Содержание пояснительной записки

Аннотация. Оглавление. Введение. Сведения о процессе ректификации: сырье, продукты, параметры процесса, работа колонны, описание схемы ректификационной колонны. Расчет ректификационной колонны: материальный баланс, расчет элементов ректификации, основные размеры колонны. Заключение. Список использованных источников (литература).

Перечень графического материала: схема 3d-чертеж ректификационной колонны.

4. Трубчатый реактор пиролиза

Рассчитать реакционный змеевик трубчатой печи градиентного типа для пиролиза пропановой фракции, состав которой приведен в таблице 10. Задана производительность печи G, кг/ч. Пиролиз пропановой фракции проводится с добавкой Z, кг/ч (масс.% на сырье) водяного пара. Температура сырья на входе в печь Т₁,K (табл.11).

Наиболее совершенной в настоящее время реакционно-нагревательной печью для пиролиза углеводородов является трубчатая печь (реактор) градиентного типа с излучающими стенками и с экранами двухстороннего облучения.

Самой сложной и трудной задачей при расчете такой трубчатой печи является расчет реакционного змеевика, в котором должно осуществляться термическое разложение углеводородов до необходимой глубины в минимальное время. Процесс пиролиза сырья идет при непрерывном изменении температуры, давления, объема и состава реакционной смеси по длине змеевика. Поэтому расчет реакционного змеевика проводят в две стадии: первая называется предварительным расчетом, вторая – расчетом по секциям, т.е. по отдельным, очень небольшим участкам змеевика.

Предварительным расчетом определяют поверхность нагрева, длину и число труб реакционного змеевика, а также время пребывания реакционной смеси в змеевике, которое не должно быть выше некоторого оптимального значения, зависящего от температуры. Расчет ведется методом последовательного приближения – предварительно задаются перепадом давления в реакционном змеевике, а затем вычислениями подтверждают правильность принятой ранее величины.

Исходными данными для расчета являются следующие: количество и состав исходного сырья газа (табл. 12); состав продуктов пиролиза (пирогаза), получаемый на основе лабораторных или полузаводских опытов термического разложения исходного сырья; количество водяного пара, добавляемого к исходному сырью перед его подачей в печь; состав топливного газа; температура сырья на входе в печь.

Последовательность предварительного расчета реакционного змеевика трубчатой печи градиентного типа

1. Рассчитывается процесс горения. Все определения проводят так же, как и при расчете печи с излучающими стенками топки.

2. Зная производительность печи по исходному сырью, составы сырья и продуктов пиролиза (пирогаза), определяются.

2.1 молекулярная масса и плотность (при нормальных условиях) сырья, массовые и мольные часовые количества каждого компонента в сырье;

2.2 молекулярная масса и плотность (при нормальных условиях) пирогаза, массовые и мольные часовые количества каждого компонента в пирогазе;

2.3 состав парогазовой смеси на входе в печь и на выходе из нее в массовых и мольных долях. Полученные данные сводятся в таблицы.

3. Зная состав газа, подвергаемого пиролизу, определяется температура в конце реакционного змеевика. Для этого предварительно задаются величиной общего времени пребывания газовой смеси в змеевике печи.

4. Определяется полезная тепловая мощность (полезное тепло) печи, ее коэффициент полезного действия и часовой расход топлива.

Расчеты ведутся по следующей схеме:

4.1 определяется температура на выходе из реакционного змеевика с учетом углеводородного состава сырья;

4.2 находится теплота реакции и часовой расход тепла на реакции пиролиза;

4.3 определяется часовое количество тепла, необходимого для нагревания парогазовой смеси (сырья и 7 пара) от температуры на входе в печь до температуры входа в реакционный змеевик, которая предварительно должна быть принята;

4.4 находится часовое количество тепла, расходуемого на нагревание парогазовой смеси в реакционном змеевике, имея в виду, что н начале змеевика парогазовая смесь состоит из сырья и водяного пара, а в конце – из продуктов пиролиза (пирогаза) и водяного пара;

4.5 рассчитывается часовое количество тепла, расходуемого в реакционном змеевике;

4.6 находится полезное тепло печи;

4.7 задаваясь температурой уходящих из печи дымовых газов и долей потерь тепла печью в окружающую среду, находится к. п. д. печи;

4.8 определяется часовой расход топлива.

5. Определяется температура дымовых газов, покидающих радиантную камеру. Для этого из уравнения теплового баланса топки, зная тепловую нагрузку реакционного змеевика, находят энтальпию дымовых газов на выходе из топки и соответствующую температуру.

6. Определяется поверхность нагрева реакционного змеевика, задаваясь предварительно ее допускаемой теплонапряженностыо. Выбирая диаметр и полезную длину трубы, находится общая длина реакционного змеевика. Принимая число параллельно включенных потоков, определяется полезная длина труб и число труб в одном потоке. Принимая полную длину одной трубы, находится полная длина одного потока реакционного змеевика.

7. Определяется время пребывания парогазовой смеси в реакционном змеевике.

Расчет ведется по следующей схеме:

7.1 принимается давление в конце реакционного змеевика, задаваясь величиной потерь напора в нем, и находится давление в начале змеевика;

7.2 находится плотность парогазовой смеси в начале и в конце змеевика, а также ее средняя плотность в реакционном змеевике;

7.3 находится массовая скорость парогазовой смеси в змеевике;

7.4 находится линейная скорость парогазовой смеси в начале и в конце змеевика, а также средняя линейная скорость в реакционном змеевике;

7.5 делением полной длины одного потока реакционного змеевика на среднюю скорость парогазовой смеси определяется время пребывания смеси в реакционном змеевике. Это время не должно превышать ранее заданной величины. В противном случае следует задаться новым значением потери напора и повторить расчет. Если и после этого не обеспечивается необходимое снижение времени пребывания, расчет реактора следует повторить, начиная с п. 3.

8. Определяются потери напора в реакционном змеевике. Этот расчет ведется по уравнению Дарси – Вейсбаха.

Найденная величина потерь напора не должна превышать ранее принятую величину. В противном случае расчет следует повторить, начиная с п. 7, увязывая величину потерь напора в змеевике со временем пребывания в нем парогазовой смеси.

Таблица 10