V. Расчет реакционных устройств термических процессов

К термическим процессам относятся термический крекинг под давлением, коксование нефтяных остатков и пиролиз нефтяного и газового сырья.

1. Реакционные змеевики и камеры установок термического крекинга под давлением

Процесс термического крекинга в настоящее время применяется на нефтеперерабатывающих заводах топливного профиля как процесс легкого крекинга. В настоящую подглаву включены задачи на расчеты скорости реакции; материального баланса установки; размеров реакционных змеевика и камеры.

1.1. Определение скорости реакции

На практике для удобства за скорость реакции термического крекинга принимают количество крекинг-бензина, образующегося в единицу времени, т.е. его выход. Подобная условность допустима в пределах прямой пропорциональности выхода бензина от глубины разложения нефтяного сырья. Зависимость выхода бензина от температуры при одной и той же продолжительности реакции определяется уравнением

(5.1)

где Х₁ и Х₂ - выход бензина при температурах t₁ и t₂ соответственно, - температурный градиент.

Скорость образования бензина

(5.2.)

где x₁ и x₂ - скорости образования бензина, % масс. в единицу времени; K_t - температурный коэффициент.

Температурные градиент и коэффициент зависят от энергии активации и температуры процесса. В среднем энергия активации процесса термического крекинга составляет 209,3 - 251,2 кДж/моль.

Если известно время , необходимое для получения определенного выхода бензина при температуреt₁, то время, необходимое для того же выхода бензина при температуре t₂, можно вычислить по формулам

(5.3)

где - время, в течение которого получают определенный выход бензина при температуреt₁ и t₂, мин; ,K_t - температурные коэффициент и градиент скорости термического крекинга (табл. 5.1)

Таблица 5.1

Температурные коэффициенты и градиенты скорости термического крекинга

Сырье	Кt при температуре, оС				при температуре, оС
	400	450	500	550	400	450	500	550
Газойлевая фракция Гудрон	1,83 -	1,68 -	1,58 -	1,5 -	11,5 12,2	14 12,2	15,2 17,0	17,2 -

Пример 5.1. Продолжительность термического крекинга газойлевой фракции при t₁ = 450°C с выходом бензина % = 20% масс, составляет = 80 мин. Какова продолжительность крекингаприt₂ = 500°С и той же глубине разложения?

Решение. По табл. 5.1. находят значение для интервала температур 450-500°С;=14,0. Продолжительность крекинга при 500°С подсчитывают по формуле (5.3)

параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t1 0C	400	450	500	550	400	450	500	550	400	450
% масс	18	20	22	24	17	19	21	23	19	25
1 мин	90	88	86	84	88	86	84	80	83	81
t2 0C	500	550	400	450	450	500	550	400	550	400

Пример 5.2. Скорость реакции термического крекинга газойлевой фракции при t₁ = 450°С составляет x₁ = 0,25% масс, в 1 мин. -  мин. Определить скорость реакции крекинга х₂ при t₂ = 500°С.

Решение. По табл. 5.1 находят значение = 14,0. Скорость реакции определяют по формуле (5.2)

х₂ = 2,96% масс, бензина в 1 мин

параметры	Вариант
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
t1 0C	550	500	450	400	550	500	450	400	550	500
х1 %	3,85	2,73	1,62	0,31	3,77	2,68	1,49	0,33	3,82	2,64
t2 0C	400	550	500	450	450	400	400	550	500	450