CUPRINS

DATE DE PROIECTARE.................................................................................................................2

GENERALITĂŢI...............................................................................................................................4

ECHIPAMENTE SPECIFICE PROCESELOR DE CRACARE TERMICA.........................5

CALCULUL ŞI TRASAREA CURBEI DE VAPORIZARE ÎN ECHILIBRU LA

PRESIUNEA DE 16 ATM.................................................................................................................6

A. PENTRU BENZINĂ.................................................................................................................6

B. PENTRU MOTORINĂ...........................................................................................................17

CALCULUL TEHNOLOGIC.........................................................................................................27

BIBLIOGRAFIE..............................................................................................................................30

1

DATE DE PROIECTARE

1. Capacitatea de prelucrare: 1000000 t/an;

2. Natura materiei prime: reziduu de vid;

3. Durata de funcţionare: 8000 ore/an;

4. Caracteristicile de bază ale materiei prime:

- densitatea, =0,980;

- factorul de caracterizare, = 11,25;

5. Randamentul în produse:

- gaze = 4,5%;

- benzină = 6%;

- motorină = 15%.

6. Caracteristicile produselor:

Gaze:

-

-

Benzină:

-

- curba de distilare STAS:

% volum Temperatura, 0C

i 40

10 65

30 86,5

50 105,5

70 125

100 164

2

Motorină:

-

- curba de distilare STAS:

% volum Temperatura, 0C

i 145

10 168

30 206

50 257

70 289

100 369

7. Temperatura de intrare : ;

8. Presiunea: ;

9. Debit de abur, ab = 1% faţă de materia primă ;

10. Date cinetice:

- A = 12,5 · 1012 s-1;

- E = 54500 kcal/kmol;

- R = 1,98 kcal/kmol · K

10. Densitatea reziduului:

GENERALITĂŢI

3

Reducerea de viscozitate este un proces de desconpunere termica usoara care se desfasoara

la temperaturi de 450-500 0C si presiuni de 12-25 at.

O conversie data, x, se poate obtine la o anumita severitate kxт conform ecuatiei cinetice:

kxт = ln 1/(1-x)

Conform acestei ecuatii procesul poate fi realizat In doua variante de baza:

- RV in serpentina, cu realizarea reactiilor la temperatura ridicata si un timp scurt de

sedere;

- RV cu camera de reactie, realizata la temperaturi mai scazute si timpi mai lungi de

reactie

Aceste doua tipuri de procese difera insa din punct de vedere al conversiei si al proprietatilor

produselor obtinute.

Schema unei instalatii de reducere a viscozitatii cu camera de reactie este prezentata in

figură .

Materia prima este introdusa sub talerele finale (de tip sicane) din coloana de fractionare 3,

unde este stripata de vaporii care vin din evaporatorul 2 (camera de reactie). Produsul lichid eliberat

4

1

de eventualele fractiuni usoare (motorina) este aspirat din baza coloanei 3 si introdus in cuptorul de

cracare 1. Produsele de reactie, sub forma unui amestec lichid-vapori, parasesc cuptorul cu

presiunea de 15 daN/.cm2 si cu temperatura de 470°C, trec prin ventilul de reducere a presiunii VR

unde se destind la presiunea din coloana de fractionare (circa 3 atm) si intra in evaporatorul 2. In

evaporatorul 2, la baza, se separa lichidul (reziduu cracat) care va constitui combustibilul de focare,

iar Ia virf, vaporii care intra pe la baza coloanei de fractionare 3 (picaturile de Iichid antrenate de

vapori sunt retinute de talerele sicane si gratar ale evaporatorului). Pe la virful coloanei 3 se separa

benzina si gazele, lateral - fractiunea de distilat (fractiune larga de motorina), iar la baza - materia

prima care alimenteaza cuptorul. Dintr-o priza Iaterala a coloanei 3 se preia distilat care se

injecteaza inaintea ventilului de reducere a presiunii pentru a raci produsele de reactie care parasesc

cuptorul, impiedicind astfel continuarea proceselor de descompunere termica, care ar duce Ia

formarea de cocs (si deci Ia cocsarea traseului ce urmeaza dupa VR). De asemenea, distilatul se da

si ca lichid de spalare a vaporilor ce se separa in evaporatorul 2.

ECHIPAMENTE SPECIFICE PROCESELOR DE CRACARE TERMICA

Reactorul tipic utilizat exclusiv in procesele termice de prelucrare a hidrocarburilor este

cuptorul tubular, cu raport mare lungime/diametru, care aproximeaza destul de bine profilul ideal de

curgere de tip piston.

Dimensionarea corecta a reactorului in procesele de cracare termica este esentiala, deoarce

conversia materiei prime si distributia produselor de reactie care se obtin in reactor determina

capacitatea si rentabilitatea intregii instalatii.

Un alt element constructiv specific instalatiei de cracare termica este camera de reactie.

Pe ansamblu, intercalarea camerei de reactie duce la marirea randamentului de benzina, prin

cresterea conversiei materiei prime si intensificarea reactiilor de polimerizare. De asemenea, duce la

cresterea cifrei octanice a benzinei cu circa doua unitati datorita intensificarii reactilor de

polimerizare a gazelor cu formare de izoalchene cu cifre octanice ridicate. Un alt avantaj este acela

al economisirii de combustibil consumat in cuptor deoarece o parte din reactiile endoterme de

descompunere au loc in camera de reactie care functioneaza adiabatic.

Singurul dezavantaj al camerelor de reactie este cantitatea mare de otel aliat necesara pentru

construirea lor. Exprimand eficacitatea acestora functie de volum se considera ca o camera de

reactie este eficienta daca, pentru un volum de 55-70 m3 al camerei de reactie se pot prelucra minim

1000 m3 materie prima in 24 ore.

CALCULUL ŞI TRASAREA CURBEI DE VAPORIZARE ÎN ECHILIBRU LA

PRESIUNEA DE 16 ATM.

5

A. PENTRU BENZINĂ

S-a folosit metoda punctului focal. Pentru materia benzină se cunoaşte densitatea =

0,735 şi curba de distilare STAS ( tabelul 1).

Tabelul 1. Curba de distilare STAS pentru benzină

ti t10%STAS t30%STAS t50%STAS t70%STAS t100%STAS

40°C 65°C 86,5°C 105,5°C 125°C 164°C

.

S-a calculat curba de vaporizare în echilibru a produsului petrolier, la presiunea atmosferică

folosind metoda Edmister-Okamoto. Urmărind forma unui grafic generat pe calculator ( figura 1)

s-a aproximat temperatura corespunzătoare la 90% vol. distilat = 147°C.

30

50

70

90

110

130

150

170

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 1. Curba de distilare STAS pentru benzină

S-a calculat corespunzător fiecărui segment al curbei STAS (tabelul 2).

Tabelul 2. Calculul Δt pe intervale înguste al curbei STAS pentru benzină.

6

Interval 0% - 10% 10% - 30% 30% - 50% 50% - 70% 70% - 90% 90% - 100%

Δt 25°C 21,5°C 19°C 19,5°C 22°C 17°C

Cu ajutorul graficului din figura 2 s-au determinat diferenţele de temperatură,

corespunzătoare aceloraşi segmente, de pe curba de vaporizare în echilibru.

Figura 2. Corelarea diferenţelor de temperatură pe curbele STAS şi VE pentru benzină.

S-a determinat grafic temperatura corespunzătoare la 50 % de pe curba VE = 105,5 - 3 =

102,5°C, în funcţie de temperatura la 50 % de pe curba STAS şi de diferenţa

(figura 3).

S-au calculat temperaturile de pe curba de vaporizare în echilibru, pornind de la

temperatura corespunzătoare la 50 % de pe această curbă.

7

Figura 3. Corelarea temperaturii corespunzătoare la 50% pe curbele STAS şi VE.

Din curba STAS s-au calculat:

– temperatura medie de fierbere volumetrică, tmv:

– panta curbei STAS în domeniul ( 10 - 90 ) % distilat:

8

50

70

90

110

130

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 4. Curba VE la 1 atmosferă pentru benzină.

Cu ajutorul figurii 5 în funcţie de valorile tmv şi pSTAS(10-90)% , s-au determinat valorile

temperaturilor medii de fierbere: temperatura medie gravimetrică, tmg = 105,8 + 3 = 108,8°C,

temperatura medie a mediilor, tmM = 105,8 – 7 = 98,8°C, temperatura medie molară, tmm = 105,8 –

11 = 94,8°C.

Figura 5. Diferanţele de temperatură.

9

Pentru materia primă

S –au determinat valorile temperaturii pseudocritice Tpc = 273°C, respectiv temperatura

critică reală Tc = 280°C, cu ajutorul figurii 6.

.

Figura 6. Determinarea temperaturii pseudocritice şi a temperaturii critice reale.

10

S –a determinat valoarea presiunii pseudocritice = 32,5 atm, cu ajutorul figurii 7.

11

Figura 7. Determinarea presiunii pseudocritice.

S –a determinat valoarea presiunii critice = 40 atm, cu ajutorul figurii 8.

Figura 8. Determinarea presiunii critice reale.12

S-a determinat grafic valoarea temperaturii focale, Tf = 280 + 33 = 313°C, cu ajutorul figurii

9.

Figura 9. Determinarea temperaturii focale.

S-a determinat grafic valoarea presiunii focale, Pf = 40 + 27 = 67 atm, cu ajutorul figurii 10.

Figura 10. Determinarea presiunii focale.

13

Din figura 11 s-au citit valorile temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate

respective, în acest fel obţinându-se punctele de pe curba VE la presiunea de 16 atm .

1

10

100

10 100 1000

Figura 11. Determinarea temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate la 16 atm.

pentru benzină.

14

Valorile temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate la 16 atm. citite sunt

prezentate în tabelul 3.

Tabelul 3. Temperaturile pe curba VE la 16 atm. pentru benzină.

Interval 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%

t 120°C 123°C 130°C 135°C 140°C 145°C 148°C

În figura 12 este prezentată curba VE la 16 atm. pentru benzină.

100

110

120

130

140

150

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 12. Curba VE la 16 atm. pentru benzină.

B. PENTRU MOTORINĂ15

Pentru materia motorină se cunoaşte densitatea = 0,875 şi curba de distilare STAS

( tabelul 4).

Tabelul 4. Curba de distilare STAS pentru motorină

ti t10%STAS t30%STAS t50%STAS t70%STAS t100%STAS

145°C 168°C 206°C 257°C 289°C 369°C

.

Urmărind forma graficului ( figura 13 ) s-a aproximat temperatura corespunzătoare la 90%

vol. distilat = 330°C.

100

150

200

250

300

350

400

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 13. Curba de distilare STAS pentru motorină.

S-a calculat corespunzător fiecărui segment al curbei STAS (tabelul 5).

Tabelul 5. Calculul Δt pe intervale înguste al curbei STAS pentru motorină.

Interval 0% - 10% 10% - 30% 30% - 50% 50% - 70% 70% - 90% 90% - 100%

Δt 23°C 38°C 51°C 32°C 41°C 39°C

16

S-au determinat diferenţele de temperatură, corespunzătoare aceloraşi segmente, de pe curba

de vaporizare în echilibru ( figura 14 ).

Figura 14. Corelarea diferenţelor de temperatură pe curbele STAS şi VE

S-a determinat grafic temperatura corespunzătoare la 50 % de pe curba VE = 257 + 3 =

260°C, în funcţie de temperatura la 50 % de pe curba STAS şi de diferenţa (figura

15).

S-au calculat temperaturile de pe curba de vaporizare în echilibru, pornind de la

temperatura corespunzătoare la 50 % de pe această curbă.

17

Figura 15. Corelarea temperaturii corespunzătoare la 50% pe curbele STAS şi VE.

Din curba STAS s-au calculat:

– temperatura medie de fierbere volumetrică, tmv:

– panta curbei STAS în domeniul ( 10 - 90 ) % distilat:

18

150

170

190

210

230

250

270

290

310

330

350

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 16. Curba VE la 1 atm. pentru motorină.

Figura 17. Diferanţele de temperatură.

19

Cu ajutorul figurii 17 în funcţie de valorile tmv şi pSTAS(10-90)% , s-au determinat valorile

temperaturilor medii de fierbere: temperatura medie gravimetrică, tmg = 250 + 3 = 253°C,

temperatura medie a mediilor, tmM = 250 – 12,5 = 237,5°C, temperatura medie molară, tmm = 250

– 20 = 230°C.

Pentru materia primă

S –au determinat valorile temperaturii pseudocritice Tpc = 430°C, respectiv temperatura

critică reală Tc = 445°C, cu ajutorul figurii 18.

Figura 18. Determinarea temperaturii pseudocritice şi a temperaturii critice reale.

S –a determinat valoarea presiunii pseudocritice Ppc= 17 atm, cu ajutorul figurii 19.20

Figura 19. Determinarea presiunii pseudocritice.

S –a determinat valoarea presiunii critice Pc= 18,5 atm, cu ajutorul figurii 20.

21

Figura 20. Determinarea presiunii critice reale.

S-a determinat grafic valoarea temperaturii focale, Tf = 445 + 54 = 499°C, cu ajutorul figurii

21.22

Figura 21. Determinarea temperaturii focale.

S-a determinat grafic valoarea presiunii focale, Pf = 18,5 + 13 = 31,5 atm, cu ajutorul figurii

22.

Figura 22. Determinarea presiunii focale.

Din figura 23 s-au citit valorile temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate

respective, în acest fel obţinându-se punctele de pe curba VE la presiunea de 16 atm .

23

1

10

100

100 1000

Figura 23. Determinarea temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate la 16 atm.

pentru motorină.

Valorile temperaturilor corespunzătoare procentelor vaporizate la 16 atm. citite sunt

prezentate în tabelul 6.

24

Tabelul 6. Temperaturile pe curba VE la 16 atm..

Interval 0% 10% 30% 50% 70% 90% 100%

t 395°C 410°C 420°C 430°C 435°C 445°C 450°C

În figura 12 este prezentată curba VE la 16 atm. pentru motorină.

380

390

400

410

420

430

440

450

460

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

% distilat

Temperatura, oC

Figura 24. Curba VE la 16 atm. pentru motorină.

CALCULUL TEHNOLOGIC

25

Pentru materia primă:

Pentru benzină:

Pentru motorină:

Pentru reziduu:

Masa molară medie a produşilor:

Căldura de reacţie:

Conversia finală:

Debitul de materie primă:

Debitul de materie primă netransformată:

Calculul căldurii specifice:

26

Calculul volumului maturatorului:

Reţinerea de lichid:

Din curba VE a motorinei la 16 atm. motorină

vaporizată din materia primă este motorină în stare vapori.

Diametrul este:

27

Înalţimea este:

28

BIBLIOGRAFIE

1. Suciu, G.C., Ţunescu, R.C., Ingineria prelucrării hidrocarburilor, vol. I, Ed. Tehnică,

Bucureşti, 1983;

2. Suciu, G.C., Ţunescu, R.C., Ingineria prelucrării hidrocarburilor, vol. V, Ed.

Tehnică, Bucureşti, 1999;

3. Dumitru Dobrinescu - Echipamente de transfer termic si utilaje specifice.

4. Şomoghi, V. ş.a, Proprietăţi fizice utilizate în calcule termice şi fluidodinamice,

Universitatea “Petrol - Gaze“, Ploieşti, 1997;

29