Получение этилена из нефти и газа - Клименко А.П.
Скачать (прямая ссылка):
1 В данном разделе не освещены вопросы развития методов расчета трубчатых реакторов и особенности этой задачи. Последовательное изложение указанного материала дано в [37].
а Выбор некоторых исходных данных должен основываться на соответствующих расчетах. Прим. ред.
Таблица 8
Среднее значение тепловых нагрузок Qp3 реакционных элементов
Наружный диаметр трубы, дюймы
Допускаемая тепловая нагрузка, ккал/час м2
пиролиз этана
пиролиз пропана
пиролиз бутана и более тяжелых
2
24 500
15 000
12 000
3
27 ООО
16 000
13 500
3,5
28 500
17 000
14 000
4
32 500
20 000
16 000
4,5
34 000
20 500
17 000
сырью; состав сырья, характеризуемый концентрациями компонентов п% (молы'моль сырья); давление на выходе из реактора Рк, (ата); температура газа на входе в печь T0.
Данные, которые необходимо выбрать.
1. Технологические: температура сырья на входе в реактор; давление на входе в реакторPn; степень приближения к равновесию срр; время контакта, температура и скорость реакции; характер кривой изменения температуры вдоль реактора T = ф (Lp3); тепловые нагрузки в отдельных элементах реактора; скорости в трубе и падение давления.
2. Конструктивные: число параллельно включенных потоков; диаметр труб d; длина одной трубы ZTp; радиусы закруглений двойников R; температура стенки трубы.
При выборе технологических и конструктивных параметров необходимо предусмотреть, чтобы выпадение углерода в трубах реактора было минимальным.
Расчет реактора осуществляется в две стадии: предварительный расчет реактора и расчет реактора по секциям.
Предварительный расчет реактора. Поверхность реакторного змеевика Sp3 предварительно может быть определена из соотношения
Sp3 = -?5- *а, (III. 40)
9рз
где (?ps — тепловая нагрузка в ккал/час; <7Рз — удельный тепловой поток в ккал/м2час.
Приближенно тепловая нагрузка определяется из выражения
(^3 = ^-3,6-103-^ ккал/час, (III. 41)
где F — нагрузка по сырью в молы'сек; (?Кр — общая теплота пиролиза в ккал/молъ.
Величину (?Кр можно найти по рис. 43. При определении поверхности Sp3] можно принять значения удельных тепловых нагрузок,
нриведенные в табл. 8. Затем предварительно рассчитывают длину реакционного змеевика:
Lp3 —
ЛдОТ л ^p3
м,
где «лот — число параллельно включенных ветвей ный диаметр трубы реакционного змеевика.
По конструктивным соображениям выбирают длину одной
(III. 42)
расчет-
I
<кр
рз
И ЧИСЛО
Il
5?.
1
трубы змеевика труб Z.
Температуры на входе Тв и выходе Tn из реактора принимают по«<[49] в зависимости от сырья. Приближенно определяют перепад давления. Для этого вначале задаются этим перепадом давления А Ррз = = Рн — Pn- Обычно A Pp3 равен 2,5—3,5 кг/см2. Принимая конечное давление Рк, находят начальное давление Рн = Рк + + АР.
Обычно конечный состав про-.дуктов пиролиза находят по графикам (рис. 26—29) или по [48]. Определяют характеристики потоков до и после реактора при соответствующих температурах, давлениях и составах: удельные веса уи и ук (кг/м3); линейные скорости ц?ни wK (м/сек); кинематические вязкости vH и vK (м2/сек); начальное и конечное числа Рейнольдса ReH и ReK.
По этим значениям рассчитывают следующие величины. Коэффициент сопротивления
\
C2H6
і
n
\
20
100
40 60 80 Превращение, 0Io
Зависимость теплоты крекинга от степени превращения.
---дифференциальная теплота;- оОщан
теплота.
Рис. 4;
^ср —
Ян + Як
где X = ф (Re) и находят по обычным графикам. Средний удельный вес газа
Yep;
Yh + Vk 2
Среднеквадратичную скорость
">ср =
\
Падение давления в змеевике
ДРрз = Яср4-^^- (Ш.43)
Если полученная величина A P значительно (более 5%) отличается от принятой, расчет следует повторить. Затем находят давление перед змеевиком
Рн = Рк + A P
PS-
Приближенно определяют общее время пребывания газа в реакционной зоне
Товщ = —^5-. (III. 44)
Если в результате расчета получится, что
тоощ (1,8-J- 2,1) топт,
то необходимо увеличить число параллельных ветвей ипот (не превышая трех) и диаметр реакционной трубы (не превышая 4,5"). Если и после этого не обеспечивается необходимое снижение времени пребывания, необходимо уменьшить величины Th и Тк и соответственно увелиЧИТЬ Топт.
Выбор величин, необходимых для расчета. Температуру и давление сырья на входе в реакционную часть змеевика выбирают как описано выше. Необходимо стремиться к тому, чтобы давление за реактором соответствовало технико-экономическому оптимуму. В большинстве случаев оно равно 1,3—2 ата. Если в результате детального расчета окажется, что конечное давление выходит из указанных выше пределов, весь расчет реактора необходимо повторить.
Степень приближения к равновесию. Степень приближения к равновесию ф представляет отношение константы равновесия, соответствующей действительному составу продуктов, к константе равновесия при данной температуре. Чем меньше степень приближения к равновесию, тем меньше вероятность образования кокса и других вторичных продуктов. Для осуществления процесса пиролиза без выпадения углерода и высокомолекулярных соединений необходимо, чтобы во всех точках реактора степень приближения к равновесию была значительно менее единицы.
