Составление материального баланса и характеристик пиролиза

Экспериментальные результаты по пиролизу при Т=720 С
Приход	Расход	Масса, приход	Масса, расход
Вещество	кг/час	масс.	Вещество	кг/час	масс.
Метан	158,6618	0,02129	Водород	179,3568	0,024	158,6944	178,89
Этан	5041,307	0,67633	Метан	223,628	0,03	5041,324	223,61
Пропан	106,2344	0,01425	Ацетилен	17,144	0,0023	106,2187	17,14
Вод пар	2122,481	0,28475	Этилен	3428,813	0,46	2122,51	3428,81
Н2S	14,114	0,00189	Этан	1193,617	0,1602	14,08795	1194,12
К2С03	11,143	0,00149	Пропилен	112,33	0,01507	11,10637	112,33
			Пропан	24,598	0,0033		24,59
			C4 –C6	96,901	0,013		96,90
			СО	17,889	0,0024		17,88
			СО2	1,49	0,0002		1,49
			Смола	10,436	0,0014		10,435
			Водяной пар	2122,481	0,28475		2122,50
			Н2S	14,114	0,00189		14,08
			К2С03	11,143	0,00149		11,10
ИТОГО	7453,9412		ИТОГО	7453,941		7453,941	7453,94

 

Сырье/топливо	Этан/МВФ	Бензин	Керосин
Gc,ттонн/год
Олефины,т/год	57,248	64,88889	33,64943
Олефины,%	28,62	32,44	16,82
Расх. коэффиц	3,49	3,08	5,94
Избирательность	6,52	73,04	99,51
Жесткость	7,58	8,21	4,33
Пирогаз, %	99,711	78,36	50,66
Смола,	0,0014	2,9	4,98
QП, МВт	123,78	147,12	106,76
qП, КВт/тонна	2,16	2,27	3,17
QЗ МВт	61,27	57,24	56,38
КПД	49,50	38,91	52,81

 

Контрольные вопросы

1. Назовите реакции, протекающие при пиролизе

2. Как влияет давление на процесс пиролиза

3. Как влияет температура на процесс пиролиза

4. Сформулируйте принцип Ле Шателье

5. Каким образом опредляется состав пирогаза

6. Как минимизировать количество кокса и смолы

7. Что такое регрессионная модель пиролиза

 

Литература

1. Методическое пособие. Пиролиз нефтепродуктов. КХТИ, 19 с.

2. Мухина Т.Н. Пиролиз углеводородного сырья. -М.:Химия,1987. - С.368.

3. Лебедев Н.Н. Технология основного органического и нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1988. С.840

Мухина Т.Н., СЕ. Бабыш, Е.А. Фейгин. Влияние состава сырья на распре­деление продуктов пиролиза. Производство низших олефинов. М.: Химия, 1974. -С.150.

4. Тучинский М.Р., Родных Ю.В. Математическое моделирование и оптимиза­ция пиролизных установок. - М.:Химия,1979. - С. 168.

5. Масальский К.Е.. Голик В.М. Пиролизные установки. М. «Химия», 1968.

 

 

Лабораторная работа №4

 

Отбор экстра пара в выпарной установке

Цель работы: определение тепловых нагрузок трех корпусной выпарной установки в зависимости от производительности и глубины выпаривания. Анализ экономической эффективности выпаривания.

Схема установки

1- парогенератор, 2 – отвод конденсата, 3 – греющая камера, 4 – циркуляционная труба, 5 – отвод вторичного пара, 6 – выход упаренного раствора, 7 – барометрический конденсатор.

5 Пар W₁ Пар W₂ 7

Пар W₃

 

3

4

 

Исходный G_1,х₁ G₂, _,х₂

раствор

G_н, х_н Конечный

Раствор G_к,x_к

Греющий пар

 

Линия конденсата

Описание установки

 

Из парогенератора 1 в греющую камеру 3 первого корпуса поступает насыщенный водяной пар под давлением Р_гр=1 Мпа. За счет циркуляции через трубу 4 происходит равномерное кипение исходного раствора. Вторичный пар 5, образующийся при концентрировании раствора в первом корпусе, направляется в качестве греющего во второй корпус. Сюда же поступает частично сконцентрированный раствор 6 из 1-го корпуса. Отработанные пары отводятся в линию конденсата 2. Аналогично происходит выпаривание раствора во втором и третьем корпусах. Само-произвольный переток раствора и вторичного пара в следующие корпуса возможен благодаря общему перепаду давлений, возникающему в результате создания вакуума конденсацией вторичного пара последнего корпуса в барометрическом конденсаторе смешения 7, где заданное давление Р_бк поддерживается подачей охлаждающей воды и отсосом неконденсирующихся газов.

1 Расчет температур кипения растворов

Общее количество вторичного пара W=W₁+W₂+W₃ определяется из уравнения материального баланса

(1)

где x_н x_к - начальная и конечная концентрации растворов, G_н – производительность по исходному раствору. Для расчета количеств вторичного пара по корпусам W_1,W_2,W₃ вводится эмпирическое соотношение W1:W2:W3=1:1,1:1,2. Откуда получаем

(3)

А также концентрации упаренных растворов по корпусам (x₃= x_к)

(4)

Полученные концентрации из (4) используются далее для расчета температур кипения. Расчет давлений в линиях отвода вторичного пара производится путем равного распределения давлений по корпусам между Р_гр (давлением греющего пара) и Р_бк (давление в барометрическом конденсаторе):

(5)

где .

Следующим шагом в расчете является определение гидравлических (), гидростатических (), и температурных () депрессий. В этом случае можно легко вычислить температуры кипения растворов t₁, t₂, t₃

(6)

где , , - температуры насыщенного водяного пара при давлениях , , .

Как правило, значения гидравлических депрессий невелико и их обычно принимают в пределах 1-2⁰ С (в данной лабораторной работе ). Для расчета гидростатической депрессии обычно пользуются формулой для перепада давления в кипятильных трубах

(7)

где - среднее давление в кипятильной трубе, - давление вторичного пара, - высота кипятильных труб (для этого расчета принимается равной 4-5м), - газо-содержание (принимается в среднем 0,5 т.е 50%).

 

Температурная депрессия определяется по формуле

(8)

где - температурная депрессия при атмосферном давлении, г_пар – удельная теплота парообразования, определяемые из справочных данных.

 

2. Расчет кинетических коэффициентов К и удельных тепловых нагрузок q.

 

Для расчета тепловых нагрузок используется уравнение для коэффициента теплопередачи

(9)

где - коэффициент теплоотдачи от конденсирующегося пара к стенке, - коэффициент теплоотдачи от кипящего раствора к стенке, =2мм – толщина стенки, = 46,5 Вт/мК (сталь) –коэффициент теплопроводности стенки. Коэффициенты теплоотдачи записываются в виде:

, (10)

, (11)

 

где теплофизические параметры пара и воды при температуре конденсации.

- теплопроводность воды, - теплота парообразования, , - плотность и вязкость воды.

теплофизические параметры раствора

при температуре кипения.

- теплопроводность раствора, - вязкость раствора, - теплота парообразования, - поверхностное натяжение. Из (10) (11) с учетом , где , составляется система нелинейных уравнений для каждого корпуса.

(12)

 

Уравнения (12) решаются для каждого корпуса. Решением являются и .

 

3. Компьютерный расчет кинетических коэффициентов и удельных нагрузок

В редакторе EXEL вводятся исходные данные вида

	CaCl2		Исходные данные:
Производительность по исходному раствору кг/ч
Начальная концентрация раствора %
Конечная концентрация раствора %
Давление греющего пара, атм
Давление в барометрическом конденсаторе, атм		0,3

 

По формулам (1)-(8) и справочным данным, указанным в программе рассчитываются температуры кипения растворов и конденсации вторичных паров . Далее вычисляются значения и по (10), (11). Для этого в программе предусмотрена процедура составления таблицы с использованием различных теплофизических параметров с указанием источников.

 

			Корпус 1	Корпус 2	Корпус 3
Греющие теплоносители (вод пар)	гр. пар	вт пар 1	вт. пар 2
Температуры
Параметры конденсата:
Теплопроводность Вт/мК		0,675	0,68	0,685	Таблица XXXIX [1]
Плотность кг/м3					Таблица XXXIX [1]
Вязкость Па с		0,000153	0,000174	0,000196	ТаблXXXIX [1]
Теплота парообразования Кдж/кг				Табл LVI [1]

 

 

Коэффициент теплоотдачи пара определяется a=Aп/q^0,333 [1]
Ап=		311381,8	306079,03	303957,8

 

Кипящий раствор

 

Давления, Мпа		0,7108	0,371	0,044
Температуры 0С		171,74	152,85	102,55
Концентрации кг/кг		0,10	0,15	0,3
Теплопроводность Вт/мК (при 0С)	0,56	0,52	0,47	Таблица LI [1]
Вязкость (дин) Па с (при 0С)	0,0055	0,0054	0,0057	Таблица LI [1]
Плотность кг/м^3 (при 0С)				Таблица LI [1]
Пов. Натяжение Н/м (при18С)	0,074	0,074	0,074	Прил 3 [2]
Теплоемкость Кдж/кгК (при 0С)	3,6	3,59	2,75	Таблица LII [1]

 

Коэффициент теплоотдачи пара определяется a=Aр*q^0,67 [1]
Ар=			2,834743	2,7698427	1,275129

 

Расчет тепловых нагрузок по уравнениям (12) выполняется численно путем подбора значений минимизируя ошибку вычисления, которая контролируется визуально в таблице вида

 

Корпус 1:	3,211E-06	q^1,34+	0,35276	q^0,33+	4,30108E-05	=	7,26
Решение:	q1=		Вт/м^2	Ошибка %
	К1=	1060,60	Вт/м^2
Корпус 2:	3,267E-06	q^1,34+	0,36103	q^0,33+	4,30108E-05	=	10,15
Решение:	q2=		Вт/м^2	Ошибка %	0,057476175
	К2=	1556,98	Вт/м^2К
Корпус 3:	3,2893E-06	q^1,34+	0,78434	q^0,33+	4,30108E-05	=	34,45
Решение:	q3=		Вт/м^2	Ошибка %	0,013393
	К3=	1457,24	Вт/м^2К

 

Компьютерный расчет позволяет довольно быстро составить зависимость теплоты экстра пара и от давления греющего пара и концентрации раствора. Эти данные заносятся в таблицу:

 

Теплота экстра пара, Q
Q	Р	Х1нач

 

Пример контрольного задания: Для раствора СаCl₂ c начальной концентрацией Х_нач=10% и производительностью G₁=10000кг/ч, G₁=5000кг/ч, Х_1кон= 25%, Х_2кон= 30% составить регрессионную модель процесса выпаривания.

Построить таблицу отбор экстра пара и проанализировать степень влияния на теплоту отбора Q от давления греющего пара и концентрации раствора.

Контрольные вопросы

 

1. Дайте определение процесса выпаривания

2. Как используется материальный баланс в расчетах концентраций

3. Дайте определение температурной, гидростатической и гидродинами ческой депрессиям.

4. Поясните как можно рассчитать коэффициенты теплопередачи и тепловые нагрузки для конденсации пара поддерживающего кипение раствора.

5. Как решается нелинейное уравнение (12)

7. От чего зависит Q теплота экстра пара по регрессионной модели и почему

РЕКОМЕНДУЕМАЯ ЛИТЕРАТУРА

Основная литература

 

1. Промышленные теплообменные процессы и установки. Под ред. А.М. Бакластова. М.: Энергоатомиздат, 1986, 328 с.

2. Ю.И. Дытнерский. Процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 2002. т.1 400 с., т.2 368 с.

3. Ю.Г. Назмеев, В.И. Лавыгин. Теплообменные аппараты ТЭС. М.: Энергоатомиздат, 1998, 286 с.

4. П.И. Бажан и др. справочник по теплообменным аппаратам. М.: Машиностроение, 1989, 366 с.

5. Павлов, К.Ф. Примеры и задачи по курсу процессов и аппаратов химической технологии. Учебное пособие для вузов. / К.Ф. Павлов, П.Г. Романков, А.А. Носков. / Под редакцией чл.-корр. АН СССР П.Г. Романкова. – 10-е изд., перераб. и доп. – Л.: Химия, 1987. – 576 с., ил.

6. Справочник химика том 1,2,3.

 

Дополнительная литература

1. В.Н. Соколов и др. Газожидкостные реакции. М.: Машиностроение, 1976, 214 с.

2. Н.П. Гельперин. Основные процессы и аппараты химической технологии. М.: Химия, 1981, 812 с.

3. Справочник по теплообменникам.Т.1,Т.2. М.: Энергоиздат, 1987, 410 с.

 

Периодические издания (журналы)

1. Известия вузов. Проблемы энергетики. Казань, КГЭУ.

2. Известия вузов. Химия и химическая технология. Иваново, ИГТУ.