 |
C4H10 |
883-1103 |
208-319 |
0,7-1,13 |
При расчетах, как правило, выбирают общее время из интервала, характерного для того углеводорода, который преобладает в сырье.
Порядок выполнения работы:
- 1. Ознакомиться с исходными данными. 2. Определить массовые и мольные расходы каждого компонента в парогазовой смеси на входе в печь пиролиза и на выходе из печи пиролиза. 3. Оценить общее время пребывания газовой смеси в зоне реакции (по таблице 1). 4. По формулам оценить оптимальное время контакта, оценить конечную температуру процесса Т для разных углеводородов. 5. Вычислить конечную температуру реакции (температуру пирогаза) Т на выходе. 6. Часть II. Тепловой расчет печи. 1. Расчет полезного тепла печи
Полезное тепло печи равно:
; (16)
Qполезн = 14062 + 8929,5 = 22991,5 кВт
Где - расход тепла на нагревание смеси газов в змеевике до температуры реакции, кВт; - расход тепла на реакцию, кВт.
Смесь газов нагревается от температуры входа в печь (указана в исходных данных) до температуры входа сырья в реакционный змеевик (можно принять ).
Количество тепла на нагревание смеси газов определяется по формуле:
Q1 = (G+W)(qTН - qT1), (17)
Q1 = (30000+3000)(1596,6 - 62,6) = 14062 кВт,
Количество тепла Q2 на нагревание парогазовой смеси от температуры входа сырья в реакционный змеевик до температуры окончания реакции Т:
Q2 = (G+W)(qT - qTН), (18)
Q2 = (30000+3000)(2298,0 - 1596,6) = 6429,5 кВт,
Где G - расход сырья, кг/ч; W - расход водяного пара, кг/ч; - энтальпия парогазовой смеси при соответствующих температурах.
Энтальпия парогазовой смеси определяется по правилу аддитивности, по следующим данным (таблица 2) об энтальпиях компонентов смеси при температурах и :
Таблица 2
Компоненты |
, кДж/кг | ||
Т | |||
H2 |
502,0 |
8750 |
11650 |
CH4 |
80,4 |
1897 |
2743 |
C2H2 |
62,0 |
1283 |
1764 |
C2H4 |
57,4 |
1452 |
2080 |
C2H6 |
64,5 |
1690 |
2453 |
C3H6 |
57,0 |
1451 |
2092 |
C3H8 |
62,8 |
1658 |
2400 |
C4H10 |
62,0 |
1647 |
2370 |
C5H12 |
62,0 |
1638 |
2353 |
H2O |
65,8 |
1206 |
1640 |
Отсюда получаем следующие выражения:
QT1 = У (qiT1 - уiс), (19)
QTН = У (qiTН - уiс), (20)
QT = У (qiT - уiп), (21)
Получаем: qT1 = 62,6 кДж/кг; qTН = 1596,6 кДж/г; qT = 2298,0 кДж/кг.
Расход тепла на реакцию и нагревание в реакционном змеевике:
; (22)
Qp = 2500 + 6429,5 = 8929,5 кВт
Где - расход тепла на реакцию пиролиза, кВт; - расход тепла на нагревание парогазовой смеси от температуры входа сырья в реакционный змеевик до температуры окончания реакции Т, определенной по формуле (1), кВт
В расчетах примем расход тепла на реакцию пиролиза - 2500 кВт.
вычисляется аналогично (по данным таблицы 2).
Общий расход тепла в печи состоит из полезного тепла печи, потерь тепла в окружающую среду и потерь тепла с уходящими дымовыми газами. Соответственно к. п.д. печи будет равен:
, (23)
З = 1 - (0,08 + (10000/47500)) = 0,71
- доля потерь тепла печью в окружающую среду; - энтальпия дымовых газов, кДж/кг; - низшая теплота сгорания топлива, кДж/кг.
Величины, приведены в исходных данных, а энтальпия дымовых газов определяется по графику зависимости "температура-энтальпия" (рис. 1) при температуре вывода дымовых газов из печи К.
Рисунок 1
Из графика получаем qдг = 10000 кДж/кг
Расход топлива в печь определяется по следующей формуле:
(24)
В = 22991,5/(47500*0,71) = 0,68 кг/с
Порядок выполнения работы:
- 1. Ознакомиться с исходными данными. 2. По данным таблицы 2 определить энтальпии парогазовой смеси для трех разных температур. Обратите внимание на изменение состава смеси на входе в змеевик и выходе из него вследствие протекания химической реакции. 3. Определить расходы тепла, . 4. Определить расход тепла на реакцию и нагревание в реакционном змеевике. 5. Определить полезное тепло печи. 6. По графику на рисунке 1 определить энтальпию отходящих дымовых газов. 7. Определить к. п.д. печи, а также расход топлива в печь. 3. Расчет геометрических размеров реакционных труб 1. Определение поверхности нагрева реакционного змеевика
Поверхность нагрева реакционного змеевика определяется по формуле:
, (25)
Где - средняя теплонапряженность поверхности нагрева реакционных труб (как правило, для печей пиролиза составляется 34-38 кВт/м2), кВт/м2.
Принимаем = 35 кВт/м2
Fp = 8929,5/35 = 255,1 м2,
Наружный диаметр реакционных труб пиролиза, как правило, составляет 0,1-0,2 м и кратен 0,02 м. Толщина стенок, как правило, составляет не более 0,01 м и кратна 0,001 м.
Принимаем = 0,1 м, z = 0,001 м.
По выбранному диаметру и известной поверхности змеевика определяется общая рабочая длина труб.
Lp = Fp / рdH, (26)
Lp = 255,1 / 3,14*0,1 = 812,5 м.
В печи пиролиза сырье разделяется на несколько потоков (не более 3), в каждом из потоков находится несколько параллельных труб. В ходе расчета печи необходимо задаться рабочей длиной одной трубы, после этого рассчитать количество труб в печи. Рабочая длина трубы должна быть выбрана сообразно предполагаемым размерам всей печи вцелом и кратна 1 м (в исключительных случаях 0,5 м).
Принимаем Lp = 15 м, рассчитаем количество труб печи:
N = Lp / Lp, (27)
N = 812,5 / 15 = 54,2
2. Время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике:
Время пребывания смеси в реакционном змеевике определяется по формуле:
Фобщ = Lp / wср, (28)
Фобщ = 15 / 14,26 = 1,05 с
Где - средняя линейная скорость сырья в змеевике, м/с.
Для расчета средней линейной скорости определяются линейные скорости в начале и конце змеевика:
Wc = U / сс ; wп = U / сп, (29)
Wc = 1190 / 812,9 = 1,47 м/с,
Wп = 1190 / 44,1 = 27,04 м/с
Wcр = (wc + wп) / 2, (30)
Wcр = (1,47 + 27,04) / 2 = 14,26 м/с
Где - массовая скорость парогазовой смеси в змеевике, кг/(м2 с); , - плотности парогазовой смеси в начале и конце змеевика, кг/м3. определяется как среднее арифметическое линейных скоростей в начале и конце змеевика.
Рассчитаем плотности смеси и пирогаза, с учетом водяного пара, при истинных условиях, Т1 = 310 К; Р1 = 465 кПа; Т2 = 1046 К; Р2 = 130 кПа, зная плотность при нормальных условиях Т0 = 273 К; Р0 = 101,3 кПа.
Сс = ( сс - Т0 - Р1 ) / ( Т1 - Р0), (31)
Сс = (201,1 - 273 - 465) / (310 - 101,3) = 812,9 кг/м3
Сп = (131,6 - 273 - 130) / (1046 - 101,3) = 44,1 кг/м3
Массовая скорость парогазовой смеси в змеевике определяется по формуле:
(32)
U = (30000 + 3000) / (7,7 - 10-3 - 3600) = 1190 кг/(м2-с)
Где - площадь внутреннего сечения реакционных труб змеевика, м2.
Sвн = р (dH - z)2/4, (33)
Sвн = 3,14*(0,1 - 0,001)2/4 = 7,7 - 10-3 м2
Плотности парогазовой смеси в начале и конце змеевика должны быть определены при истинных температуре и давлении в начале и конце змеевика.
При расчетах можно принять давление в начале змеевика 465 кПа, в конце - 130 кПа.
Порядок выполнения работы:
- 1. Ознакомиться с исходными данными. 2. Выбирая теплонапряженность из предложенного интервала, оценить поверхность нагрева по уравнению. 3. Выбрать наружный диаметр и толщину стенок реакционных труб. 4. Определить общую длину труб. Определить рабочую длину одной трубы. 5. Рассчитать плотности газосырьевой смеси при н. у. в начале и конце змеевика. 6. Рассчитать истинные значения плотностей газосырьевой смеси в начале и конце змеевика исходя из данных о температуре и давлении в начале и конце змеевика. 7. По уравнению рассчитать массовую скорость парогазовой смеси в змеевике U. 8. По уравнению оценить линейные скорости в начале и конце змеевика, рассчитать среднюю линейную скорость. 9. По формуле оценить время пребывания смеси в реакционном змеевике. Сравнить полученное значение со значением, полученным по неравенству.
Вывод: в ходе выполнения лабораторной работы был рассчитан материальный, тепловой балансы, конечная температура на выходе из змеевика. Основные характеристики печи пиролиза: КПД, расход топлива, диаметр, общая длина и количество труб, рабочая длина одной трубы, поверхность нагрева и время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике. Рассчетное время пребывания фобщ = 1,05 с, близко по значению с изначально теоретически выбранным фобщ = 1 с.
Похожие статьи
-
Узел смешения. Определение температуры сырья на входе в печь Тепловой баланс узла смешения: Qподв = Qс, Где Qподв - подводимое тепло, кДж/ч; Qс - тепло...
-
1. Состав сырья и пирогаза Для всех дальнейших расчетов обязательно необходимо учитывать состав сырья и состав пирогаза, а также учесть расход водяного...
-
Технология производства, Обоснование способа и технологии - Пиролиз углеводородного сырья
Обоснование способа и технологии Проект выполнен на основе действующего производства пиролиза углеводородов нефти объекта 2-3-5/III АО "Уфаоргсинтез",...
-
Был проведен сравнительный анализ зависимости температуры охлажденных продуктов реакции от расхода охлаждающей воды для теплообменников с разной длиной...
-
Зависимость скорости реакции от температуры определяется правилом Вант-Гоффа : При повышении температуры на каждые 10о скорость большинства реакций...
-
Разбавленные Растворы неэлектролитов (веществ, растворы или расплавы которых не проводят электрический ток) обладают рядом свойств, количественное...
-
(а) Зависят ли энергия активации и предэкспоненциальный множитель от природы реагентов? от их концентраций? от температуры? от присутствия посторонних...
-
Расчет основного оборудования, Расчет для действующего типа змеевика - Пиролиз углеводородного сырья
Расчет для действующего типа змеевика Определение размеров реакционного змеевика печи Камера радиации Количество потоков: n = 2; Размер труб, мм: 140х8;...
-
Краткая теория В старом учебнике Глинки вопрос хорошо изложен на качественном уровне, но не хватает строго количественного описания влияния температуры...
-
Повышение или понижение уровня в емкостях, разделителях и колоннах может привести к нарушению технологического режима, а недопустимое повышение или...
-
Рассмотрим реакцию между веществами А и В, протекающую по схеме: А А + в В = с С + d D Количественно зависимость между скоростью реакции и концентрациями...
-
Существует три основных типа окислительно-восстановительных реакций: 1. Если окислитель и восстановитель находятся в молекулах различных веществ, то...
-
Окислители и восстановители Все химические реакции можно разделить на два типа: - Реакции, идущие без изменения степени окисления атомов, входящих в...
-
Реакторами идеального (полного) смешения называются реакторы непрерывного действия, в которых осуществляется турбулентный гидродинамический режим. В них...
-
Закалочно-испарительный аппарат (Х-1) представляет собой теплообменник смешения. Поток пирогаза охлаждается водой, которая, испаряясь, забирает часть...
-
Опис-ся правиломВант-Гоффа: С увелич-ем темп. на каждые 10 градусов. Скор. больш-ва хим. р-ций увелич-ся в 2-4 раза. Где г-темп. коэф-т скорости хим....
-
Темой данного дипломного проекта является получение низших олефинов пиролизом бутановой фракций. С целью обеспечения безопасности производства в...
-
К настоящему времени единственным освоенным и широко распространенным в промышленности методом пиролиза является термический пиролиз в трубчатых печах....
-
ТЕМПЕРАТУРА - Основные положения молекулярно-кинетической теории, ее опытные обоснования
Любое макроскопическое тело или группа макроскопических тел называется термодинамической системой. Тепловое или термодинамическое равновесие - такое...
-
Факторы, влияющие на скорость реакции - Роль катализатора в химической реакции
1. Природа реагирующих веществ. Учитель показывает опыт: В две пробирки наливают по 1 мл раствора HCL. В одну опускаем кусочек гранулированного олова, в...
-
Закономерность управления процессом для реакции - Каталитический риформинг
Управлять ХТП - это означает, меняя технологические параметры процесса (температуру, давление, состав сырья, катализатор, скорость перемешивания,...
-
Технологические характеристики твердых катализаторов - Химические процессы и реакторы
Подбор катализаторов для проведения промышленных процессов - задача чрезвычайно сложная. Катализаторы очень специфичны по отношению к различным...
-
Прототипом разработанной автором системы моделей служит "точечная" модель [1], представляющая собой пространственно осредненный вариант уравнений горения...
-
На холоду даже дымящаяся серная кислота (олеум) почти не действует на предельные углеводороды, но при высокой температуре она может их окислять. При...
-
К числу таких реакций относятся взаимодействия солей двухвалентных катионов (кроме Ca2+, Sr2+, Ba2+) с водными растворами карбонатов натрия или калия,...
-
Главным параметром трансформатора является его мощность. Различают электромагнитную, полезную, расчетную и типовую мощности трансформатора....
-
Время, отведенное на лекции - 2 часа. Цель лекции: Формирование знаний студентов об осадительном титровании, классификация методов титрования и...
-
Материальный баланс отделения пиролиза представлен в таблице 4.3. Таблица 4.3 - Материальный баланс отделения пиролиза Приход Расход Компонент % масс....
-
Катамлиз (греч. кбфЬлхуйт восходит к кбфблэейн -- разрушение) -- избирательное ускорение одного из возможных термодинамически разрешенных направлений...
-
Основные характеристики нечетких множеств, Примеры нечетких множеств - Нечеткая логика
Пусть M = [0,1] и A - нечеткое множество с элементами из универсального множества E и множеством принадлежностей M - Величина ?A(x) называется...
-
Основные условия проведения реакции иода с тиосульфатом. - Йодометрия
Заключительным этапом многих йодометрических определе-ний является реакция титрования иода тиосульфатом натрия. Йодометрические титрования выполняют на...
-
Анализ временных рядов, Стационарные временные ряды и их основные характеристики - Динамические ряды
Стационарные временные ряды и их основные характеристики Поиск модели, адекватно описывающей поведение случайных остатков T анализируемого временного...
-
Пластичными массами называют материалы, полученные на основе полимеров, содержащие различные добавки и способные под влиянием температуры и давления,...
-
Основные электрохимические характеристики ИСЭ - Электрохимические методы анализа
Основными Электрохимическими характеристиками любого ИСЭ являются: § интервал выполнения электродной функции; § крутизна электродной функции; § предел...
-
Введение, Общая характеристика процессов алкилирования - Классификация реакций алкилирования
Алкилированием называют процессы введения алкильных групп в молекулы органических и некоторых неорганических веществ. Эти реакции имеют очень большое...
-
ГИДРОЛИЗ СОЛЕЙ - Характеристика основных видов растворов
Гидролизом называется обменная реакция между веществом и водой. При гидролизе обычно происходит изменение реакции среды. Если гидролиз не сопровождается...
-
Чтобы осуществлялось химическое взаимодействие веществ А и В, их молекулы (частицы) должны столкнуться. Чем больше столкновений, тем быстрее протекает...
-
1.1. Освоить методику определения тепловых эффектов процессов. 1.2. Определить тепловой эффект при нейтрализации кислоты щелочью. 1.3. Вычислить тепловой...
-
Технологический процесс изготовле-ния бумаги (картона) включает следующие основные операции: Аккумулирование бумажной массы; разбавление ее водой до...
-
Характеристика сырья Контактный узел спроектирован для питающего газа, поступающего с медеплавильного цеха на узел газоочистки, для различных режимов...
Конечная температура реакции - Основные характеристики печи пиролиза