3. Практические занятия

Практика №1

РАСЧЕТ РЕАКЦИОННЫХ УСТРОЙСТВ

ТЕРМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ

РЕАКЦИОННЫЕ ЗМЕЕВИКИ И КАМЕРЫ УСТАНОВОК ТЕРМИЧЕСКОГО КРЕКИНГА ПОД ДАВЛЕНИЕМ

• Определение скорости реакции

• Составление материального баланса

• Расчет реакционного змеевика печи термического крекинга

• Расчет реакционной камеры.

• Задачи

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

Процесс термического крекинга в настоящее время применяется на нефтеперерабатывающих заводах топливного профиля как про­цесс легкого крекинга.

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

(1)

где Х₁ и Х₂- выход бензина при температурах t₁ и t₂ соответственно, % масс;

α - температурный градиент.

Скорость образования бензина

(2)

где х₂ и х₁ - скорости образования бензина, % масс, в единицу времени; К_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 τ₁ необходимое для получения определенного выхода бензина при температуре t₁ то время, необходимое для того же выхода бензина при температуре t₂, можно вычислить по формулам

τ₁, τ₂

(3)

- время, в течение которого получают определенный выход бензина при температуре t₁ и t₂, мин; α , К_t - температурные коэффициент и градиент ско­рости термического крекинга (табл. 1).

Таблица 1.

Температурные коэффициенты и градиенты скорости термического крекинга

Пример 1. Продолжительность термического крекинга газойлевой фракции при t₁=450°С с выходом бензина 20% масс, состав­ляет τ₁=80 мин. Какова продолжительность крекинга τ₂ при t₂=500 °С и той же глубине разложения?

Решение. По табл. 1 находят значение α для интервала темпе­ратур 450-500 °С; α =14,0. Продолжительность крекинга при 500 °С подсчитывают по формуле (3)

Пример 2. Скорость реакции термического крекинга газойлевой фракции при t₁=450°С составляет х₁-0,25% масс, в 1 мин. Определить скорость реакции крекинга х₂ при t₂=500°С.

Решение. По табл. 1 находят значение α=14,0. Скорость реак­ции определяют по формуле (2)

Составление материального баланса

Различают материальные балансы установки термического крекинга при условии полной или; частичной рециркуляции промежуточных фракций и за однократ­ный пропуск сырья.

Для определения выхода бензина при термическом крекинге с полной рециркуляцией промежуточных фракций С. Н. Обрядчи­ков предложил формулу

где Х

(4)

_б - выход бензина, % масс.; d_o, d_с, d_б - относительные плотности при 15,6 °С остатка, сырья и бензина; q_р - теплота реакции, кДж/кг бензина.

При выводе этой формулы выход газа был принят равным 20,0% масс, от образовавшегося бензина.

Нельсон на основе эмпирических формул построил график зависимости выхода бензина (в % объемн.) от разности плотностей сырья и остатка.

Если известны выходы продуктов термического крекинга за од­нократный пропуск сырья, то можно составить материальный ба­ланс процесса в случае полной рециркуляции промежуточных фракций. При этом допускается, что промежуточные фрак­ции при повторном крекинге ведут себя аналогично исходному сырью. Для этой цели определяют коэффициент загрузки трубча­той печи по формуле

г

(5)

де К_з - коэффициент загрузки трубчатой печи; α - массовая доля рециркули-рующих промежуточных фракций на исходное сырье установки; G_с, G_с - массы соответственно исходного сырья установки и рециркулирующих промежу­точных продуктов, кг/ч.

Значение α находят из уравнения

где х_г, х_б, х_о –выход соответственно газа, бензина и остатка за однократный пропуск сырья, % масс.

В

(6)

ыход продуктов термического крекинга в случае полной ре­циркуляции промежуточных фракций определяют из уравнения

г

(7)

де Х_г, Х_б, Х_о - выход соответственно газа, бензина и остатка в случае полной

рециркуляции промежуточных фракций, % масс.