В программе предусмотрено использование температурной зависимости теплоемкостей продуктов сгорания и элементарных веществ согласно таблице 2.

Таблица 2.

		Теплоемкости, Кдж/кг
	вычисляются по эмпирическим формулам
		С=A+B*T
Вещества	Мол.массы
A	B
Н₂		1.29	9.92E-05
N₂		1.29	9.92E-05
O₂		1.29	9.92E-05
Н₂О		1.47	4.02E-04
СО₂		1.83	3.55E-04
SO₂		1.83	3.55E-04
Воздух		1.29	1.00E-03

По исходным данным программа строит график тепловых потоков Q_вх, Q_ух – прихода и расхода тепла в реакторе сгорания и по точке пересечения определяется температура горения.

Контрольные задания

Построить зависимость температуры горения от процентного содержания углерода, водорода, азота и коэффициента избытка воздуха

2) С помощью прикладной программы DSTAT по заданию преподавателя получить регрессионную модель процесса теплопередачи Т_гор= f(С, Н).

Контрольные вопросы

1) Как определяется физическая теплота прихода

2) Дать определение коэффициента избытка воздуха.

3) Как и для чего вычисляется энтальпия продуктов сгорания.

4) Дайте определение тепловому балансу процесса горения

5) Написать алгорим вычисления температуры гореня.

6) Из чего складываются тепловые потери

7) Как составляется материальный баланс процесса горения

Лабораторная работа 3

Изучение процесса термического разложения в печи пиролиза

Цель: По данным эксперимента для разных видов топлив составить материальный баланс пиролиза, определить тепловую нагрузку и составить модель регрессии.

Пиролиз– высокотемпературный (³ 600⁰С) крекинг (термическое разложение) углеводородов, протекающий при низких давлениях [3], [4].

По масштабам потребления первое место занимают такие продуты пиро-лиза как этилен (С₂Н₄) и пропилен (С₃Н₆). Основные области их использования

Этилен: полиэтилен, этилбензол - стирол - полистирол, окись этилена - этиленгликоль - полиэфирное волокно, этиловый спирт - ацетальдегид - винилин

Пропилен: полипропилен, пропиленгликоль, акрилонитрилл - полиакри-латы, глицерин – полиглицерин, n – бутиловый спирт-изопрен и др.

С точки зрения экономики важно правильно использовать условия прове-дения процесса: давление, температуру, время пребывания, количество инерт-ного газа, время пребывания. Экспериментальное исследование дает возмож-ность построить модель процесса ми получить оптимальные параметры при ко-торых выход продуктов максимален при минимальных затратах.

Механизмы химических реакций термического разложения.

При пиролизе протекают 2 группы сложных обратимых реакций: первичные, проходящие с увеличением объема и с образованием пирогаза и вторичные, проходящие с уплотнением и приводящие к смоло-коксообразованию

Первичные реакции

а) распад молекул предельных углеводородов с разрывом связи с-с (преимущественно в середине молекулы):

С_nН₂_n_{+ 2}С_n_’Н₂_n_{’ + 2}+ C_n_’’Н₂_n_’’- Q

б) дегидрирование предельных и нафтеновых углеводородов:

С_nН₂_n _{+ 2}C_nН₂_n + Н₂– Q

СН₂ СН₂

СН₂ СН₂ СН₂ СН₂

СН₂ СН₂ СН₂ СН₂ + 3Н₂- Q

СН₂ СН₂

в) деалкилирование с отрывом боковой цепи:

СН СН

СН С - СН₃ СН СН

2 2 + СН₂ = СН₂ – Q

СН СН СН СН

СН СН

Гомоядерная ароматика (бензол, нафталин и пр.) не подвергается распаду.

Вторичные реакции

а) изомеризация предельных углеводородов:

Н – С_nН₂_n₊₂изо – С_nН₂_n₊₂ + Q

б) полимеризация:

nС₂Н₄ (С₂Н₄)_n + Q

в) циклизация:

СН₂

СН₂ = СН (СН₂)₃СН₃ CН₂ СН₂ + Q

СН₂ СН₂

СН₂

г) дегидрирование олефинов с образованием диолефинов:

СН₂ = СН – СН₂ – СН₃ СН₂ = СН – СН = СН₂ + Н₂ + Q

д) конденсация диолефинов с олефинами:

СН₂ СН

СН СН₂ СН СН

+ 2Н₂ + Q

СН СН₂ СН СН

СН₂ СН

Таким образом, продуктами пиролиза являются газообразные, жидкие и твердые углеводороды (пирогаз, смолы, кокс).

Итак, основная реакция пиролиза (особенно в случае использования в качестве сырья нефтяных фракций) - крекинг углеводородной цепи с образованием олефина и парафина. Ее первичные продукты могут претерпевать дальнейшее расщепление. В конечном итоге получается смесь легких углеводородов, богатая олефинами. Дегидрирование соответствующих олефинов приводит к образованию ацетилена и его производных, а также бутадиена и других диеновых углеводородов, обладающих высокой реакционной способностью. Последние в условиях пиролиза вступают в реакции циклизации или Дильса-Альдера. При дегидрировании из циклоолефинов получаются арены, в частности бензол, являющиеся, в свою очередь, предшественниками полициклических углеводородов и кокса. Протеканию последних реакций (значит, и увеличению отложения кокса) благоприятствует повышение температуры до 900-1400°С

Другой нежелательный процесс - полимеризация ненасыщенных углеводородов в условиях пиролиза практически не протекает. Это реакция экзотермична и начи-нается лишь при понижении температуры. Быстрое преодоление температурной области, где она уже возможна, и скорость ее еще высока - основная задача стадии охлаждения газов пиролиза [6].