hq_trang09
New Member
Download miễn phí Đề tài Thiêí kế phân xướng Cr-acking nhiệt
TÀI LIỆU THAM KHẢO 3
PHẦN I: MỞ ĐẦU 4
PHẦN II: QUÁ TRÌNH Cr-ackING NHIỆT. 7
I. Khái niệm, mục đích và nguyên liệu sử dụng. 7
II. Các phản ứng trong quá trình Cr-acking nhiệt 7
III. Cơ chế của quá trình Cr-acking nhiệt . 9
1. Sự biến đổi các hydrocacbon parafin: 9
a. Thuyết tự do. 11
b. Theo thuyết phân huỷ phân tử 13
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin. 14
3. Sự biến đổi của các hydro cacbon naphten 14
4. Sự biến đổi của các hyđrocacbon thơm. 15
5.Sự biến đổi của các hợp chất lưu huỳnh. 15
IV. Động học của quá trình Cr-acking nhiệt . 16
V. Các thông số công nghệ của quá trình Cr-acking nhiệt . 17
l. Nhiệt độ. 17
2. Tốc độ phản ứng. 18
3. Thời gian phản ứng. 18
4. Ảnh hưởng của áp suất . 18
5. Nguyên liệu. 18
VI. Sản phẩm của quá trình Cr-acking nhiệt 19
1. Sản phẩm khí 19
2. Sản phầm lỏng: 21
a. Xăng Cr-acking nhiệt. 21
b. Sản phẩm gasoil của quá trình Cr-acking nhiệt 22
c. Sản phẩm cặn Cr-acking nhiệt. 23
PHẦN II : TÍNH TOÁN QUÁ TRÌNH CHÁY CỦA LÒ 24
I. Tính quá trình cháy . 25
1. Xác định nhiệt cháy của nguyên liệu theo công thức sau 25
2. Xác định thành phần nguyên tố theo phần trăm trọng lượng 26
3. Xác định lượng không khí lý thuyêt cần đểđốt cháy 1kg không khí theo công thức sau. 27
4. Xác định lượng không khí thực tế cần đế đốt cháy 1 kg khí. 27
5. Xác định lượng sản phẩm cháy được tạo thành khi đốt cháy 1 Kg nhiên liệu. 27
6. Xác định thể tích sản phẩm cháy khi đốt cháy 1 kg nhiên liệu ở điều kiện tiêu chuẩn. 28
7. Xác định hàm nhiệt của các sản phẩm cháy ở các nhiệt độ khác nhau theo phương trình sau: 28
2. Thành phần của nguyên liệu và các sản phẩm nhiệt phân. 30
PHẦN III: SƠ ĐÔ CÔNG NGHỆ CỦA PHÂN XƯỞNG Cr-ackING NHIỆT 32
I. Nguyên lý hoạt dộng của sơ đồ Cr-acking nhiệt. 32
II. Lò ống. 33
III. Thiết bị bay hơi. 34
IV. Thiết bị chưng tách sản phẩm. 34
KẾT LUẬN 35
Để tải tài liệu này, vui lòng Trả lời bài viết, Mods sẽ gửi Link download cho bạn ngay qua hòm tin nhắn.
Ketnooi -
You must be registered for see links
Ai cần tài liệu gì mà không tìm thấy ở Ketnooi, đăng yêu cầu down tại đây nhé:
Nhận download tài liệu miễn phí
Tóm tắt nội dung tài liệu:
n không thể theo dõi được 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 như: sản phẩm xăng, khí gasoil, cốc hay theo thành phần nhóm của xăng.
Và nghiên cứu sự chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của nhiệt, các hydrocacbon riêng lẻ đưa đến kết luận đặc trưng 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 lượng phân tử nhỏ hơn.
CnH2n+2 đ CmH2m + CqH2q+2
Nếu các parafin tạo thành còn phân huỷ được thì vẫn tiếp tục phân huỷ. Các hydrocacbon có trọng lượng phân tử thấp như 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.
CnH2n+2 đ CqH2q+2 + H2
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 như 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 4500C và áp suất tương 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 người ta thường Cr-acking nhiệt ở điều kiện áp suất cao. Trong dẫy parafin metal là chất 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 15000C).
Còn đối với êtan thì điều kiện nhiệt độ phân huỷ có thấp hơn:
Khi trọng lượng 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 hướng:
C2H6
C2H4 + CH4
C3H6 + H2
6000C
Đối với butan ở điều kiện nhiệt độ 500 - 6000C. Sự phân huỷ sẽ xảy ra ở tất cả các vị trí của liên kết C - C và mức độ khử H2 thì không lớn lắm:
n – C4H10
CH4 + C3H6
C4H8 + H2
500-6000C
C2H6 + C2H4
60%
30%
10%
Còn đối với izo - butan thì ngược lại ở điều kiện nhiệt độ như trên nhưng phản ứng chủ yếu là khử hydro:
Izo – C4H10
Izo – C4H6 + H2
C2H6 +C2 H4
500-6000C
CH64 + C3H6
70%
28%
2%
Nói chung đối với các hydrocacbon parafin có số cacbon trong mạch lớn hơn 4 ở điều kiện Cr-acking nhiệt thì sự đứt mạch thường xảy ra ở trung tâm mạch cacbon.
Sự phân huỷ hydrocacbon parafin dưới tác dụng của nhiệt thường được giải thích theo hai thuyết sau đây:
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 hướng của thuyết này. Theo thuyết này cơ chế phân huỷ hydrocacbon parapin sẽ như sau:
* Sự phân huỷ đầu tiên của một phân tử hydrocacbon parafin luôn luôn xảy ra ở liên kết C - C vì năng lượng 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 lượng phân tử khác nhau:
Ví dụ: R – R’ đ R0 + R0'
C7H6 đ C4 H9o + C3H70
* ở điều kiện áp suất thường hay áp suất thấp và ở điều kiện nhiệt độ 6000C chỉ có nguyên tử H0 , gốc metyl (CH3) và gốc elyl (C2H5) 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 lượng phân tử lớn hơn các gốc kể trên trong điều kiện như trên không bền mặc dù chỉ trong khoảnh khắc mà bị phân huỷ trước khi chưa 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.
C5H110’
C4H8 + CH30
C5H10 + H0
Ví dụ:
Như vậy ta thấy rằng nồng độ các gốc tự do trong hỗn hợp phản ứng ngày càng dược tăng lên.
* : Các gốc tự do vừa được 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 +Ho đH2 + H0
R'H + Ro đ RH + R0
C4H1O + CH30 đ CH4 + C4H90
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 º CH và bậc hai CH2 và bậc một CH3 của nguyên tử cacbon và sinh ra các gốc có cấu trúc khác nhau.
Ví dụ như khi nhiệt phân propan:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3 đ CH3 – CH0 – CH3 + CH4
CH3 – CH2 – CH3 + CH30 đ CH3 – CH2 – CH20 + CH4
ở nhiệt độ 600oC 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 chưa bị phân huỷ.
Năng lượng 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 như 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 được sinh ra. Vì thế phần lớn sản phẩm của phản ứng nhận được 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 lượng phân tử thấp hay tạo thành phân tử hydro.
R0 + H0 đ RH
H0 + H0 đ R2
R0 + R’ đ RR’
Kết quả là trong sản phân của phản ứng sẽ thu góp được hydro parafin có trọng lượng phân tử thấp và H2.
b. Theo thuyết phân huỷ phân tử
Giải thích theo thuyết này thì phản ứng đầu tiên của sự chuyển hoá dưới 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 lượng nhỏ hơn. Theo thuyết này khi biến đổi parafin cho rằng không lạo ra hợp chất trung gian bền nào như 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 phương trình sau:
Cm+nH2(m+n)+2 đ CnH2n + 2 + CmH2m
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin.
Trong dầu thô ban đầu, hàm lượng olefin không dáng kể, nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ cao các hợp chất olefin sẽ được 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 lượng phân tử thấp dễ bị trùng hợp. Phản ứng trùng hợp càng mạnh nếu áp suất càng cao. Nhưng nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ p...
Và nghiên cứu sự chuyển hoá hoá học dưới tác dụng của nhiệt, các hydrocacbon riêng lẻ đưa đến kết luận đặc trưng 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 lượng phân tử nhỏ hơn.
CnH2n+2 đ CmH2m + CqH2q+2
Nếu các parafin tạo thành còn phân huỷ được thì vẫn tiếp tục phân huỷ. Các hydrocacbon có trọng lượng phân tử thấp như 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.
CnH2n+2 đ CqH2q+2 + H2
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 như 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 4500C và áp suất tương 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 người ta thường Cr-acking nhiệt ở điều kiện áp suất cao. Trong dẫy parafin metal là chất 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 15000C).
Còn đối với êtan thì điều kiện nhiệt độ phân huỷ có thấp hơn:
Khi trọng lượng 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 hướng:
C2H6
C2H4 + CH4
C3H6 + H2
6000C
Đối với butan ở điều kiện nhiệt độ 500 - 6000C. Sự phân huỷ sẽ xảy ra ở tất cả các vị trí của liên kết C - C và mức độ khử H2 thì không lớn lắm:
n – C4H10
CH4 + C3H6
C4H8 + H2
500-6000C
C2H6 + C2H4
60%
30%
10%
Còn đối với izo - butan thì ngược lại ở điều kiện nhiệt độ như trên nhưng phản ứng chủ yếu là khử hydro:
Izo – C4H10
Izo – C4H6 + H2
C2H6 +C2 H4
500-6000C
CH64 + C3H6
70%
28%
2%
Nói chung đối với các hydrocacbon parafin có số cacbon trong mạch lớn hơn 4 ở điều kiện Cr-acking nhiệt thì sự đứt mạch thường xảy ra ở trung tâm mạch cacbon.
Sự phân huỷ hydrocacbon parafin dưới tác dụng của nhiệt thường được giải thích theo hai thuyết sau đây:
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 hướng của thuyết này. Theo thuyết này cơ chế phân huỷ hydrocacbon parapin sẽ như sau:
* Sự phân huỷ đầu tiên của một phân tử hydrocacbon parafin luôn luôn xảy ra ở liên kết C - C vì năng lượng 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 lượng phân tử khác nhau:
Ví dụ: R – R’ đ R0 + R0'
C7H6 đ C4 H9o + C3H70
* ở điều kiện áp suất thường hay áp suất thấp và ở điều kiện nhiệt độ 6000C chỉ có nguyên tử H0 , gốc metyl (CH3) và gốc elyl (C2H5) 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 lượng phân tử lớn hơn các gốc kể trên trong điều kiện như trên không bền mặc dù chỉ trong khoảnh khắc mà bị phân huỷ trước khi chưa 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.
C5H110’
C4H8 + CH30
C5H10 + H0
Ví dụ:
Như vậy ta thấy rằng nồng độ các gốc tự do trong hỗn hợp phản ứng ngày càng dược tăng lên.
* : Các gốc tự do vừa được 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 +Ho đH2 + H0
R'H + Ro đ RH + R0
C4H1O + CH30 đ CH4 + C4H90
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 º CH và bậc hai CH2 và bậc một CH3 của nguyên tử cacbon và sinh ra các gốc có cấu trúc khác nhau.
Ví dụ như khi nhiệt phân propan:
CH3 – CH2 – CH2 – CH3 đ CH3 – CH0 – CH3 + CH4
CH3 – CH2 – CH3 + CH30 đ CH3 – CH2 – CH20 + CH4
ở nhiệt độ 600oC 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 chưa bị phân huỷ.
Năng lượng 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 như 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 được sinh ra. Vì thế phần lớn sản phẩm của phản ứng nhận được 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 lượng phân tử thấp hay tạo thành phân tử hydro.
R0 + H0 đ RH
H0 + H0 đ R2
R0 + R’ đ RR’
Kết quả là trong sản phân của phản ứng sẽ thu góp được hydro parafin có trọng lượng phân tử thấp và H2.
b. Theo thuyết phân huỷ phân tử
Giải thích theo thuyết này thì phản ứng đầu tiên của sự chuyển hoá dưới 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 lượng nhỏ hơn. Theo thuyết này khi biến đổi parafin cho rằng không lạo ra hợp chất trung gian bền nào như 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 phương trình sau:
Cm+nH2(m+n)+2 đ CnH2n + 2 + CmH2m
2. Sự biến đối của các hợp chất olefin.
Trong dầu thô ban đầu, hàm lượng olefin không dáng kể, nhưng dưới tác dụng của nhiệt độ cao các hợp chất olefin sẽ được 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 lượng phân tử thấp dễ bị trùng hợp. Phản ứng trùng hợp càng mạnh nếu áp suất càng cao. Nhưng nếu tăng nhiệt độ thì tốc độ p...