Диаметр труб рассчитывают по формуле
(5.17)
где - находят из равенства
откуда
При расчете по упрощенному методу змеевик радиантной части печи условно делят на две зоны - зону перегрева и зону реакции. Условно принимают, что температура в зоне реакции постоянна и равна заданной температуре. Определяют количество тепла (Qпол, кДж/ч), переданного через поверхность труб радиантной секции
(5.18)
где - тепло реакции; - тепло перегрева водяного пара; - тепло перегрева паров сырья.
Затем рассчитывают поверхность радиантных труб, исходя из полной тепловой нагрузки (Qпол) и средней тепловой напряженности поверхности радиантных труб [qcp, кДж/(м2 × ч)] и делят эту поверхность пропорционально тепловой нагрузке между зонами реакции и перегрева. Соответствие числа труб в зоне реакции, полученного в результате теплового расчета длительности реакции, проверяют кинетическим расчетом объема реакционной зоны. Объем этой зоны ( , м3) определяют ориентировочно по формуле
(5.19)
где - объем (при нормальных условиях) паров сырья, подаваемого в реактор, м3/ч; К - коэффициент увеличения объема газообразной реакционной смеси в результате реакции; z - массовое отношение добавки водяного пара к сырью; Mб - масса 1 кмоль бензина (сырья), кг/кмоль; Мв - масса воды, кг/кмоль; t - температура реакции; - продолжительность контакта в зоне реакции по условиям режима, с; Р1 - атмосферное давление, Па; П - среднее абсолютное давление в зоне реакции, Па.
Коэффициент К увеличения объема газообразной смеси определяют по формуле
(5.20)
где и - плотности соответственно паров исходного бензина и смеси паров бензина и газов пиролиза на выходе из реактора (в кг/м3), равные
(5.21)
где X' - глубина превращения в конце реакционного змеевика; и — плотность соответственно газообразных продуктов и паров жидких продуктов, кг/м3; можно принять = .
Более точно объемы зон реакции и подогрева, требуемые для осуществления необходимой глубины превращения, рассчитывают по кинетическому уравнению Фроста - Динцеса
(5.22)
или после интегрирования
(5.23)
где X - средняя глубина превращения бензина в реакционном змеевике; k - константа скорости реакции, с-1; - коэффициент самоторможения реакции.
При пиролизе бензина в интервале 700-800°С коэффициент самоторможения приобретает следующие значения:
Температура, оС…….… | |||||
Коэффициент ………. | 1,26 | 1,57 | 1,72 | 1,78 | 1,81 |
В интервале 700-800°С энергия активации разложения бензина первичной перегонки составляет 160 × 103 Дж/моль, поэтому
(5.24)
Для расчета глубины превращения принимают значение приращения глубины превращения в реакционном змеевике и затем последнее проверяют по уравнению
(5.25)
где - приращение глубины превращения бензина в реакционном змеевике доли единицы; W - скорость реакции; - объем зоны реакции, м3- Gc - масса бензина (сырья), поступающего в зону реакции.
Скорость реакции (W) определяют по формуле
(5.26)
где - объем реакционной смеси, проходящей через реактор в единицу времени (в рабочих условиях).
При известной тепловой напряженности труб змеевика максимальная температура стенки трубы ( ,°С) может быть определена по формуле
(5.27)
где - температура реакционной смеси в зоне реакции для жесткого этиленового режима (860 °С); - коэффициент неравномерности обогрева труб (по окружности стенки); а - коэффициент теплоотдачи от стенки труб к потоку, составляющий в условиях пиролиза 1948-2618 кДж/(м2 × ч × К); - толщина стенки трубы (0,009 м); - коэффициент теплопроводности стенки, равный 75 кДж/(м2 × ч × К). Для двухрядного экрана (с шагом труб, равным двум диаметрам) = 0,55; для однорядного экрана двухсветного облучения = 0,84.
Пример 5.11.Определить продолжительность пребывания сырья и продуктов пиролиза в радиантных трубах печи, если известно: сырьем служит низкооктановый бензин (фракция 40-160°С); температура на выходе из печи t1 = 750°С; производительность установки по сырью с = 15000 кг/ч; выходы продуктов (в % масс.): газа до С4 w1 = 59,0; бензина с к. к. 200°С w2 = 30,0; фракции выше 200°С w3 = 10,0; кокса wк = 1,0; молекулярная масса газа М = 29,6; в трубы печи подают водяного пара wn = 50% масс, на сырье; давление на входе в радиантную секцию Рн = 0,2 МПа, на выходе Рк = 0,15 МПа; число радиантных труб N = 22; длина одной трубы l = 8 м.
Решение. Определяют число потоков в радиантной секции (при этом принимают массовую скорость подачи сырья u = 120 кг/(м2 × с); внутренний диаметр труб 140 мм
f - внутреннее сечение одной трубы, м2.
Определяют молекулярную массу сырья, бензина и фракции 200-260 °С по формуле Войнова
где , , — молекулярная масса сырья, бензина и фракции 200 - 260 °С.
Находят объемы сырья и водяного пара на входе ( ) и на выходе ( ) из радиантной секции по формуле Клапейрона
Подсчитывают среднюю плотность паров, в радиантных трубах
где G – масса паров, кг; и - плотности паров на входе и выходе из радиантных труб, кг/м3; - средняя плотность паров, кг/м3.
Определяют продолжительность пребывания паров в трубах
где L - длина всех труб; d - наружный диаметр труб; l - длина одной трубы; N - число радиантных труб; и - массовая скорость подачи сырья.
параметры | Вариант | |||||||||
t1 0С | ||||||||||
G кг/ч×103 | 13,5 | 14,5 | 15,5 | 16,5 | 17,5 | |||||
w1 % | ||||||||||
w2 % | ||||||||||
w3 % | ||||||||||
wк % | ||||||||||
М кг/кмоль | 30,2 | 30,0 | 29,8 | 29,6 | 29,4 | 29,2 | 28,8 | 28,6 | 28,4 | |
wn % | ||||||||||
Рн МПа | 0,25 | 0,25 | 0,24 | 0,24 | 0,23 | 0,23 | 0,22 | 0,22 | 0,21 | 0,2 |
Рк МПа | 0,18 | 0,18 | 0,17 | 0,17 | 0,17 | 0,16 | 0,16 | 0,16 | 0,15 | 0,15 |
N | ||||||||||
l м |
Дата добавления: 2021-12-14; просмотров: 441;