3. Описание технологической схемы

Рисунок 3.1 Технологическая схема горячей секции пиролиза

1 - водяной экономайзер; 2 - подогреватель исходной смеси; 3 - пароперегреватель;

4 - змеевик; 5 - сепаратор; 6 - закалочно-испарительный аппарат; 7 - паровая турбина.

Пиролиз этановой фракции осуществляется в шахтной трубчатой печи. Для подогрева исходной смеси и оборотной воды в подогревателе 1 используется теплота топочных газов. Подогретое сырье поступает в змеевик 4, где проходит процесс пиролиза. Для обогрева печи используются панельные горелки, в которые подается воздух и топливо (природный газ). Для предотвращения полимеризации продуктов пиролиза, они подвергаются быстрому охлаждению водой в закалочно-испарительном аппарате 6. Образующийся при этом водяной пар направляется в пароперегреватель 3 и затем в паровую турбину 7.

Далее продукты пиролиза направляются в холодную секцию (на схеме на показана) для разделения и очистки целевых продуктов.

4. Расчет и термодинамический анализ процесса пиролиза этановой фракции

   1. Материальный баланс

Исходные данные:

Состав этановой фракции на входе в радиантную зону печи:

компонент	C2H4	C2H6	C3H6	C3H8	H2O
расх., кмоль/с	0.0001	0.0138	0.00078	0.0008	0.01122

Температура на входе в радиантную зону печи: T_e = 880 K;

Температура на выходе из радиантной зоны: T_f = 1130 K;

Давление на выходе из радиантной зоны: P_f = 2.5 бар;

Размер трубы змеевика: 1028;

Состав газов пиролиза на выходе из радиантной зоны печи:

компонент	CH4	C2H4	C2H6	C3H6	C4H6	C6H6	C4H10	CO	H2O	H2
расх., кмоль/с	0.0034	0.0084	0.0046	0.00045	0.00019	0.00008	0.0001	0.0001	-	-

Определим неизвестные потоки на выходе:

Баланс по H₂:

Баланс по O:

Откуда: ;

0.688=0.687

2. Энергетический баланс

Допущение: будем считать газы идеальными.

Определим тепловую нагрузку:

,

где -полезная нагрузка;

, т.к. система не совершает полезной работы;

;

;

Определим параметры на входе в реактор (e-e):

компонент	C2H4	C2H6	C3H6	C3H8	H2O
, кДж/кмольК	83.19	108.87	123.41	161.21	36.31
I, МДж/кмоль	100.71	-21.32	142.22	-10.05	-220.68

на выходе (f-f):

компонент	CH4	C2H4	C2H6	C3H6	C4H6	C6H6	C4H10	CO	H2O	H2
, кДж/кмольК	67.63	98.44	130.76	146.96	203.18	264.63	234.99	31.34	37.65	29.61
I, МДж/кмоль	-18.59	134.19	24.10	192.66	279.17	303.06	69.33	-84.46	-210.49	24.63

3. Баланс механической энергии

Баланс кинетической энергии для змеевика выражается следующим уравнением:

, где:

;

- показатель политропы;

;- плотности потоков;

;;

;- молярные массы в сечениях ;ротоков ый анализ). Последоза-0000000000000000000000000000000000000000000000000000000000;

;- мольные доли компонентов;

- массовый расход;

- сечение трубы змеевика;

- диссипация механической энергии;

- перепад давления на гидравлическое сопротивление змеевика,

где = 0.032 - коэффициент сопротивления;L = 75 м - длина змеевика;

Примем МПа и проведем проверку баланса:

Определим мольные доли компонентов на входе (e-e):

компонент	C2H4	C2H6	C3H6	C3H8	H2O
y	0.0037	0.5169	0.0292	0.0300	0.4202

на выходе (f-f):

компонент	CH4	C2H4	C2H6	C3H6	C4H6	C6H6	C4H10	CO	H2O	H2
y	0.0955	0.2358	0.1291	0.0126	0.0053	0.0022	0.0028	0.0028	0.3121	0.2016

Определим средние молярные массы потоков:

кг/кмоль;кг/кмоль;

;;

Определим плотности потоков:

кг/м³;кг/м³;

кг/м³;

Сечение трубы змеевика м²;

Скорости на входе и на выходе:

м/с;

м/с;

м/с;

Показатель политропы равен:

;

Гидравлическое сопротивление змеевика:

Па;

;

;

.

Расхождение составило менее - давлениеP_e подобрано верно.