Расчет печи трубчатой установки пиролиза

На установке сырье поступает в конвекционную камеру печи, где нагревается до 550-600°С. Затем проходит радиантный экран, где протекает реакция пиролиза. Дымовые газы покидают печь с температурой 300-350°С. Продолжительность пребывания газообразного сырья в зоне реакции 0,7-1,5 с, жидкого сырья 40-50 с. Температура, при которой начинается реакция пиролиза, для метана 900°С, этана 600°С, пропана 500°С, бутана 450°С и жидкого сырья 400-425°С. Оптимальные условия пиролиза различных видов сырья приведены ниже:

Интенсификация процесса для увеличения выхода целевых продуктов определяется так называемым фактором жесткости

(5.11)

Где - фактор жесткости; Т - температура процесса, К; - продолжительность реакции, с.

Выходы продуктов пиролиза (с учетом рециркулирующих этана и пропана) приведены в табл. 5.2.

Таблица 5.2

Выходы продуктов пиролиза с учетом рециркулирующих этана и пропана

Продукты пиролиза из трубчатой печи поступают в закалоч­ный аппарат, где при помощи воды мгновенно снижается их температура и прекращается реакция разложения. При использовании тепла продуктов пиролиза в дальнейшем для производства водяного пара охлаждение в закалочном аппарате ведут до 700°С; если тепло продуктов пиролиза не используется, то их охлаждают в закалочном аппарате до 150-200°С.

Расчет конвекционной камеры печи пиролиза не отличается от расчета обычных печей. В радиантной части печи происходит перегрев сырья и водяного пара и протекает эндотермическая реакция пиролиза.

Расчет радиантной секции печи можно начать с определения внутреннего диаметра труб (d, м) змеевика, исходя из количества передаваемого тепла (Q, кДж/ч) при заданном перепаде давления ( Р, Па)

(5.12)

(5.13)

где q_cp - средняя тепловая напряженность поверхности радиантных труб; N₁ - число труб, необходимых для передачи тепла; f_T -коэффициент трения; - плотность газа, кг/м³; и - средняя линейная скорость газа, с; g - ускорение свободного падения, м/с²; N₂ - число труб в змеевике; L - эквивалентная длина одной трубы с калачом, м; l - длина прямого участка трубы, м

(5.14)

При правильном выборе диаметра трубы змеевика (d, м) значение N₂ приближается к значению N₁. Диаметр трубы реакционного змеевика можно определить и по продолжительности пребывания ( , с) смеси в реакционной зоне

(5.15)

где - объем реакционной зоны, м³; - объем газового потока, м³/с; - плотность реакционной смеси, кг/м³; G_C - нагрузка реактора по сырью, кг/ч.

Учитывая, что

(5.16)

где - удельный расход тепла в реакционной зоне змеевика, рассчитанный на единицу объема газа при нормальных условиях, кДж/м³ газа (тепло, идущее на подогрев смеси, не входит в величину ).