Calculul tehnologic al serpentinei cuptorului de piroliză a benzinei

I .Date. Obiective

1. Caracteristici materie prima (Mp - benzină)

- curba de distilare ASTM (sau SR-ISO, "STAS"):

Nr. crt. % vol. distilat Temperatură, °C

1. 0 64

2. 5 73

3. 10 79

4. 20 89

5. 30 96

6. 40 104

7. 50 112

8. 60 120

9. 70 128

10. 80 138

11. 90 148

12. 95 155

13. 100 164

- densitate (relativă): d420 = 0,743

2. Parametri de funcționare a cuptorului:

- capacitate de prelucrare, tone Mp (benzină)/an: 128 000 (durata anuala de functionare 8000 h)

- temperatură, presiune în alimentarea cuptorului, °C: tiC = 85

(Mp la intrare în zona de convecție, ZC) bar a: piC = 6,5

- temperatura la intrarea în zona de radiație (ZR), °C: tiR = 650

(se admite identica cu temperatura la care incep reacțiile de descompunere)

- raport abur / Mp (la intrare in ZR), kg / kg: ra = 0,65

- tensiuni termice, kJ / (m2*h) : în zona de convecție (ZC) ɸtC = 79 620

în zona de radiație (ZR) ɸtR = 318 470

- sarcina maximă admisă pentru o serpentină, kg/h: Smax = 2500

- conversie, distribuție produși de reacție

conversie finală (la ieșire din ZR) xCf = 0,84

compozitie efluent cuptor : cf. Tabel

Se admite o distributie a produșilor de reacție constantă de-a lungul serpentinei în ZR (deci independentă de conversia xc) si identica cu cea de la ieșirea din ZR (cf. Tabel).

3. Caracteristici constructive

- dimensiuni tuburi : diametru interior, mm di = 80

diametru exterior, mm de = 100

lungime, m/buc Lu = 8

Tabel. Compoziție efluent cuptor (gaz cracat ,,uscat” la ieșirea din ZR)

Nr. Component Compoziție, % masă Masă molară

1. Hidrogen H2 0,50 2,016

2. Metan CH4 5,20 16,043

3. Acetilenă C2H2 0,40 26,038

4. Etenă C2H4 25,00 28,054

5. Etan C2H6 4,10 30,070

6. Propenă C3H6 18,40 42,081

7. Propan C3H8 2,60 44,097

8. «C4’’»

(C3H4; C4H4; 1-C4H6; 1,2-, 1,3-C¬¬4H6) C4H5 7,70 53,084

9. Butene

(1-C4’; cis-, trans-2-C4’; i-C4’) C4H8 7,40 56,108

10. Butan (n+i) C4H10 4,70 58,123

11. Benzină - 16,00 (xcf) (MP)

12. Combustibil lichid greu - 8,00 250

Pentru fracția ,,combustibil lichid greu” rezultată din reacție se mai cunosc:

d420comb = 0,922 și Kwcomb = 10,9 (mai exact 0,92207 și respectiv 10,9116).

4. Cinetică

- se admite o cinetică aparentă (globală) de ordin 1 pentru piroliza benzinei:

unde: vR - viteza de reacție, kmol bz transf / (m3*s)

Cbz - concentrație Mp (benzină), kmol / m3

Ecuația cinetica se poate scrie sub forma integrată:

ln⁡(1/(1-xc))=k*τ sau xc = 1 - e -k*τ

unde: xc - conversia benzinei

τ - timp, s

k - constanta de viteză, s -1 , respecta o dependenta Arrhenius de temperatură, cu:

A = 1,778 * 10 11 s -1; Ea = 210 kJ / mol

dependență ce poate fi redata si de unde din relațiile:

k (T) := 10 11,25 * e -210000 / (R*T) sau: lg(k) = 11,25 - 10969/T

5. Proceduri de calcul.

Se folosesc proceduri de calcul simplificate, de exemplu cea pentru serpentina în zona de radiație este asemănătoare cu aceea descrisă în [16]. Pentru materii prime hidrocarburi inferioare sau fracții ușoare, la calculul ZR se pot folosi si modele mai simple precum cele prezentate în anexă [27] sau [28], sau modele cinetice detaliate și procedurile avansate de calcul oferite de programe specializate precum ChemKin.