Процесс пиролиза углеводородного сырья

1. Литературный обзор

1.1 Сырьё процесса пиролиза

1.2 Условия проведения и химизм процесса пиролиза

1.3 Особенности технологического оформления процесса

2. Технологическая схема процесса пиролиза

3. Расчёт материального баланса процесса пиролиза

4. Расчёт теплового эффекта процесса пиролиза

5. Расчёт трубчатого реактора пиролиза

5.1 Расчёт процесса горения

6. Полезная тепловая нагрузка печи

6.1 Расход тепла на реакцию пиролиза

6.2 Расход тепла на подогрев бензина

6.3 Расход тепла на испарение бензина

6.4 Расход тепла на подогрев паробензиновой смеси

6.5 Расход тепла на подогрев парогазовой смеси

6.6 Расход тепла на подогрев химически очищенной воды

7. Расчёт радиантной камеры

7.1 КПД печи, расход топлива

7.2 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

7.3 Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации

7.4 Кинетический расчёт радиантной части змеевика реактора

7.5 Расчёт времени пребывания парогазовой смеси в зоне реакции

8. Расчёт камеры конвекции

8.1 Змеевик для нагрева паробензиновой смеси

8.2 Змеевик для химически очищенной воды

8.3 Змеевик для нагрева и испарения бензиновой фракции

9. Расчёт закалочно-испарительного аппарата

10. Список литературы

В настоящее время нефтехимический потенциал промышленно развитых государств определяется объёмами производства низших олефинов. Основным источником их производства служит процесс термического пиролиза углеводородов с водяным паром. Этот процесс представляет собой модификацию термического крекинга нефтепродуктов, развитие которого с применением трубчатых печей началось в 1910;20 годах на нефтеперерабатывающих заводах США. Первые промышленные синтезы современной нефтехимии были осуществлены на основе этилена и пропилена, выделенных из газов крекинга. Именно на установках пиролиза получают сегодня первичные продукты, обеспечивающие сырьём производства пластических масс, синтетических смол, каучуков и волокон.

Основным способом получения этилена является процесс пиролиза углеводородного сырья. Структура сырья для пиролиза в целом характеризуется разнообразием. Так, пиролизу в тех или иных количествах подвергают этан, пропан, бутан, бензины и газойли. При этом до последнего времени сохраняется заметное различие в структуре сырья, используемого различными странами. В США до 70% общего объёма этилена вырабатывается из газообразных углеводородов — этана, природного и попутного газов. В странах Западной Европы и Японии, напротив, 85−98% этилена производится пиролизом бензинов и газойлей. В России структура сырьевой базы пиролиза близка к западноевропейской: свыше 75% общего выпуска этилена в России получено на установках пиролиза бензина. Такое различие в сырьевой базе различных стран обусловлено особенностью топливно-энергетических балансов по странам и регионам, соотношением спроса на моторные и котельные топлива, а также на дизельное топливо и автомобильный бензин. [1]

В нашей стране накоплен значительный опыт в области эксплуатации отечественных и зарубежных установок, разработки и усвоение новых технических решений по системам пиролиза различных углеводородов.

Необходимо отметить, что до недавнего времени производством именно этилена, а также пропилена определялась ценность процесса пиролиза. Однако образующиеся при пиролизе и другие углеводороды — бутадиен, бутилены, низкомолекулярные ароматические углеводороды, ацетилен, метилацетилен, циклопентадиен и другие газообразные соединения, а также жидкие фракции повышают привлекательность этого процесса как источника ценных углеводородов для промышленности нефтехимического и органического синтеза. [2]

1. Литературный обзор

1.1 Сырьё процесса

Основным промышленным сырьём для процесса пиролиза являются газы нефтепереработки, бензиновые и газойлевые фракции нефти. Сырьевая база пиролиза определяется обычно структурой потребления нефтепродуктов.

Выход целевых продуктов пиролиза существенно зависит от углеводородного состава подвергаемого деструкции сырья. При пиролизе газов нефтепереработки состава C2 — C4 и нормальных парафинов, содержащихся в бензиновых фракциях, образуется главным образом пирогаз. Пиролиз высококипящих нефтяных фракций (например, газойля) приводит к образованию большого количества смолы пиролиза, содержащей ароматические углеводороды (бензол, толуол, ксилолы, нафталин и другие), а также олефины C5 и выше, в том числе и циклические (например, циклопентадиен). [3]

1.2 Условия проведения и химизм процесса

В промышленных условиях пиролиз углеводородов осуществляют при температурах 800 — 900 °C и при давлениях, близких к атмосферному (на входе в пирозмеевик — 0,3 МПа, на выходе — 0,1 МПа избыточных). Время пребывания сырья в пирозмеевике составляет 0,1 — 0,5 секунд. Большинство исследователей придерживаются теории цепного свободно-радикального механизма разложения при пиролизе в вышеуказанных условиях. Условно все реакции при пиролизе можно разделить на первичные и вторичные. Первичные реакции протекают с увеличением объёма реакционной массы. Это, в основном, реакции расщепления парафинов и нафтеновых углеводородов с образованием углеводородов с меньшей молекулярной массой. Вторичные реакции протекают, преимущественно, на поздних стадиях пиролиза и протекают они с уменьшением объёма реакционной массы. Это, в основном, реакции образования ароматических, полиядерных ароматических углеводородов в результате реакции конденсации/поликонденсации термически стабильных ароматических углеводородов и в результате реакций типа Дильса-Альдера. Также к вторичным реакциям можно отнести реакции образования различных твёрдых углеродистых соединений, которые в промышленности принято называть коксом.

Для снижения скоростей вторичных реакций пиролиза используют разбавление сырья пиролиза водяным паром. В результате парциальное давление углеводородов снижается и, согласно принципу Ле-Шателье, снижение давления в зоне реакции будет способствовать протеканию реакций, идущих с увеличением объёма, то есть — первичных. Для этана, бутана, прямогонного бензина соотношение пара к сырью обычно составляет 0,3:1,0; 0,4:1,0; 0,5:1,0 соответственно. [1, 3, 5]

К числу основных параметров, влияющих на процесс пиролиза, относятся температура, время пребывания сырья в зоне реакции и парциальное давление углеводородов.

Температура — параметр процесса, определяющий как степень разложения сырья (степень превращения), так и распределение (состав) продуктов пиролиза. Так, при пиролизе широкой фракции (35−180С) прямогонного бензина при различных температурах и постоянных значениях времени реакции, давления и разбавления сырья водяным паром в интервале температуры от 600 до 680С из алканов и нафтенов в заметном количестве образуются наряду с этиленом и пропиленом высшие олефины — пентены и гексены. При более высоких температурах увеличивается выход легких углеводородов (водорода, метана), причем выходы олефинов С2-С4 проходят через максимум.

Таким образом, в условиях пиролиза, когда степень разложения исходных веществ достаточно велика и протекают вторичные реакции (разложение олефинов и диолефинов, образовавшихся на первой стадии; реакции присоединения и так далее), наиболее стабильным соединением из олефинов является этилен.

Время пребывания сырья в зоне реакции. Под этим временем понимают промежуток, в течении которого поток реагирующего вещества находится в реакционном змеевике при таких температурах, когда реакция пиролиза протекает со значительной скоростью Выходы водорода и метана с увеличением времени пребывания, как и с увеличением температуры, непрерывно возрастают.

Скорость первичных реакций, в ходе которых образуются олефины, в большей мере возрастает с увеличением температуры, чем скорость вторичных. Для каждого из олефинов существует оптимальное время, при котором его выход достигает максимума, причем с повышением температуры это оптимальное значение времени уменьшается. Таким образом, увеличение температуры пиролиза с одновременным соответствующим сокращением времени пребывания способствует достижению более высоких выходов целевых продуктов, в первую очередь, этилена. Исходя из этого, промышленный процесс пиролиза развивается в направлении увеличения температуры и сокращения времени пребывания.

Таблица 1. Выход продуктов пиролиза при различных условиях проведения процесса

Парциальное давление углеводородов. На селективность пиролиза оказывает существенное влияние парциальное давление углеводородной части реакционного потока. Степень превращения сырья в направлении образования низших олефинов от давления не зависит (реакции первого кинетического порядка), но олефины реагируют дальше, превращаясь в продукты полимеризации или конденсации, и степень их превращения по этим направлениям пропорциональна парциальному давлению углеводородов. Оно определяется суммарным давлением в реакторе и разбавлением сырья водяным паром.

О давлении смеси в реакторе судят, как правило, по давлению на выходе из пирозмеевика. Оптимальное давление на выходе из реактора в среднем находится в пределах 0,16−0,20 МПа.

При снижении парциального давления углеводородов за счет разбавления сырья водяным паром возрастают выходы этилена, бутадиена-1,3 и бутенов, но снижаются выходы ароматических углеводородов и метана, следовательно, селективность пиролиза по этилену повышается.

С увеличением разбавления углеводородов водяным паром снижается коксообразование в реакторе, так как уменьшается скорость реакций второго и более высоких кинетических порядков, ведущих к получению высокомолекулярных соединений — предшественников кокса. Степень разбавления различных видов сырья водяным паром меняется, обычно, в зависимости от склонности его к коксообразованию следующим образом:

[1, 3, 5]

Таблица 2. Степень разбавления различных видов сырья водяным паром

1.3 Особенности технологического оформления

Аппаратурное и технологическое оформление процесса пиролиза предопределяется следующими его особенностями: необходимостью проведения процесса при высокой температуре (поглощение значительных количеств тепла) при малом времени контакта (быстрый подвод тепла) и возможно меньшем парциальном давлении паров углеводородов, желательность быстрого вывода продуктов реакции и быстрого их охлаждения, возможностью отложения кокса в аппаратуре.

В зависимости от метода подвода тепла к реагирующей смеси различают следующие процессы пиролиза с целью получения этилена:

— Пиролиз в трубчатых печах, представляющих собой реакторы змеевикового типа, где тепло передается через поверхность нагрева;

— Термоконтактный пиролиз с применением твердого гранулированного или мелкозернистого теплоносителя в движущемся или псевдоожиженным слое;

— Гомогенный пиролиз в токе газообразного теплоносителя — водяного пара или продуктов сгорания топлива;

— Окислительный пиролиз с подводом тепла за счет сжигания части исходного сырья в присутствии кислорода.

В настоящее время практически единственным промышленным методом пиролиза является пиролиз в трубчатых печах. [4]

2. Технологическая схема процесса пиролиза

Рисунок 1. Технологическая схема пиролиза углеводородного сырья

1,8,15,16 — насосы; 2 — теплообменник; 3 — печь пиролиза; 4 — закалочно-испарительный аппарат; 5,11 — паросборники; 6 — узел впрыска масла; 7 — колонна первичного фракционирования; 9 — фильтр; 10 — котел-утилизатор; 12 — колонна водной промывки; 13 — водоотделитель; 14 — холодильник Бензин поступает на приём насоса 1, нагревается до 80—100С в теплообменнике 2 за счет тепла циркулирующего тяжелого масла и поступает в конвекционную камеру печи 3. Сырье и водяной пар для его разбавления смешивают непосредственно в камере конвекции. Смесь сырья и водяного пара перегревают до 600—650С, после чего подают в радиантную камеру печи.

Пиролиз углеводородного сырья протекает в радиантных трубах, на выходе из которых температура составляет 840—870С. Из печи продукты пиролиза направляют в закалочно-испарительный аппарат (ЗИА) 4 для снижения температуры и прекращения реакции. ЗИА представляет собой трубчатый аппарат, в межтрубном пространстве которого циркулирует химически очищенная вода. Отводимое тепло используют для выработки пара высокого давления (Р = 12−14 МПа). Над ЗИА расположен связанный с ним паросборник 5, в который и поступает химочищенная вода, предварительно перегретая в конвекционной камере печи. Пар высокого давления из паросборника, как правило, перегревают до 450С в специальном змеевике, расположенном в конвекционной секции печи.

Продукты пиролиза охлаждают в ЗИА до 350—400С и направляют в узел 6 впрыска масла (узел дозакалки), где они охлаждаются до 200С за счет смешения с циркулирующим тяжелым маслом. Затем смесь продуктов реакции и масла направляют в колонну 7 первичного фракционирования, орошаемую легким маслом (легкой смолой). В этой колонне отделяются тяжелое масло (тяжелая смола пиролиза, выкипающая выше 190−200С), сажа и кокс, выводимые снизу. В средней части колонны расположены тарелки, на которых газ пиролиза дополнительно очищается от сажи и тяжелых углеводородов циркулирующим тяжелым маслом. Выше расположены клапанные тарелки. С верха колонны выходит смесь газа, паров легкой смолы (масла) и водяного пара. Тяжелое масло с низа колонны 7 подают насосом 8 через фильтр 9 и котел-утилизатор 10 (где генерируется пар, необходимый для разбавления) в узел 6 впрыска масла. Котел-утилизатор 10 связан с паросборником 11. Часть тяжелого масла направляют в теплообменник 2, где осуществляется подогрев бензина, и далее в среднюю часть колонны первичного фракционирования. Балансовое количество тяжелого масла выводят в емкость. Пары из колонны первичного фракционирования поступают в колонну 12 водной промывки, где конденсируются смола и большая часть водяного пара. С верха колонны газ пиролиза направляется в отделение компримирования. Смесь легкого масла (смолы) и воды с низа колонны 12 подают в водоотделитель 13, откуда часть легкой смолы откачивают в верхнюю часть колонны 7 в качестве орошения, а воду подают на орошение колонны 12. Основное количество легкой смолы (выкипает до 190−200С) направляется в систему газоразделения. [5]

3. Расчёт материального баланса процесса пиролиза

Производительность установки по этилену с учётом потерь:

где — производительность установки по товарному этилену, т/год;

П — потери этилена в отделении пиролиза и газоразделения, %масс.

Мощность с учетом глубины отбора:

где К — коэффициент извлечения этилена, %.

Часовая производительность по этилену:

Часовой расход бензина:

где и — массовая доля этилена и этана пиролиза бензина соответственно; - массовая доля этилена в продуктах пиролиза этана; yэт — конверсия этана =55,1%.

Часовая загрузка этановой печи:

где количество рециркулирующего этана; количество выходящего этана. [6]

Таблица 3. Материальный баланс установки пиролиза бензина

4. Расчёт теплового эффекта процесса пиролиза [6]

где теплота образования вещества, ккал/моль; мольная доля вещества.

В расчете на 1 кг пиролизуемого бензина:

Таблица 4. Компонентный состав бензиновой фракции, поступающий на установку пиролиза

Таблица 5. Состав пироконденсата

Таблица 6. Состав тяжёлой смолы пиролиза

Таблица 7. Компонентный состав продуктов пиролиза

5. Расчёт трубчатого реактора пиролиза

5.1 Расчёт процесса горения [6, 7, 8]

Таблица 8. Состав топлива

Низшая теплота сгорания топлива:

где CH4 и H2 — содержание соответствующих компонентов в топливе, %об.

Плотность газа при нормальных условиях:

Массовая теплота сгорания:

Элементный состав топлива:

Содержание углерода:

Содержание водорода:

где mi — число атомов водорода в данном компоненте топлива; Mi — молекулярная масса.

Проверка: С + Н = 55,31 + 44,69 = 100%масс.

Теоретическое количество воздуха, необходимое для сжигания 1 кг газа:

Коэффициент избытка воздуха для газовых горелок акустического типа (АГГ) составляет 1,05 — 1,08. Принимаем k = 1,08. Тогда действительное количество воздуха:

Количество продуктов сгорания, образующихся при сжигании 1 кг топлива:

Суммарное количество продуктов сгорания:

?mi = 2,03+4,02+0,4+18,27 = 24,72 кг/кг

Проверка:

Найдем объёмное количество продуктов сгорания (в м3) на 1 кг топлива (при нормальных условиях):

Суммарный объём продуктов сгорания:

УVi = 1,03+5+0,28+14,62 = 20,93 м3/кг Плотность продуктов сгорания при н.у.(273 К и 0,1•106Па):

Определим энтальпию продуктов сгорания на 1 кг топлива при различных температурах по уравнению:

qT = (T — 273) • ()

где Т — температура продуктов сгорания, К; Ci — средняя массовая теплоемкость продуктов сгорания, кДж/кг.

Таблица 9. Средние массовые теплоемкости газов при постоянном давлении

Таблица 10. Результаты расчёта

Рисунок 2. График зависимости энтальпия — температура

6. Полезная тепловая нагрузка печи

пиролиз тепловой реактор конвекция Таблица 11. Определение молекулярной массы бензина

6.1 Расход тепла на реакцию пиролиза:

6.2 Расход тепла на подогрев бензина:

от 100? С (373 К) до 175? С (448 К) где и — энтальпии бензина при соответствующих температурах

6.3 Расход тепла на испарение бензина:

6.4 Расход тепла на подогрев паробензиновой смеси:

от 175? С (448 К) до 507? С (780 К)

6.5 Расход тепла на подогрев парогазовой смеси:

от 507? С (780 К) до 835? С (1108 К)

6.6 Расход тепла на подогрев химически очищенной воды: [10]

для ЗИА от 120? С (393 К) до 180? С (453 К) Полезное тепло печи:

Количество радиантного тепла печи:

[6, 8, 9]

7. Расчёт радиантной камеры

7.1 КПД печи, расход топлива: [7]

Потери тепла печью в окружающую среду примем равными 7% от рабочей теплоты сгорания топлива, в том числе, в камере радиации 5%, в камере конвекции 2%.

Примем температуру уходящих из печи дымовых газов Тух = 528 К, тогда по графику q-Т [рисунок 2], найдем их энтальпию: qух = 7595 кДж/кг.

Расход топлива:

7.2 Определение температуры дымовых газов, покидающих радиантную камеру

Из уравнения теплового баланса топки:

где — КПД топки, равный 1 — 0,05 = 0,95

Энтальпия уходящих из нее дымовых газов:

По графику зависимости q-Т этой энтальпии соответствует температура Тп = 782 К (509?С).

7.3 Поверхность нагрева радиантных труб и размеры камеры радиации

Поверхность нагрева радиантных труб:

где — теплонапряжение радиантных труб, принимаем 80 кВт/м2

Выбираем змеевик:

Он состоит из 10 труб. Первые 4-ре трубы с диаметром D = 658 мм объединены в два D = 1149 мм, и эти две в одну трубу D = 1599,5 мм. Труб большего диаметра в змеевике четыре.

Длина прямого участка трубы 12,2 м, общая длина 13 м.

Общая длина змеевика 78 м.

Материал всех труб НК-40 (25% Cu, 20% Ni, 0,35−0,45% C). Предельно допустимая температура стенки труб 104? С. Трубы изготовлены методом центробежного литья. Поверхность нагрева конвекционных змеевиков 2952 м², радиантных — 206 м². [11]

Поверхность нагрева одного змеевика:

Число параллельных потоков сырья в печи (для одной камеры) или число змеевиков:

принимаем n = 1

Шаг размещения труб:

Число труб в одной камере радиации:

Высота радиантной камеры:

Ширина радиантной камеры:

где am — расстояние от излучающих стен до трубного экрана, принимаем am = 1,0

Длина радиантной камеры:

где — расстояние от крайних труб до стен топки, принимаем

Объем камеры радиации:

Теплонапряжение топочного объема печи:

Для обеспечения равномерного обогрева каждой трубы экрана по окружности и по длине, принимаем для проектируемой печи, газовые горелки акустического типа. Устанавливаем 24 горелки типа АГГ-2 по 12 штук в обеих боковых стенах радиантной камеры, в три яруса по 4-ре штуки в каждой.

Характеристика АГГ-2:

Тепловая мощность 160 — 500 кДж/ч Диапазон расхода топлива 50 — 150 м3/ч Коэффициент избытка воздуха 1,05 — 1,08

Позволяют использовать газ смешанного состава.

7.4 Кинетический расчёт радиантной части змеевика реактора

Часть рабочей поверхности нагрева, приходящаяся на зону реакции в змеевике:

На зону реакции приходится:

Объем зоны реакции:

Коэффициент увеличения объема газообразной реакционной смеси в результате реакции:

Весовое соотношение водяного пара и углеводородов в сырье z = 0,5

Объем паров бензина, подаваемого в реактор:

где V1 — количество бензина, проходящее через один змеевик в одной камере печи в 1 час Температура на выходе из зоны реакции 835? С Среднее абсолютное давление в зоне реакции змеевика Р = 3 атм. [6]

7.5 Расчёт времени пребывания парогазовой смеси в зоне реакции [6, 7]

Массовая скорость парогазовой смеси в трубах:

D = 0,1590,0095 м Площадь поверхности нагрева трубы:

D = 0,1590,0095 м На основании литературных данных перепад давления ДРр в реакционном змеевике составляет 245*103 — 343*103 Па.

Принимаем ДРр = 335*103 Па Давление на выходе из реактора Рк = 160*103 Па Давление в начале змеевика:

На зону реакции приходится 3 трубы D = 0,1590,0095 м и 7,3 м от 4-ой трубы D = 0,1590,0095 м Плотность парогазовой смеси в начале зоны реакции при н.у.:

где:

При Т = 973 К и Р = 270*103 Па:

Плотность парогазовой смеси в конце реакционной зоны (Т = 1108 К, Р = 160*103 Па):

Линейная скорость парогазовой смеси:

В начале зоны реакции

В конце зоны реакции:

Средняя скорость:

Длина зоны реакции:

Время контакта:

Объем зоны реакции:

Число требуемых труб в зоне реакции змеевика

Объем трубы (D = 0,1590,0095 м):

Следовательно, на зону реакции приходится 3 трубы D = 0,1590,0095 м.

8. Расчёт камеры конвекции

Тепловая нагрузка камеры конвекции:

Тепло Qk расходуется на:

· подогрев бензина от 100? С до 175? С

· испарение бензина

· подогрев паробензиновой смеси от 175? С до 507? С

· подогрев химически очищенной воды для ЗИА от 120? С до 180? С В камере конвекции имеются три змеевика, расположенных снизу вверх:

· змеевик для нагрева паробензиновой смеси от 175? С до 507? С

· змеевик для нагрева химически очищенной воды для ЗИА от 120? С до 180? С

· змеевик для нагрева и испарения бензина

8.1 Змеевик для нагрева паробензиновой смеси от 175?С до 507?С

Расчет конечной температуры дымовых газов t1:

Поверхность нагрева конвекционных труб:

Коэффициент теплопередачи в конвекционной камере:

Коэффициент теплоотдачи излучением от 3-х атомных газов к трубам рассчитываются по уравнению Нельсона:

Средняя температура дымовых газов:

Коэффициент теплоотдачи конвекцией при шахматном расположении труб:

E = f (tср), по графику находим E = 23,2

Массовая скорость движения газов:

где В — расход топлива, кг/ч Свободное сечение для прохода дымовых газов:

Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 8

Размер труб D = 0,1020,006 м из стали 1218HT

Расстояние между осями труб S1 = 2d = 0,25 м Расстояние по оси крайней трубы до стенки:

Длина трубы = 9 м тогда:

тогда:

Число труб:

р принимаем 362 труб Число рядов:

Высота зоны нагрева:

Ширина камеры конвекции:

8.2 Змеевик для химически очищенной воды

Поверхность нагрева конвекционных труб:

Средняя температура дымовых газов:

Е = f (tср), по графику находим Е = 22

Выбираем трубы D = 0,0790,009 м сталь 20

Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 12

Расстоянием между осями труб S1 = 2d = 0,16 м Расстояние по оси крайней трубы до стенки:

Длина трубы = 9 м тогда:

Средний температурный напор:

Поверхность нагрева:

Число труб:

р принимаем 90 труб Число рядов:

Высота зоны нагрева:

8.3 Змеевик для нагрева и испарения от 100?С до 175?С бензиновой фракции

Средняя температура дымовых газов:

Е = f (tср), по графику находим Е = 19,3

Выбираем трубы D = 0,1020,006 м сталь 1218HT

Принимаем число труб в одном горизонтальном ряду п = 8

Расстояние между осями труб S1 = 2d = 0,25 м Расстояние по оси крайней трубы до стенки:

Длина трубы = 9 м тогда:

Средний температурный напор:

Поверхность нагрева:

Число труб:

р принимаем 170 труб Число рядов:

Высота зоны нагрева:

Общая высота камеры конвекции:

[6, 7, 8, 12]

9. Расчёт закалочно-испарительного аппарата (ЗИА)

Расчет для одной камеры печи.

По литературным данным принимаем: [11]

Массовую скорость паров пирогаза на входе в ЗИА: W = 60 кг/(м2*с) Размер трубы ф 323,5 мм Секундный расход паров:

где Gмб — количество пирогаза по материальному балансу, кг Площадь свободного сечения всех трубок:

Площадь свободного сечения одной трубки:

Количество труб в трубном пучке:

Тепловая нагрузка ЗИА:

Таблица 12. Расчет энтальпии парогазовой смеси на входе и выходе:

Количество водяного пара высокого давления, вырабатываемого ЗИА:

где теплота парообразования при Т = 324,5?С и P = 12 МПа, r = 1167,8 кДж/кг [8]

Количество котловой воды для получения водяного пара высокого пара:

Средний температурный напор: [7]

Коэффициент теплопередачи:

где толщина стенки = 0,0035 м Коэффициент теплопроводности стали рcm = 38 Вт/(м*К) Коэффициент теплоотдачи от пирогаза к внутренней поверхности трубы:

Средняя температура пирогаза в ЗИА:

Принимаем критерий Pr = 0,87

Плотность пирогаза при н.у.: с = 1,14 кг/м3

Скорость пирогаза:

Критерий Рейнольдса:

С целью некоторого упрощения расчета кинематическую вязкость паров пирогаза принимаем равной н = 3,4*10−5 м2/с.

Теплопроводность пирогаза:

где давление генерируемого пара рn = 12 МПа, а теплонапряженность принимаем q = 370,2

Коэффициент теплопередачи при отсутствии оребрения и чистых поверхностях труб:

Необходимая поверхность теплообмена:

Сравниваем с каталогом: [13]

Таблица 13. Конструкционные данные

Список литературы:

1. Статья в интернете: http://www.xumuk.ru/encyklopedia/2/3353.html

2. Торховский В. Н., Николаев А. И., Бухаркин А. К. «Пиролиз углеводородного сырья». Москва, 2004. — 68 с.

3. Статья в интернете: http://ru.wikipedia.org/wiki/

4. Масальский К. Е., Годик В. М. Пиролизные установки. М., «Химия», 1968 — стр. 90.

5. А. Л. Лапидус, И. А. Голубева, Ф. Г. Жагфаров. Газохимия. Часть II. РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2004 — 242 с.

6. Григорьева Н. А., Жагфаров Ф. Г. Пиролиз углеводородного сырья. Методические указания по выполнению курсового проектирования. РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2006 — 32 с.

7. Кузнецов А. А., Кагерманов С. М., Судаков Е. Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Изд. 2 -е, пер. и доп. Л., «Химия», 1974 — 344 с.

8. Осинина О. Г. Определение физико-химических и тепловых характеристик нефтепродуктов, углеводородов и некоторых газов. М: МИНГ, 1986, Ч 1, 2.

9. Масальский К. Е., Годик В. М. Пиролизные установки (проектирование и эксплуатация), М., Изд. «Химия», 1968 — 144 с.

10. Варгафтик Н. Б. Справочник по теплофизическим свойствам газов и жидкостей, М., «Наука», 1972 — 720 с.

11. Богаров Ю. Н., Масальский К. Е., Гершова И. Ш. Конструктивное оформление печей пиролиза, М., ИНИИТЭ нефтехимия, 1972 — 44 с.

12. Казанская А. С., Скобло В. А. Расчеты химических равновесий, М. Высшая школа, 1974 — 288 с.

13. Калинин А. Ф. Расчет и выбор конструкции кожухотрубного теплообменного аппарата: Методические указания по курсовому проектированию. — 2-е издание, переработанное и дополненное. — М.: РГУ нефти и газа им. И. М. Губкина, 2002. — 82 с.