đồ án tốt nghiệp thiết kế phân xưởng cracking nhiệt.DOC

Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Mục lục
Tài liệu tham khảo 3
phần I: mở đầu 4
Phần II: Quá trình cracking nhiệt 6
I. Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng 6
II. Các phản ứng trong quá trình cracking nhiệt 6
III. Cơ chế của quá trình cracking nhiệt 8
1. Sự biến đổi các hydrocacbon parafin: 8
a. Thuyết tự do 10
b. Theo thuyết phân huỷ phân tử 11
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin 12
3. Sự biến đổi của các hydro cacbon naphten 12
4. Sự biến đổi của các hyđrocacbon thơm 13
5.Sự biến đổi của các hợp chất lu huỳnh 13
IV. Động học của quá trình cracking nhiệt 13
V. các thông số công nghệ của quá trình cracking nhiệt 15
l. Nhiệt độ 15
2. Tốc độ phản ứng 15
3. Thời gian phản ứng 15
4. ảnh hởng của áp suất 15
5. Nguyên liệu 16
VI. Sản phẩm của quá trình cracking nhiệt 16
1. Sản phẩm khí 16
2 . Sản phầm lỏng: 17
a: Xăng cracking nhiệt 17
b. Sản phẩm gasoil của quá trình cracking nhiệt 19
c: Sản phẩm cặn cracking nhiệt 19
PHầN II : TíNH TOáN qUá TRìNH CHáY CủA Lò 20
I. Tính quá trình cháy 20
1. Xác định nhiệt cháy của nguyên liệu theo công thức sau 20

2. Xác định thành phần nguyên tố theo phần trăm trọng lợng 21
3. Xác định lợng không khí lý thuyêt cần đểđốt cháy 1kg không khí theo
công thức sau 22
4. Xác định lợng không khí thực tế cần đế đốt cháy 1 kg khí 22
5. Xác định lợng sản phẩm cháy đợc tạo thành khi đốt cháy 1 Kg nhiên
liệu 22
6. Xác định thể tích sản phẩm cháy khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu ở điều
kiện tiêu chuẩn 23
7. Xác định hàm nhiệt của các sản phẩm cháy ở các nhiệt độ khác nhau
theo phơng trình sau: 23
2. Thành phần của nguyên liệu và các sản phẩm nhiệt phân 25
phần III: SƠ ĐÔ CÔNG Nghệ CủA PHÂN XƯởNG CRACKiNG NHIệT 28
I. Nguyên lý hoạt dộng của sơ đồ cracking nhiệt 28
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
1
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
II.Lò ống 29
III. Thiết bị bay hơi 29
IV. Thiết bị chng tách sản phẩm 30
Kết luận 30
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
2
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Tài liệu tham khảo
1. Lê Văn Hiếu, Công nghệ chế biến dầu, Nhà xuất Bản Khoa học và Kỹ
thuật.
2. Trần Mạnh Trí, Hoá học Dầu mỏ và Khí, ĐHBK - Hà Nội năm 1976
3. Tính toán các quá trình công nghệ - ĐHBK - Hà Nội
4. Đinh Thị Ngọ, Hoá học dầu mỏ và khí,Nhà xuất Bản Khoa học và Kỹ
thuật.

Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
3
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
phần I: mở đầu
Ngày nay với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và nghành công nghiệp
phát triển, đòi hỏi cao về nguyên, nhiên liệu cung cấp Cho nền kinh tế quốc
dân nói chung và nghành hoá nói riêng. Nhằm thoả mãn mọi nhu cầu của xă
hội phục vụ đời sống con ngời với phơng châm không dùng động thực vật
làmn nguyên liệu, sử dụng nguồn nguyên liệu, nhiên liệu làm chủ yếu thì cho
đến nay dầu mỏ là nguồn chính đáp ứng đòi hỏi trên. Chính vì vậy công
nghiệp chế biến dầu mỏ có tầm quan trọng đặc biệt, nó không chỉ cung cấp
nhiên liệu cho các động cơ, máy móc, mà còn cung cấp nguyên liệu cho các
ngành công nghiệp khác. Việc chế biến dầu mỏ bằng phơng pháp vật ly thông
thờng không còn đáp ứng nổi vồ số lợng cõng nh chất lợng. Do vậy đòi hỏi
trong công nghệ lọc hoá dầu phải có các phơng pháp hoá học khác làm tăng
hiệu suất sản phẩm dầu mỏ thơng phẩm, đồng thời thu đợc các sản phẩm dầu
mỏ có chất lợng cần thiết. Chính vì vậy trong công nghiệp chế biến dầu mỏ và
các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng của nhiệt đợc sử dụng nhằm
chế biến diầu mỏ và các phân đoạn dầu mỏ khác nhau để thu các loại nhiên
liệu và các loại nguyên liệu cho công nghiệp tổn hợp hoá học cũng đóng một
vai trò tơng dối quan trọng:
Tuỳ theo mục đích thu sản phẩm, nguyên liệu sử dụng và chế dộ công
nghệ mà quá trình có thể chia các quá trình chuyển hoá hoá học dới tác dụng
của nhiệt nh sau:
- Quá trình cracking nhiệt
- Quá trình nhiệt phân ( pyrôly)
- Quá tlmh cốc hoá
- Quá trình vibrekirlg
Đây là các quá trình biến đổi nguyêu liệu dầu mỏ dới tác dụng của nhiệt
độ cao thành các sản phẩm rắn, lỏng và khí. Thành phần về số lợng cũng nh

chất lợng của sản phẩm cuối đợc quyết định bởi các thông số công nghệ của
quá trình nh: nhiệt độ, áp suất, thời gian phản ứng. Quá trình biến đổi nguyên
liệu là quá trình phức tạp xảy ra hàng loạt các phản ứng vừa nối 'tiếp vừa song
song. Trong các quá trình chế biến nhiệt khử cấu trúc có hai vấn đề quan trọng
cần phải giải quyết.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
4
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
+ Ngăn ngừa sự tạo thành cốc trong ống phản ứng hay trong các thiết bị
trao đổi nhiệt.
+ Đảm bảo hiệu quả sử dụng cao các trang thiết bị trong dây chuyền.
Trong những qúa trình chuyển hoá hoá học dới lác dụng của nhiệt ở trên
thì quá trình cracking nhiệt chiếm một vị trí tơng đói quan trọng trong công
nghệ lọc dầu.
Quá trình crácking nhiệl là một quá lrình phân huỷ dới tác dụng đơn
thuần của nhiệt, các hiđrôcacbon bị phân huỷ gãy đứt mạch cacbon tạo ra
những hidrocacbon có phâh tử lựong bé hơn. Quá trình có thể thực hiện ở
nhiệt độ 420 ~ 550
0
C và ở điều kiện áp suất tơng đối cao: 20 - 70 at.
Mục đích của quá trình này nhằm tăng hiệu suất sản phẩm trắng dầu
trắng (xăng, gasoil) của mỏ chế biến, ngoài ra còn để thu một số khí chủ yếu
là khí olêfin. Để điều chỉnh theo sự mong muốn tăng hiệu suất cao lên, nếu
muốn tăng hiệu suất khí olêfin thì ta điều chỉnh cho áp suất thấp xuống. Trớc
chiến tranh thế giới thứ hai cracking nhiệt độ là một quá trình hoá học chủ yếu
để tăng lợng xăng, nhng trong những thập kỷ gần đây nó không còn đợc dùng
để sản xuất xăng nữa mà chủ yếu để sản xuất các hidrocacbon để cung cấp
cho công nghiệp hoá dầu. Trong đó phải kể đến CH
4
, C

2
H
2
, C
7
H
6
, butadien,
isopre, styren hàng năm ngời ta sản xuất hàng triệu tấn C
2
H
4
, 6 7 triệu tấn
dầu mỏ.
Nguyên liệu cracking nhiệt phổ biến nhất là phân đoạn gasol nặng của
quá trình cracking xúc tác hay cặn của quá trình làm sạch. Chất lợng của
nguyên liệu là thông số quan trọng xác định chất lợng của sản phẩm khi điều
kiện cracking không thay đổi, nhng nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần
khác nhau sẽ cho kết quả khác nhau. Đồng thời hàm lợng các RH trong
nguyên liệu có ảnh hởng quyết định đên chất lợng sản phẩm.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
5
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Phần II: Quá trình cracking nhiệt.
I. Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng.
1. Khái niệm: Cracking nhiệt là quá trình phân huỷ dới tác dụng của
nhiệt, thực hiện ở điều kiện nhiệt độ khoảng 470 đến 540
0
C, áp suất 20 đến
70at.

2. Mục đích: Mục đích quá trình nhằm thu hồi xăng từ phần nặng, một số
olêfin sử dụng trong công nghiệp tổng hợp dầu.
3. Nguyên liệu sử dụng: Nguyên liệu từ phần gasoil đến cặn nặng của
dầu, cặn mazút.
Thành phần về số lợng cũng nh chất lợng của sản phẩm cuối đợc quyết
định bởi các thông sô công nghệ của quá trình nh nhiệt độ , áp suất, thời gian
phản ứng. Quá trình biến đổi nguyên liệu là một quá trình phức tạp, trong đó
xảy ra hàng loạt các phản ứng vừa song song vừa nối tiếp. trong quá trình chế
biến nhiệt khử cấu trúc có hai vấn đề quan trọng cần lu ý dó là:
- Ngăn ngừa sự tạo cốc trong suốt phản ứng hay trong các thiết bị trao đổi
nhiệt
- Đảm bảo hiệu quả sử dụng cao trong các thiết bị , trong các dây truyền.
Muốn vậy ta hãy nghiên cứu động học của quá trình, cơ chế của quá
trình.
II. Các phản ứng trong quá trình cracking nhiệt
Phản ứng cracking nhiệt đợc biểu diễn bình thờng ở nhiệt độ thay đổi từ
850 - l350
0
F và ở áp suất 1000Psia.Trong các điều kiện này các phản ứng quan
trọng đợc diễn ra bởi các hydrocacbon là các liên kết C C, phản ứng
dellydro hoá , lsornehoá và polime hoá.
Trớc tiên là những phản ứng quan trọng nhất, các phản ứng cracking nhiệt
thuận nghịch thu nhiệt của các phân tử parafin hoặc các mạch bên tạo ra chuỗi
phân tử có khối lợng phân tử nhẹ hơn, thờng thờng cho ta một 1 parafin nhẹ
hơn và một olêfin
Ví dụ: R CH
2
CH
2
CH

2
R R CH = CH
2
+ CH
3
R
Các olcfin cũng có thể đợc tạo ra do các phản ứng dehydro hoá của các
parafin.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
6
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
R CH
2
CH
3


R CH = CH
2
+ H
2
Các phản úng này cũng là các phản ứng thu nhiệt và xảy ra theo cơ chế
gốt tự do, các olêfin cũng có thể tự bẻ gãy mạch.
Phán ứng izome hoá
CH
3
- CH
2
CH = CH
2

CH
3
CH = CH
2
CH
3
Phản ứng dehydro hoá.
CH
3
- CH
2
CH = CH
2


CH
2
= CH CH = CH
2
+ H
2
Phản ứng polillle hoá.
ch
2
ch
2
ch = ch
2

ch
3
c ch
2
c = ch
2
ch
3
2
ch
3
ch
3
ch
3
Hai phản ứng đầu là hai phản ng thu nhiệt trong khi đó phản ứng polime
hoá lại là phản ứng toả nhiệt.
Các naphten vòng đơn bền vững hơn các parafin hoặc các olefin mặc dù ở
nhiệt độ cao vòng đơn bị phân huỷ, các phán ứng dehydro hoá cũng có thể
xuất hiện thay vì các vòng naphtenic không no hoặc các vòng thơm.
Các hợp chất thơm là các hydrocacbon khó nóng chảy. và độ bền của các
hợp chất thơm phụ thuộc vào độ bền của mạch bên.
Cốc hoá tạo ra trong phản ứng phụ nhng nó đóng vai trò quan trọng trong
quá trình cracking nhiệt, mặc dừ cơ chế quá trình cốc hoá tạo ra là khó hiểu.
Kết quả của sự thoái biến kéo dài của các phân tử có khối lợng phân tử lớn tạo
ra lợng khí tăng (khí khô) và các hợp chất policylic có tỷ lệ H
2
/C thấp. ở nhiệt
độ và áp suất thờng đợc ứng dụng trong quá trình cracking nhiệt các olefin tạo
ra trong quá trìmh cracking nhiệt parafin có xu hớng đi tới phản ứng polime

hoá trong sản phẩm có khối lợng phân tử cao.
Các phân tử này chúng tự bẻ gãy mạch và poly hoá lại, thành phần H
2
của
chúng tiếp tục bị giảm. Ngoài ra các olefin này còn tham gia phản ứng ngng tụ
với các hợp chất vòng. Những hợp chất này bị chuyển hoá tạo thành than có
khối lợng phân tử cao và cốc dầu mỏ có tỷ H
2
/CO.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
7
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
III. Cơ chế của quá trình cracking nhiệt .
Sự chuyển hoá hoá học các phân đoạn dầu mỏ và dầu mỏ dới tác dụng
của nhiệt là quá trình rất phức tạp. Nguyên liệu dầu mỏ gồm số lợng lớn các
cấu tử riêng biệt. Dới tác dụng của nhiệt độ cao sự biến đổi rất phức tạp nên
không thể theo dõi đợc từng cấu tử riêng biệt của nguyên liệu. Vì vậy trên
thực tế phải theo dõi hiệu suất sản phẩm có giá trị của quá trình nh: sản phẩm
xăng, khí gasoil, cốc hay theo thành phần nhóm của xăng.
Và nghiên cứu sự chuyển hoá hoá học dới tác dụng của nhiệt, các
hydrocacbon riêng lẻ đa đến kết luận đặc trng đối với dạng hydrocacbon của
dãy hydrocacbon đó.
1. Sự biến đổi các hydrocacbon parafin:
Sự tính toán nhiệt động học chỉ cho thấy rằng các hydrocacbon bắt đầu từ
pentan trở lên. Khi tăng nhiệt độ phản ứng phân huỷ đút mạch ở vị trí liên kết
C - C tạo thành hydrocacbon parafin mới và olêfin mới có trọng lợng phân tử
nhỏ hơn.
C
n
H

2n+2
C
m
H
2m
+ C
q
H
2q+2
Nếu các parafin tạo thành còn phân huỷ đợc thì vẫn tiếp tục phân huỷ.
Các hydrocacbon có trọng lợng phân tử thấp nh Etan, propan, butan . . có độ
bền nhiệt cao nên ở điều kiện nhiệt độ cao thì bị phân huỷ và có thể bị phân
huỷ và có thể bị phân hủy thành olêfin và hydro.
C
n
H
2n+2
C
q
H
2q+2
+ H
2
Sự phân huỷ các parafin có thể xảy ra ở tất cả các vị trí liên kết mạch C- C.
Vị trí đứt mạch ở đầu mạch hay giữa mạch phụ thuộc vào điều kiện nhiệt độ
và áp suất nhiệt độ càng cao và áp suất càng thấp thì vị trí đứt mạch C C
càng nghiêng về cuối mạch và nh vậy hiệu suất sản phẩm khí càng tăng, còn
hiệu suất sản phẩm lỏng lại giảm.
C C- C C - C C C - / C
Khi nhiệt độ gần 450

0
C và áp suất tơng điối cao thì vị trí đứt mạch cacbon
C C- C C -/ C C- C C và cho ta hiệu suất sản phẩm lỏng tăng
lên.Vì thế cho nên nếu với mục đích tăng hiệu suất sản phẩm xăng thì ngời ta
thờng cracking nhiệt ở điều kiện áp suất cao. Trong dẫy parafin metal là chất
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
8
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
có độ bền cao nhất nó chỉ có liên kết C - H, phân huỷ nó để tạo thành C và
hydro cần nhiệt độ rất cao (gần 1500
0
C).
0
1500 C
4 2
CH C 2H +
Còn đối với êtan thì điều kiện nhiệt độ phân huỷ có thấp hơn:
0
700 C
2 6 2 4 2
C H C H H +
Khi trọng lợng phân tử càng tăng thì vai trò phản ứng khử hydiro càng
giảm.
Ví dụ đối với propan có thể xảy ra theo hai chiều hớng:
Đối với butan ở điều kiện nhiệt độ 500 - 600
0
C. Sự phân huỷ sẽ xảy ra ở
tất cả các vị trí của liên kết C - C và mức độ khử H
2
thì không lớn lắm:

Còn đối với izo - butan thì ngợc lại ở điều kiện nhiệt độ nh trên nhng
phản ứng chủ yếu là khử hydro:
Nói chung đối với các hydrocacbon parafin có số cacbon trong mạch lớn
hơn 4 ở điều kiện cracking nhiệt thì sự đứt mạch thờng xảy ra ở trung tâm
mạch cacbon.
Sự phân huỷ hydrocacbon parafin dới tác dụng của nhiệt thờng đợc giải
thích theo hai thuyết sau đây:
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
9
C
2
H
6
C
2
H
4
+ CH
4
C
3
H
6
+ H
2
600
0
C
n C
4

H
10
CH
4
+ C
3
H
6
C
4
H
8
+ H
2
500-600
0
C
C
2
H
6
+ C
2
H
4
60%
30%
10%
Izo C
4

H
10
Izo C
4
H
6
+ H
2
C2H
6
+C
2
H
4
500-600
0
C
CH
64
+ C
3
H
6
70%
28%
2%
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
a. Thuyết tự do.
Theo thuyết gốc tự do (hay thuyết chuỗi) của Raixơ và đa số các nhà bác
học đều giải thích theo chiều hớng của thuyết này. Theo thuyết này cơ chế

phân huỷ hydrocacbon parapin sẽ nh sau:
* Sự phân huỷ đầu tiên của một phân tử hydrocacbon parafin luôn luôn
xảy ra ở liên kết C - C vì năng lợng phân ly của liên kết C- C yếu hơn liên kết
C- H. Kết quả của sự phân huỷ theo liên kết C- C tạo thành các gốc tự do và
các gốc này có trọng lợng phân tử khác nhau:
Ví dụ: R R R
0
+ R
0
'
C
7
H
6
C
4
H
9
o
+ C
3
H
7
0
* ở điều kiện áp suất thờng hay áp suất thấp và ở điều kiện nhiệt độ
600
0
C chỉ có nguyên tử H
0
, gốc metyl (CH

3
) và gốc elyl (C
2
H
5
) là có khả năng
tồn tại độc lập trong một thời gian ngắn cho nên lúc gặp các phân tử ban dầu
các gốc này gọi là các gốc lự do.
* Các gốc có trọng lợng phân tử lớn hơn các gốc kể trên trong điều kiện
nh trên không bền mặc dù chỉ trong khoảnh khắc mà bị phân huỷ trớc khi cha
kịp gặp các phân tử ban đầu và tạo thành các gốc metyl, etyl, H là các gốc tự
do và một số gốc mới và olefin mới.
Ví dụ:
Nh vậy ta thấy rằng nồng độ các gốc tự do trong hỗn hợp phản ứng ngày
càng dợc tăng lên.
* : Các gốc tự do vừa đợc lạo thành nói trên gặp phải các phân tử
hydrocacbon ban đầu sẽ xảy ra phản ứng với chúng và sinh ra phản ứng dây
chuyền tạo các gốc mới:
R'H +H
o
H
2
+ H
0
R'H + R
o
RH + R
0
C
4

H
1O
+ CH
3
0
CH
4
+ C
4
H
9
0
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
10
C
5
H
11
0
C
4
H
8
+ CH
3
0
C
5
H
10

+ H
0
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Kết quả của sự va đập gốc tự do với phân tử ban đầu của nguyên liệu sẽ
tách hydro khỏi hydiro parafin. Sự tách này sẽ xảy ra ở bậc ba CH và bậc hai
CH
2
và bậc một CH
3
của nguyên tử cacbon và sinh ra các gốc có cấu trúc khác
nhau.
Ví dụ nh khi nhiệt phân propan:
CH
3
CH
2
CH
2
CH
3
CH
3
CH
0
CH
3
+ CH
4
CH
3

CH
2
CH
3
+ CH
3
0
CH
3
CH
2
CH
2
0
+ CH
4
ở nhiệt độ 600
o
C sự tách hydro xảy ra ở vị trí bậc hai và bậc một của các
nguyên tử cacbon với tỷ lệ 1:2. Thời gian tồn tại cuả các gốc tự do rất ngắn
khoáng 1.10
-3
+ 1.10
-4
giây, vì thế với thời gian ngắn này chúng chỉ đủ để gặp
các phân tử ban đầu của nguyên liệu cha bị phân huỷ.
Năng lợng hoạt hoá của dạng phản ứng này là 10 - 20 Kcal/mol có nghĩa
là nhỏ hơn nhiều so với parafin bị phân huỷ trực tiếp. Các gốc tự do sinh ra
liên tục trong suốt quá trình phất triển phản ứng chuỗi nh vậy sẽ có phần rất
lớn các phân tử ban đầu là hydrocacbonpalafin lôi cuốn vào phản úng để tham

gia cùng với các gốc tự do đợc sinh ra. Vì thế phần lớn sản phẩm của phản
ứng nhận đợc là do sự phát triển của phản ứng chuỗi thông qua các gốc tự do
chứ không phải là sự phân huỷ trực tiếp đứt lạch của các bon. Phản ứng phân
huỷ trực tiếp chỉ phục vụ thời gian đầu tiên của cả quá trình chuyển hoá.
Khi va chạm các gốc tự do với nhau sẽ xáy ra sự đứt mạch và tạo ra các
parfin ổn định có trọng lợng phân tử thấp hoặc tạo thành phân tử hydro.
R
0
+ H
0
RH
H
0
+ H
0
R
2
R
0
+ R RR
Kết quả là trong sản phân của phản ứng sẽ thu góp đợc hydro parafin có
trọng lợng phân tử thấp và H
2
.
b. Theo thuyết phân huỷ phân tử
Giải thích theo thuyết này thì phản ứng đầu tiên của sự chuyển hoá dới
tác dụng của nhiệt chỉ là sự chuyển nhóm trong nội bộ phân tử, rồi sau đó mới
xảy ra sự phân huỷ tạo ra phân tử mới có trọng lợng nhỏ hơn. Theo thuyết này
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
11

Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
khi biến đổi parafin cho rằng không lạo ra hợp chất trung gian bền nào nh theo
thuyết gốc tự do của Raixo Sự chuyển nhóm trong nội bộ phân tử sẽ dẫn
đến sự ion hoá trong nội bộ hai nguyên tử các bon cạnh nhau làm cho một
nguyên tử cacbon sẽ mang điện tích hoá trị, khi nguyên tử cacbon mang diện
tích âm giao động thì sẽ kéo theo nguyên tử hydro từ cacbon bên cạch vào
mình sau đó phân tử parafin sẽ phân huỷ trực tiếp ngay thành hydro và olefin
theo phơng trình sau:
C
m+n
H
2(m+n)+2


C
n
H
2n
+
2
+ C
m
H
2m
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin.
Trong dầu thô ban đầu, hàm lợng olefin không dáng kể, nhng dới tác
dụng của nhiệt độ cao các hợp chất olefin sẽ đợc tạo thành. Chúng có khả
năng phản ứng cao hơn so với parafin. Hydrocacbon olefin biến đổi đa dạng
hơn và cũng phụ thuộc rất nhiều vào điều kiện tiến hành phản ứng (nhiệt độ,
áp suất) ở điều kiện nhiệt độ thấp và áp suất cao các hydrocacbon olefin có

trọng lợng phân tử thấp dễ bị trùng hợp. Phản ứng trùng hợp càng mạnh nếu
áp suất càng cao. Nhng nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp lại
giảm xuống, nhờng chỗ cho phản ứng phân huỷ. Và nếu thời gian lu trong
vùng phản ứng càng lâu thì sự phân huỷ xảy ra càng mãnh liệt. Cơ chế phân
huỷ giống nh cơ chế phản ứng phân huỷ parafin nhng phản ứng thuận lợi là
đút mạch liên kết C C ở vị trí so với nối đôi .
Ngoài phản ứng trùng hợp, phân huỷ, các hydrocacbon olefin còn tham
gia phản ứng ngng tụ, alkyl hoá với các hydrocacbon naphten hay
hydrocacbon thơm lạo ra các hợp chất cao phân tử và cuối cùng tạo thành
nhựa và cốc.
3. Sự biến đổi của các hydro cacbon naphten
RH naphten có độ bền nhiệt cao hơn so với parafin có cùng số nguyên tử
cacbon trong mạch. Các biến đổi đặc trng của hydro cacbon naphten ở nhiệt
độ cao là thờng xảy ra các phản ứng u tiên theo thứ tự sau:
- Phản ứng khử nhánh alky hoá.
Khử hydro tạo olefin vòng và sau đó tiếp tục tạo thành hydirocacbon
thơm
- Phân huỷ vòng đối với các naphten đa vòng thành naphten đơn vòng.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
12
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
- Khử naphten đơn vòng thành parafin và olefin hay diolifin
Nh vậy rõ ràng là các naphten khi tham gia phản ứng phân huỷ nhiệt, và
sản phẩm lạo thành có đặc trng no hơn so với parafin, và có xu hớng tạo thànil
nhiều các sản phẩm có khối lợng trung bình, nghĩa là cho phép tạo nhiều sản
phẩm lỏng hơn so với parafin .'
4. Sự biến đổi của các hyđrocacbon thơm.
ở nhiệt độ cao sự biến đổi của các hyarocacbon thơm xảy ra theo quy
luật sau.
Khử nhánh alkyl.

- Các gốc thơm ngng tụ với nhau, khử hydro tạo thành gốc mới có phân tử
lợng lớn hơn và nhiều vòng thơm hơn, cuối cùng phát triển thành các hợp chất
cao phân tử gọi là các boit lay gọi là cốc.
Nh vậy cốc dầu mỏ khác với cacbon nguyên tố ở chỗ chúng là hệ vòng
thơm có độ ngng tụ cao. Cốc tạo ra thờng lắng đọng, bám vào thành ống phản
ứng hay thiết bị trao đổi nhiệt làm giảm tốc độ truyền nhiệt cũng nh làm giảm
năng suất bơm, tăng chi phí vận hành. Nếu nh quá trình của chúng ta không
nhằm mục đích sản xuất cốc thì sự có mặt của hydrocacbon thơm đa vòng là
hoàn toàn không có lợi cho quá trình.
5.Sự biến đổi của các hợp chất lu huỳnh.
Các hợp chất lu huỳnh nằm trong nguyên liệu dới dạng mercaptan. nói
chung các hợp chất lu huỳnh có độ bền nhiệt kém, có một số hợp chất bắt đầu
phân huỷ ở nhiệt độ 160 - 200
0
C nhng lại có một số lại rất bền nh
benzoliophen, khi phân huỷ các hợp chất chứa lu huỳnh thờng lạo ra H
2
S.
Nh Vậy khí Cracking nhiệt nguyên liệu có lu huỳnh thờng có lẫn H
2
S và
phân huỷ các hợp chất lu huỳnh cũng lạo thành các lu huỳnh nguyên tố ở thể
lỏng. Nh Mercaptan, chúng chuyển vào trong phân đoạn xăng và cũng có thể
tách ra lu huỳnh ở trạng thái tự do.
IV. Động học của quá trình cracking nhiệt .
A B G
A R
Trong đó :
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
13

Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
A là nguyên liệu cracking nhiệt
B là sản phẩm xăng
R là sản phầm khí
G cặn cracking nhiệt và cốc.
Tốc độ các giai đoạn của quá trình đợc biểu diễn bằng các phơng trình
sau ( với giả thiết tất cả các giai đoạn là đơn phân tử).
( )
[ ]
( )
[ ]
( )
1
2
d x z
k a x z y
dt
dy
k a x z y
dt
dz
k .x
dt
+
= + +
= + +
=
ở đây:
a: là số mol nguyên tử ban dầu A
x y,z : số mol của A đã biến đổi thành xăng, cặn cracking, cốc tơng ứng.

k: hằng số tốc độ biến đổi A thành xăng và khí
k
l
hằng số biến đổi A thành cặn cracking và cốc
k
2
hằng số tốc độ biến đổi xăng thành khí
t thời gian phản ứng
Từ các phơng trình trên ta tìm đợc:
( )
( )
( )
( )
1
2
2
1
k k t
k t
1 2
k k
1
1
k k t
a.k
x e e
k k k
a.k
y e
k k

x y z a 1 e
+

+
+
=
+ +
=
+

+ + =

Thời gian phản ứng đến khi đạt hiệu suất xăng cực đại sẽ là.
( )
1 2
max
1 2
ln k k ln k
t
k k k
+
=
+
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
14
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
V. các thông số công nghệ của quá trình cracking nhiệt .
l. Nhiệt độ.
Khi ta tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng cracking tăng theo quy luật hàm
số mũ, trong khoảng nhiệt độ cho trớc, sự thay đổi về các thông số thời gian

và nhiệt độ, là có tác dụng tơng hỗ lẫn nhau. Để giữ cho độ sâu biến đổi là nh
nhau, khi tăng nhiệt độ thì cần thiết giảm thời gian phản ứng. Đại lợng nhiệt
độ là một thông số hết sức quan trọng khi tăng nhiệt độ thì tốc độ phản ứng
phân huỷ tăng lên và ngợc lại khi giảm nhiệt độ thì tốc độ phản ứng trùng hợp
lại tăng. Giảm nhiệt độ cracking sẽ làm giảm tốc độ các phản ứng đa tụ. Nh
vậy để tăng các sản phẩm phân huỷ khí, lỏng và giảm hiệu suất các sản phẩm
đa tụ (nhựa , cốc) thì cần thiết phải giữ nhiệt độ phản ứng cao ứng với thời
gian phản ứng thích hợp. Đó là nhiệm vụ chính của quá trình cracking nhiệt
còn đối với quá trình cốc hoá ở đây sản phẩm chính là cốc thì quá trình có
hiệu suất tốt khi nhiệt độ phản ứng nằm trong khoảng nhiệt độ phù hợp.
2. Tốc độ phản ứng.
Tốc độ phản ứng của quá trình cracking nhiệt hydrocacbon là mạnh nó
phụ thuộc vào nhiệt độ. Phản ứng Cracking nhiệt ban đầu ở khoảng nhiệt độ
600 700
0
F nó phụ thuộc vào bản chất nguyên liệu để tiến hành cracking.
3. Thời gian phản ứng.
Nếu nhiệt độ tăng và thời gian phản ứng tăng thì nguyên liệu dễ dàng bị
phân huỷ. Tốc dộ phản ứng, phân huỷ kép ở 28
0
F và 820
0
F và 70
0F
và 1110
0
F
4. ảnh hởng của áp suất .
ảnh hởng của áp suất là quan trọng nhất trong (quá trình cracking nhiệt
là dể xác định trạng thái pha của hệ cũng nh chiều hớng và tốc độ của phản

ứng xảy ra. ảnh hởng của sự phân bố sản phẩm trong quá trình cracking ở áp
suất thấp (từ áp suất khí quyển đến áp suất l00Psia và ở nhiệt độ cao lớn hơn
1000
0
F) thì phản ứng đợc tiến hành trong pha hơi. áp suất khi cracking trong
phân đoạn gasoil nhẹ cần phải đợc đảm bảo trong trạng thái lỏng của tác nhân
phản ứng bởi vì trạng thái lỏng tạo điều kiện tốt cho quá trình cracking nhiệt
không tạo ra sự quá nhiệt cục bộ, sự tạo cốc là cực tiểu. Nếu cracking cặn
nặng phải giữ cho hệ thống ở trạng thái pha hỗn hợp hơi lỏng.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
15
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
5. Nguyên liệu.
Nguyên liệu của quá trình cracking nhiệt phổ biến nhất là phân đoạn
Mazut của quá trình chng cất trực tiếp, phân đoạn gasoil nặng của quá trình
cracking xúc tác hay cặn nặng của quá trình làm sạch. Chất lợng của nguyên
liệu là một thông số quan trọng xác định chất lợng sản phẩm tạo ra. Khì điều
kiện cracking nhiệt không thay đổi, nếu ta dùng nguyên liệu có thành phần cất
khác nhau thì sẽ cho ta kết quả khác nhau. Khi ta tăng giới hạn nhiệt dộ sôi
của nguyên liệu thì tốc độ phản ứng cũng tăng lên, điều này dợc chỉ ra ở bảng
sau:
ảnh hởng giới hạn nhiệt độ sôi của phân đoạn đến hiệu suất xăng khi
cracking nhiệt.
Nguyên liệu Giới hạn nhiệt độ sôi
0
C Hiệu suất xăng, %klg
Ligroil 108 220 12,1
Kerosen 220 270 14,9
Gasoil 270 300 15,8
Xola 300 350 18

Đồng thời hàm lợng các hydro cacbon trong nguyên liệu có ảnh hởng
quyết định đến chất lợng sản phẩm sau khi cracking nhiệt.
VI. Sản phẩm của quá trình cracking nhiệt
Sản phẩm thu đợc từ quá trình là sản phẩm khi đến nhiên liệu nặng nhng
sản phẩm chính là sản phẩm xăng.
1. Sản phẩm khí
Khí cracking nhiệt thành phần gồm có các hydro cacbon nhẹ sau: Metal,
etal, propan, n-butan, isobutan và khí elifin nh etylen propylen, butylen và có
lẫn một ít khí H
2
S. Hàm lợng các cấu tử khí trong thành phần khí phụ thuộc
vào chất lợng nguyên liệu và chế độ công nghệ nhiệt độ và áp suất của quá
trình. Thành phần khí là 1 hàm số của nhiệt độ và áp suất. Dới đây là một ví
dụ về thành phần khí trung bình của các quá trình dới tác dụng nhiệt.
Cấu tử khí
Cracking nhiệt ở
áp suất cao
Cracking nhiệt ở
áp suất thấp
Pyroly
H
2
5 9,0 10
CH
4
37 27,0 40 45
C
2
H
6

18 22,0 6 10
C
3
H
8
16 2,5 1 2
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
16
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
n-C
4
H
10
4 1,0 -
i-C
4
H
10
2 - -
C
2
H
4
4 25,0 20 28
C
3
H
6
9 15,0 12 15
n-C

4
H
8
4 7,0 2 3
i-C
4
H
8
1 - -
C
4
H
6
(divynyl) - - 1,5
So sánh thành phần của khí ở bảng trên ta rút ra kết luận
1. Trong số các hydro cacbon nằm trong khí thì metal chiếm nhiều nhất.
2. Hàm lợng khí etal nằm trong khí cracking nhiệt ở áp suất cao và áp suất
thấp hầu nh tơng đơng nhng trong khí pyroly thì giảm đi nhiều.
Tổng hàm lợng propan và butan trong khí cracking nhiệt nói chung khá
cao, song khi nhiệt độ tăng cao thì những cấu nhiệt độ tăng cao nhng quá trình
poroly thì những cấu tử này hầu nh bị phân huỷ hết.
4. Hàm lợng hydrocacbon olêfin tăng nên khi nhiệt độ của quá trình tăng
đặc biệt là elylen. Cụ thể hàm lợng olefin ở quá trình pyroly tăng lên nhiều
còn ở quá trình cracking ở điều kiện áp suất cao chúng giảm đi rất nhiều.
5. Hàm lợng etylen propylen trong khí pyroly và cracking nhiệt áp suất
thấp rất cao trong khi dó trong khí cracking ở áp suất cao chúng chỉ chiếm
khoảng 10%. Hàm lợng butylen trong khí khí cracking nhiệt cao hơn trong khí
pyroly. Khí diviny trong khí cracking nhiệt nói chung không có mà chỉ có
trong khí pyroly.
Khí của quá trình cracking nhiệt sau khi phân chia tách khí khô còn lại

phân đoạn khí propan - propyien và butan - butaldien sử dụng làm nhiên liệu
và làm nguyên liệu cho một số quá trình chê' biến tiếp.
2 . Sản phầm lỏng:
a: Xăng cracking nhiệt.
Sản phẩm xăng thu đợc từ quá trình cracking nhiệt có thành phần khác
với xăng thu đợc từ chng cất trực tiếp, có thể so sánh về thành phần
hydrocacbon của các quá trình nh bảng sau:
Loại xăng Olêfin
Hydro
cacbon thơm
Naphten Parafin
Xăng chng cất của vùng
Tatarekôi
- 12 26 62
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
17
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Xăng cracking nhiệt pha
lỏng mazut
25
35
12 17 5 8 40 45
Xăng cracking nhiệt pha
hơi gasoil
40
45
18 20 15 18 20 25
Xăng refo chng nhiệt xăng
nặng
18

20
14 16 27 - 32 33 37
Nếu trong xăng chng cất trực tiếp hàm lợng chủ yếu là hydrocacbon
parafin và naphten thì trong xăng cracking nhiệt lại chiếm hàm lợng lớn
hydrocacbon thơm và olêfin.
Hàm lợng olêfin trong xăng cracking nhiệt có những dạng sau:
* Olefin chỉ có một nối đôi
* Olefin vòng
* Hydrocacbon thơm có mạch bên là olefin chủ yếu là stiroll và đồng
đẳng của nó và còn có các hydrocacbon thơm khác: Benzen, loluen, axylen.
Sự có mặt các hydrocacbon thơm và olefin nhiều có thể giải thích bới điều
kiện nhiệt độ cao, sự phân huỷ xảy ra ở quá trình cracking nhiệt. Vì có thành
phần nh vậy nên xăng crackillg nhiệt có trị số octan cao hơn xăng chng cất
trực tiếp và trị số cacbon nằm trong khoảng 66 - 68 , khi pha thêm nớc chì có
thể tăng lên 70. Tuy có cao hơn xăng chng cất trực tiếp nhng với trị số ôctan
nh vậy cha đáp ứng đợc với yêu cầu chất lợng cho xăng. ôtô đòi hỏi trị số
octan 85 - 90 theo phơng pháp dộng cơ và 90 - 95 theo phơng pháp nghiên
cứu.
Và vì có mặt của hydlocacbon olefin xăng cracking nhiệt có độ ổn định
kém, nên dới tác dụng của ánh sáng, nhiệt, oxy thì dễ bị ngng tụ, oxy hoá và
trùng hợp tạo thành nhựa nhất là đối với sự có mặt của olêfin có hai nối đôi, và
sự có mặt của nhựa và polime tạo thành trong xăng sẽ làm cho xăng cracking
nhiệt dễ tạo muội trong động cơ khi làm việc. Đó là điều dễ gây tai nạn cho
máy.
Hàm lợng lu huỳnh trong xăng cracking nhiệt từ dầu lu huỳnh có thể
chứa 0,5 - l,2% trọng lợng cao hơn 5 đến 8 lần so với hàm lợng lu huỳnh cho
phép theo quy chuẩn của xăng ôtô. Đặc biệt là loại lu huỳnh dạng H
2
S và
mercaptan làm sạch xăng cracking nhiệt khỏi H

2
S thờng sử dụng kiềm để rửa.
Nói chung về sau này xăng cracking nhiệt không đảm bảo chất lợng cho
yêu cầu của xăng ôtô và hiệu suất đạt không cao nh các quá trình cracking xúc
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
18
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
tác, hydro cracking, đã phát triển và thay thế quá trình cracking nhiệt, các quá
trình này vừa đảm bảo chất lợng vừa dám bảo tăng hiệu suất xăng đáp ứng cho
nhu cầu cần thiết.
b. Sản phẩm gasoil của quá trình cracking nhiệt
Phân đoạn có nhiệt độ sôi 200 350
0
C tách ra hỗn hợp sân phẩm
cracking nhiệt là sản phẩm gasoil cracking nhiệt. Nó dùng làm cấu tử pha vào
nhiên liệu mazut tầu biển và sau khi đã làm sạch bằng phơng pháp hydro sẽ
dùng làm nhiên liệu diezel.
c: Sản phẩm cặn cracking nhiệt.
Là phân đoạn tách ra từ hỗn hợp sản phẩm crackillg nhiệt có nhiệt độ sôi
350
0
C. Nó dùng làm nhiên liệu nồi hơi nh mazut từ cặn chng cất trực tiếp cho
các nhàm máy nhiệt điện, tầu biển, lò công nghiệp.
Cặn cracking nhiệt có chất lợng nhiên liệu tốt hơn cặn mazut chng cất
trực tiếp. Vì hàm lợng nhiệt của nó cao hơn, nhiệt độ đông đặc và độ nhớt thì
thấp hơn. Nhất là chỉ tiêu độ nhớt thấp thì làm cho dề vận chuyển trong đờng
ống hơn và sự phun trong lò dễ dàng hơn.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
19
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt

PHầN II : TíNH TOáN qUá TRìNH CHáY CủA Lò
Nhiên liệu đốt lò có thành phần nh sau.
Cấu tử
Thành phần % mol
Nguyên liệu phần propan Sản phẩm nhiệt phân
H
2
0,7 13,2
CH
4
6,3 33,6
C
2
H
2
0,3
C
2
H
4
4,9 27,3
C
2
H
6
16,6 9,6
C
3
H
6

10,7 8,9
C
3
H
8
56,7 4,1
C
4
4,1 0,9
C
5
2,1
Tổng 100 100
Với năng suất lò là G = 8 vạn tấn/năm
Thời gian làm việc của nhà máy là 320 ngày/năm
Vậy
( )
80000.1000
G 10416,667 kg/ h
24.320
= =
Khi ta tiến hành nhiệt phân phần plopan có thêm hơi nớc với tỷ lệ 20%
trọng lợng nguyên liệu hay Z = 800 kg/h
Nhiệt độ nguyên liệu vào lò là 35
0
C
Thành phần thể tích: %V
CH
4
= 98% C

3
H
8
= 0,2%
C
2
H
6
= 0,3% N
2
= 1,1%
CO
2
= 0,3% C
4
H
10
= 0,1%
Tỷ trọng của nguyên liệu ở điều kiện thờng là d = 730 kg/m3.
I. Tính quá trình cháy .
1. Xác định nhiệt cháy của nguyên liệu theo công thức sau
Q
p
= 86,06.%CH
4
+ l41.%C
2
H
4
+ 150,9.%C

2
H
6
+ 207,5.% C
~
H
6
+
218,25.% C
3
H
8
+ 261.% i-C
4
H
10
+ 285,4.% n- C
4
H
10
+ 273,7.% C
4
H
8
+ 348,75.%C
5
H
12
+ 60.%H
2

S.
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
20
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Với CH
4
, C
2
H
4
là hàm lợng của các cấu tử tơng ứng có trong nhiên liệu
(%V).
Q
p
= 86,06. 98 + 150,9 . 0,3 + 218,25. 0,2 + 285,4. 0,1
= 8551,34 (Kcal/m
3
)
Mà d = 730 (kg/m
3
)
vậy Q
p
= 8551,34 / 730 = 11,71 (Kcal/kg)
Hay Q
p
= 49 (Kj/kg)
Chuyển thành phần nhiên liệu sang % trọng lơng
Cấu tử
Trọng lợng

phân tử, Mi
Phần mol
(V) r
i
M
i
, r
i
Phần trọng
lợng, g
i
.100
CH
4
16 0,98 15,68 95,87
C
2
H
6
30 0,003 0,009 0,55
C
3
H
8
44 0,002 0,088 0,54
nC
4
H
10
58 0,001 0,058 0,35

CO
2
44 0,003 0,132 0,81
N
2
28 0,011 0,308 1,9
Cộng 1,0 16,365 100
i i
i
n
i o
i 1
M .r
g .100
M .r
=
=

2. Xác định thành phần nguyên tố theo phần trăm trọng lợng
* Hàm lợng cacbon trong cấu tử i bất kỳ của nhiên liệu đợc xác định theo
tỷ số sau:
i i
i
i
g .12.n
C
M
=
n
i

: là số nguyên tử cacbon có trong cấu tử đã cho của nguyên liệu.
2 2
4 4
CO CO
1 i
1
CH CH
i
g .12.n
C C
M
= =

95,87.12.1 0,55.12.2 0,54.12.3 0,35.12.4 0,81.12.1
73,3%
16 30 44 58 44
= + + + + =
Hàm lựơng H
2

4 10
n C H
i i
i
CH
i
g .m .1
H H
M

= =

m
i
là số nguyên tử H
2
có trong cấu tử đã cho
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
21
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
95,87.4 0,55.6 0,54.8 0,35.16
H 24,24%
16 30 44 58
= + + + =
* Hàm lợng của oxy nguyên tử
2
2
CO
CO
g .16.P
O
M
=
Trong đó :
P: số nguyên tử O có trong cấu tử
G
CO2
: phần trọng lợng của CO
2
M

CO2
: khối lợng của CO
2
Hàm lợng O = 0,81. 16.2/44 = 0,59%
* Hàm lợng N
2
:
2
2
N
N
g .14.k
1,9.14.2
N 1,9%
M 28
= = =
K là số nguyên tử N
2
Vậy tổng : C + N + H + O = (73,3 + 24,24 + 0,59 + l,9)% = 100%
3. Xác định lợng không khí lý thuyêt cần đểđốt cháy 1kg không khí theo
công thức sau.
( )
( )
0
0,0267.%C 0,008.%H 0,01. %S %O
L
0,23
0,0267.73,3 0,8.24,4 0,01.0,59
16,9 kg / kg
0,23

+ +
=
+
= =
4. Xác định lợng không khí thực tế cần đế đốt cháy 1 kg khí.
Vì lò là tờng bức xạ do đó ta chọn hệ số d không khí là = 1,06
Vậy L = L
o
.

= 1,06. 16,9 = 17,91 (Kg/kg)
Hay V = L/ = 17,91 / 1,293 = 13,85 (kg/kg)
= 1,293 (kg/m
3
) là tỷ trọng của không khí ở điều kiện tiêu chuẩn (0
0
C
và 760mmHg)
5. Xác định lợng sản phẩm cháy đợc tạo thành khi đốt cháy 1 Kg nhiên
liệu.
m
CO2
= 0,0367. C = 0,0367. 73,3 = 2,69 (kg/kg)
m
H2O
= 0,09. H = 0,09. 24,24 = 2,18 (kg/kg)
m
O2
= 0,23. L
0

(- 1 ) = 0,23. 16,9. (1,06 - 1)
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
22
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
= 0,233 (kg/kg)
m
N
= 0,77 . L
0
.

+ N .
= 0,77. 16,9. 1,06 = 13,813 (kg/kg)
Vậy lợng sản phẩm cháy tổng là:
Tổng sản phẩm cháy = m
CO2
+ m
H2O
+ m
O2
+ m
N
= 2,69 + 2,18 + 0,233 + 13,813
= 18,916 (kg/kg).
6. Xác định thể tích sản phẩm cháy khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu ở điều
kiện tiêu chuẩn.
2
2
2
2

2
2
CO
3
CO
CO
H O
3
H O
H O
m .22,4
2,69.22,4
V 1,37m / kg
M 44
m .22,4
2,18.22,4
V 2,7m / kg
M 18
= = =
= = =
2
2
2
2
2
2
O
3
O
O

N
3
N
N
m .22,4
0,233.22,4
V 0,16m / kg
M 18
m .22,4
13,813.22,4
V 11,05m / kg
M 28
= = =
= = =
Vậy tổng sản phẩm cháy sẽ là:
1,37 + 2,7 + 0,16 + 11,05 = 15,28 (m3/kg)
Tổng sản phẩm cháy ở 0
0
C và 760 mmHg .
( )
i
3
0
i
m
18,916
1,24 kg / m
15,28
= = =

7. Xác định hàm nhiệt của các sản phẩm cháy ở các nhiệt độ khác nhau
theo phơng trình sau:
q
t
= t.( m(CO
2
).C(CO
2
)+m(H
2
O). C(H
2
O) + m(O
2
). C(O
2
) + m(N
2
). C(N
2
))
t: Nhiệt độ của sản phẩm cháy (khói lò)
0
C.
C(CO
2
), C(H
2

O) . . . tỷ nhiệt trọng lợng trung bình của các cấu tử có
trong khói lò
Với q
200
ta có.
q
200
= 200. ( 2,69. 0,218) + 2,18. 0,451+0,23.0,214+13,8.0,25 )
= 1 000 (kcal/kg) = 4187 (kj/kg) .
Cũng tơng tự nh vậy ta tính q ở các nhiệt độ khác nhau q
400
, q
800
ta có
bảng sau:
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
23
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
Bảng 1: Nguyên liệu phần nhiệt phân
Cấu tử
nguyên liệu
Trọng lợng
phân tử, M
i
Tỷ trọng
i
,
kg/m
3
Phần mol

(hay phần
thể tích)
C(v
i
) = C
i
M
i
, C(v
i
)
Phần trọng
lợng C
i
=
M
i
.C
i
/M
i
Tỷ trọng
nguyên liệu

i
. C(v
i
),
kg/m
3

Số lợng
G
i
=
10000.C
i
kg/h
G
i
= G
i
/M
i
,
kmol/h
H
2
2 0,09 0,07 0,14 0,004 0,006 2,8 14
CH
4
16 0,717 0,063 1,008 0,026 0,045 1820 113,75
C
2
H
4
28 1,26 0,049 1,372 0,049 0,0618 2443 87,25
C
2
H
6

30 1,342 0,166 4,98 0,128 0,228 8960 298,7
C
3
H
6
42 1,915 0,507 4,94 0,1155 0,208 8085 192,5
C
3
H
8
44 1,967 0,567 24,948 0,6344 1,115 44408 1009,3
C
4
58 2,593 0,041 2,378 0,0608 0,106 4256 73,4
Tổng 1 M
c
= 39,2 1

c
= 1,75 = 70000 = 1788,9
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
24
Thiết kế phân xởng Cracking nhiệt
t
0
C 0 200 400 800 1000 1400 2000
q
1
0 1000 2100 4430 5660 8190 12300
2. Thành phần của nguyên liệu và các sản phẩm nhiệt phân.

Để tính toán tiếp tục ta cần phải biết các đặc trng của nguyêu liệu và các
sản phảm nhiệt phân. Kết quả đợc tính toán trong bảng 1 .
Chú ý: ta cũng có thể xác định tỷ trọng của nguyên liệu nh sau

c
= M
c
/22,4 = 39,2 / 22,4 = 1,75 (kg/m
3
)
Từ đây trở đi tỷ trọng, thể tích nguyên liệu và sản phẩm nhiệt phân ta lấy
ở điều kiện tiêu chuẩn.
Từ bảng 1 ta có
c
= 1,75
Từ bảng 2 ta có : trọng lợng phân tử của sản phảm nhiệt phân M
x
= 23,8
Vậy

c
= M
x
/22,4 = 23,8 / 22,4 = 1,07 (kg/m
3
) trọng lợng sản phẩm nhiệt phân.
Khi nhiệt phân thêm nớc vào nguyên liệu với tỷ lệ 20% trọng lợng hay
800 kg/h.
Từ bảng 1 cho ta thành phần hỗn hợp hơi - khí lúc đi vào ống xoắn của lò
(nguyên liệu và hơi nớc) và lui ra khỏi ống xoắn ,(sản phẩm nhiệt phân và hơi

nớc).
Hoàng Văn Thắng - HD1 - K44
25