Расчет реакционного змеевика печи термического крекинга

Для расчета реакционного змеевика печи тяжелого сырья по методу Обрядчикова необходимо определить выход бензина (в % масс.) в единицу времени при 470 °С. Известно, что скорость реакции крекинга тяжелого сырья при 450°С равна 0,4% масс, бензина за 1 мин. Отсюда определяют продолжительность τ пре­бывания сырья в зоне реакции, необходимую для образования за­данного количества бензина. Зная давление и среднее содержание (выход) бензина в реакционном змеевике, по рис.1 определяют плотность паро-жидкостной смеси ρ⁴⁷⁰_см .Затем вычисляют скорость движения продуктов крекинга в змеевике (и, м/с)

Рис.1. Зависимость плотности паро-жидкостной смеси в реакционном змеевике пе­чи легкого термического крекинга от содер­жания бензина при давлении (в МПа): 1 - 1,96; 2 - 2,45; 3 - 2,94; 4 -3,43.

(8)

где и₀ - скорость движения сырья в трубах печи, условно принимаемая для жидкого сырья при 20°С, м/с; ρ - плотность сырья при 20°С, кг/м³; ρ⁴⁷⁰_см - плот­ность паро-жидкостной смеси, кг/м³.

Длина реакционного змеевика печи легкого крекинга составля­ет (L, м)

(9)

Пример 3. Определить длину L реакционного змеевика в труб­чатой печи легкого крекинга полугудрона (ρ= 955 кг/м³), если из­вестно: выход бензина за однократный пропуск сырья Х=4,5%; температура и давление на выходе из печи составляет 470 °С и 2,45 МПа соответственно; загрузка печи G_с = 60000 кг/ч.

Решение. Используют метод Обрядчикова. Определяют ско­рость движения холодного сырья по трубам печи, исходя из его объема и внутреннего диаметра труб (принимают диаметр труб d_вн=117 мм, d_нар=127 мм, длину их 12 м) по формуле

По формуле (2) подсчитывают скорость (х₂, % масс./мин) реакции крекинга при 470 °С, если известно, что в процессе термического крекинга полугудрона при 450 °С образуется 0,4% бензина в 1 мин (х₁).

где х₁=0,4% масс./мин; t₁= =450°С; t₂ =470°С; α =14,4 (взято по табл. 1 как среднеарифметическое для газойлевой фракции и гудрона), т. е.

Продолжительность τ пребывания сырья в зоне реакции

По рис. 1 определяют плотность паро-жидкостной смеси при 2,45 МПа и среднем содержании бензина в реакционном змеевике 2,25% масс.; ρ⁴⁷⁰_см =475 кг/м³.

Находят скорость движения продуктов крекинга в трубах пе­чи по формуле (8).

Подсчитывают длину реакционного змеевика по формуле

Расчет реакционной камеры

Обычно применяют необогревае­мые реакционные камеры. В них происходит углубление реакции крекинга на 20-25% от общей глубины. Скорость движения паров в реакционной камере принимается равной 0,1-0,3 м/с. Для опре­деления диаметра реакционной камеры необходимо подсчитать снижение температуры и объем паровой фазы в камере. Высоту камеры определяют по продолжительности пребывания в ней паров.

Пример 4. Определить высоту и диаметр реакционной камеры установки термического крекинга мазута, если известно: темпера­тура продуктов крекинга на входе в камеру t₁=490°С; давление в камере 1,96 МПа; в реакционную камеру поступает газа G_г=3300 кг/ч, бензина G_б=13200 кг/ч, легкого газойля G_л.г=32300 кг/ч, тяжелого газойля G_т._г=66600 кг/ч и остатка G₀=50600 кг/ч, всего G_с=166000 кг/ч; реакция крекинга углубля­ется на 20% от общей глубины процесса, т. е. ∆Х=20%.

Критические параметры и молекулярная масса продуктов кре­кинга:

Решение. Бензина G^р_б и газа G^р_г образуется

или

Определяют температуру внизу камеры. Принимают удельную теплоемкость продуктов крекинга С=2,51 кДж/(кг∙К) и со­ставляют тепловой баланс реакционной камеры

Где t₂ - температура внизу камеры; q_р - теплота реакции крекинга, равная 1255 кДж/кг бензина.

Отсюда

Для определения объема паров продуктов на входе в камеру высчитывают приведенные параметры и коэффициент сжимаемо­сти паров для газа

для бензина

для легкого газойля

Объем υ₁ паров продуктов по формуле (10) на входе в камеру составляет

где Т - температура системы, К; Р- давление в системе, МПа; G_i - расход компонента, кг/ч; М_г - молекулярная масса компонента.

Аналогично определяют объем υ₂ паров продуктов крекинга на выходе из камеры

для газа Z=1,

для бензина

для легкого газойля

Средний объем паров составляет

Принимают скорость движения паров и=0,1 м/с. Сечение F и диаметр D реакционной камеры составляют

Принимают D=2,0 м.

Определяют скорость крекинга (х₂) при средней температуре в камере по формуле (1), если известно, что скорость (х₁) кре­кинга газойля при 450 °С составляет 0,25% бензина в 1 мин

Продолжительность τ пребывания паровой фазы в, камере равна

Высота камеры

Задачи

№1. Продолжительность термического крекинга гудрона при t₁=425°С выходе бензина 6,2% масс, составляет τ₁₌2 мин. Определить продолжительность крекинга (τ₂) при t₂=480°С и той же глубине разложения.

№2. Продолжительность термического крекинга гудрона при t₁=450°С и выходе бензина 15,6% масс, составляет τ₁=33 мин. Определить продолжи­тельность крекинга (τ₂) при t₂=500 °С и той же глубине разложения.

№3. При термическом крекинге гудрона в течение τ=11 мин при t₁=450°С выход бензина 5,1% масс. Сколько бензина (Х₂) образуется за это же время при t₂=420°С?

№4. Скорость термического крекинга газойлевой фракции при t₁=500⁰С составляет х₁=5% масс, бензина в 1 мин. Какова скорость крекинга при t₂=460 °С?

№5. Определить выход продуктов термического крекинга прямогонного сырья, если плотности (относительные) при 15,6°С сырья, бензина и остатка равны 0,938; 0,750 и 1,000 соответственно, а теплота реакции q==1465 кДж/кг бензина.

№6. Установка двухпечного термического крекинга перерабатывает мазут плотностью d¹⁵₁₅=0,920. Определить выходы газа, бензина и остатка, ес­ли известно, что плотность бензина d¹⁵₁₅=0,752; остатка d¹⁵₁₅=0,995 и теплота реакции (q_Р-1256 Дж/кг бензина.

№7. В трубчатой печи термического крекинга мазута (d²⁰₄= 0,953) при 470°С и 2,45 МПа образуется 6% бензина. Определить длину труб ре­акционного змеевика методом Обрядчикова, если загрузка печи G_с=80000 кг/ч и скорость движения (по холодному сырью) и=0,85 м/с.

№8. Определить высоту (Н) и диаметр (D) реакционной камеры уста­новки термического крекинга мазута, если известно, что: углубление крекинга ∆Х=25% по бензину; давление в камере 2,45 МПа; температура продуктов на входе в камеру t₁=510°С; средняя удельная теплоемкость продуктов С=2,51 кДж/(кг∙К); скорость реакции крекинга при 450 °С х₁ = 0,25% масс, бензина в 1 мин; критические параметры и молекулярные массы продуктов:

газа

Т_кр=370 К; Р_кр=4,21МПа; М=44

бензина

Т_кр=558 К; Р_кр=2,98 МПа; М=110,4

легкого газойля

Т_кр=721 К; Р_кр=1,94 МПа; М=218

тяжелого газойля

Т_кр=905 К; Р_кр=1,33 МПа; М=400

В реакционную камеру входит: 5660 кг/ч газа, 22490 кг/ч бензина, 49 250 кг/л легкого газойля, 37 400 кг/ч тяжелого газойля и 54 780 кг/ч ос­татка