Studenta: Stan Andreia

Grupa: 3156

Anul: IV

Ploiesti

2012-2013

1 | P a g e

Tema proiectului:

Calculul tehnologic al serpentine cuptorului de piroliza a benzinei2 | P a g e

CUPRINS1.Obiectivul proiectului.Date inițiale de proiectare………………………………………42. Considerații generale privind procesul de piroliză……………………………………83. Calculul proprietăților materiei prime………………………………………………….....10 3.1. Densități……………………………………………………………………………………….10 3.2. Temperaturi medii de fierbere funcție de temperatura de fierbere (ASTM) medie volumetrică………………………………………………………….…….….11 3.3. Factor de caracterizare (Watson)………………………………………….…..……12 3.4. Masă molară medie………………………………………………………….……….…..…12 3.5. RaportC

H……………………………………………………………………….….……………..13 3.6. Curba VE (vaporizare la echilibru)……………………………………….……...…13 3.7. Curba VE la presiune diferită de cea atmosferică……………………..………15 3.8. Vâscozități……………………………………………………………………........................174. Calculul serpentine in ZR5.Compozitia amestec de reactie(gaz cracat),a entalpii de functie de x,T.6.Calculul serpentine in ZR7.Discutia rezultatelor.Concluzii.AnexeBibliografie

3 | P a g e

1.OBIECTIVE: Stabilirea numărului de serpentine în paralel; Dimensionarea serpentinei: determinarea lunigimii acesteia în ZC, ZR; număr coturi; bilanțuri masice, termice pe serpentină; determinarea parametrilor de funcționare (presiune, temperatură) de-a lungul serpentinei; estimare VV (LHSV, h-1) și a timpului total de staționare în zona de reacție.

DATE INIȚIALE DE PROIECTARE:1) Caracteristici ale materiei prime (benzină)

- curba de distilare ASTM (STAS):

Nr.Crt. %Vol. distilat Temperatura, ℃1 0 552 5 633 10 704 20 79

4 | P a g e

5 30 876 40 947 50 1018 60 1089 70 11510 80 12211 90 13012 95 13613 100 145

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

140

160

Curba ASTM

% vol distilat

Tem

pera

tura

,0 C

Fig1.Curba de distilare ASTM (STAS)

- Densitate (relativă): d420=0,730

2) Parametri de funcționare a cuptorului

Capacitate de prelucrare: 120 000 t/an; Durată anuală de funcționare: 8 000 h/an; Temperatura în alimentarea cuptorului: tiC= 95℃; Presiunea în alimentarea cuptorului: piC = 5,5bar; Temperatura la care încep reacțiile (temperatura la intrare în zona de reacție): tiR =

650℃;

RaportAburMP

(la intrarea în ZR): ra = 0,62 kg/kg;

Tensiuni termice în zona de convecție (ZC): Φ tC=79620kcal

m2∗h;

5 | P a g e

Tensiuni termice în zona de radiație (ZR): Φ tR=318 470kcal

m2∗h;

Sarcină maximă pentru o serpentină: Smax = 2 500 kg/h; Conversie finală (la ieșire din ZR): xcf = 0,84; Se admite o distribuție a produșilor de reacție constantă de-a lungul serpentine în ZR

(deci dependentă de conversia xc) și identică cu cea de la ieșirea din ZR.

Tabel.Compoziție efluent (gaz cracat „uscat”) ZR.

Nr. Component Compoziție, %masă

Masămolară

1 Hidrogen H2 0,50 2,0162 Metan CH4 5,20 16,0433 Acetilenă C2H2 0,40 26,0384 Etenă C2H4 25,00 28,0545 Etan C2H6 4,10 30,0706 Propenă C3H6 18,40 42,0817 Propan C3H8 2,60 44,0978 «C4’’»

(C3H4; C4H4; 1-C4H6; 1,2-, 1,3-C4H6)C4H5 7,70 53,084

9 Butene(1-C4’; cis-, trans-2-C4’; i-C4’)

C4H8 7,40 56,108

10 Butan (n+i) C4H10 4,70 58,12311 Benzină - 16,00 (xcf) (MP)12 Combustibil lichid greu - 8,00 250

Pentru fracția „combustibil lichid” rezultată din reacție se cunosc:d4

20comb=0,859 ș i K wcomb=11.8(maiexact 0.85872 si respectiv 11.8118) .

3) Caracterisitici constructive

Dimensiuni tuburi: Diametru interior di = 80 mmDiametru exterior de = 100 mmLungime Lu = 8 m

4) Cinetică

6 | P a g e

Se admite o cinetică aparentă (globală) de ordin I pentru piroliza benzinei:νR=k∗Cbz

Unde: νR – viteza de reacție, kmolbz transf

m3∗s;

Cbz – cencentrație materie primă (benzină), kmol

m3 .

Ecuația cinetică se poate scrie sub formă integrată:

ln ( 11−xc )=k∗τ, sau xc=1−e−k∗τ

Unde: xc – conversia benzinei;τ – timp, s;k – constanta de viteză, s-1;

Respectă o dependență Arrhenius de temperatura, cu:

A=1,778∗1011s−1; Ea=210,03kJmol

;

Dependență ce poate fi redată și sub forma din relația următoare:

lg (k )=11,25−10970T

5) Proceduri de calcul. Prezentarea proiectului.

Se folosesc proceduri de calcul simplificate, de exemplu cea pentru serpentine în zona de radiație.Pentru materii prime hidrocarburi inferioare sau fracțiiușoare, la calculul ZR se pot folosi și modele mai simple sau modele cinetice detaliate și procedurile avansate de calcul oferite de programe specializate precum ChemKin.

7 | P a g e

2. Considerații generale privind procesul de piroliză Piroliza,cunoscută și sub denumirea de cracare termică la presiuni joase,este procesul de descompunere termică a hidrocarburilor,care se desfășoară în fazăvapori la temperaturi mai mari de 800˚C,la presiuni joase,sub 5atm,în scopul obținerii olefinelor inferioare folosite ca materii prime în petrochimie. Materiile prime constau din etan,propan,n-butan și amestecuri ale acestora;bezine primare(nafta);rafinatul liber de aromatice al benzinelor din RC;benzene hidrogenate provenind din procesele de cracare termică(reducerea de vâscozitate,cocsare),motorine DA și motorineDV,ca atare sau dezamortizate și desulfurizate parțial prin hidratare.În unele din procesele de piroliză neconvenționale se urmărește piroliza țițeiului și a produselor reziduale rezultate din prelucrarea acestuia. Materia prima se caracterizează prin conținutul de componenți puri,în cazul alimentării cu C2,C3,C4 sau cu amestecuri ale acestora.

INSTALAȚIA DE PIROLIZĂSchema unei instalații de piroliză a benzinei,redusă la parțile component esențiale,este

redată in figura următoare ,distingându-se secția caldă și secția rece a instalației.

8 | P a g e

Fig. Schema de principiu,redusă a unei instalații tipice de piroliză,cu indicarea secției calde și reci.

1-cuptor2-generator de abur3-coloană de fracționare4-compresor5-secție de fracționare

Instalația cuprinde următoarele secții principale: -secția de piroliză propriu-zisă; -secția de pretratare și comprimare a gazelor de piroliză; -secția de recuperare a produselor utile din gazele de piroliză.

După mpdul în care se asigură căldura necesară reacțiilor de piroliză,instalațiile industrial pot fi: -instalații cu cuptor tubular; -instalații cu purtător de căldură în strat mobil; -instalații cu purtător de căldură în strat fluidizat.

În prezent cele mai răspândite sunt instalațiile cu reactor de tip tubular care permit utilizarea unei game largi de materii prime(gazoase și lichide) și o variațiel argă a parametrilor de funcționare.

9 | P a g e

Secțiune tipică unui cuptor de piroliză1-serpentină de reacție2-serpentină de preîncălzire3-arzătoare laterale4-arzătoare de podea5-zidărie refractară6-schelet de rezistență7-podeț de deservire8-scară de acces arzătoare9-suspensie țevi radiație10-gură de acces11-clanpetă de observație12-țevi prîncălzire apă demineralizată13-țevi preîncălzirea buri14-răcitor de gaz cracat15-colector de abur16-ghidaj

3. Calculul proprietăților materiei prime3.1 Densități

Convertirea unei densități relative în alta poate fi făcută cu una din ecuațiile:d4

20=0,730

d15,615,6=0,9952∗d 4

20+0,00806⇒ d15,615,6=0,73456

d15,615,6=1,001∗d4

15,6

10 | P a g e

d15,615,6=0,9915∗ρ20+0,00806

ρ20 este densitatea produsului petrolier în stare lichidă, g/ml, la 20℃.Densitatea API se determină în funcție de densitatea relativăd15,6

15,6 cu relația:

API=141,5

d15,615,6

−131,5⇒ API=61.133

Variația densității, ρL, kg/m3, a unei fracțiuni petroliere sau a unui țiței în fază lichid cu temperatura poate fi estimată cu funcția:

ρL (d 420 , t )=d4

20∗(1000− t−20

2,29−6,34∗d420+5,965∗(d4

20 )2 )Tabelul 1.Nr. Crt %Vol.distilat Temperatura, ℃ Temperatura, K T,K(VE) t,0C(VE)1 0 55 328.15 352.501 79.3512 10 70 343.15 358.422 85.2723 30 87 360,15 359.577 86.4274 50 101 374,15 363.052 89.9025 70 115 388,15 373.408 100.2586 90 130 403,15 380.013 106.8637 100 145 418,15 380.668 107.518

ρL (d 420, t0%vol )=0,730∗(1000−

55−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=699.576kg /m3

ρL (d 420, t10%vol )=0,730∗(1000−

70−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=686.537kg /m3

ρL (d 420, t30%vol )=0,730∗(1000−

87−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=671.759k /m3

ρL (d 420, t50%vol )=0,730∗(1000−

101−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=659.591k /m3

ρL (d 420, t70%vol )=0,730∗(1000−

115−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=647.421kg/m3

ρL (d 420, t90%vol )=0,730∗(1000−

130−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=634.382kg /m3

ρL (d 420, t100%vol )=0,730∗(1000−

145−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗0,7302 )=621.343k /m3

11 | P a g e

50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150580

600

620

640

660

680

700

720

Temperatura, oC

qL,k

g/m

3

Fig.Variația densității unei fracțiuni petroliere în fază lichid cu temperatura.

3.2.Temperaturi medii de fierbere funcție de temperatura de fierbere (ASTM) medie volumetrică

Panta: pa=t 90−t10

80⇒ pa=0,75

℃%

tmVf=55+70+87+101+115+130+1455

=100.6℃

tmMf=tmVf−0,3161379∗e (−1,180970∗10−2∗tmVf23+3,70687∗pa

13 )=100,6−0,3161379∗e

(−1,180970∗10−2∗(100,6 )23+3,70687∗(0,75 )

13 )=93.54℃

tmWf=tmVf +2,599348∗10−2∗e(−2,706421∗10−2∗tmVf

23+5,163875∗pa

14 )=100,6+2,599348∗10−2∗e

(−2,706421∗10−2∗(100.6)23+5,163875∗(0,75 )

14 )=102.379℃

tmCf=tmVf−0,4388152∗e (−8,997031∗10−2∗tmVf9

20 +2,456791∗pa920)=100,6−0,4388152∗e

(−8,997031∗10−2∗(100,6)9

20 +2,456791∗(0,75 )920 )=98.744℃

tmMef=tmVf−0,2161448∗e (−1,279964∗10−2∗tmVf23+3,646779∗pa

13 )=100,6−0,2161448∗e

(−1,279964∗10−2∗( 100,6)23+3,646779∗(0,75 )

13 )

¿100.422℃

tmMef= tmMf +tmCf2

=92.54+98.7442

=95.642℃

tmVf este temperature medie volumetrică (ASTM);tmMf este temperature medie molară;tmWf este temperature medie greutate (masă, „ponderată”);tmCf este temperature medie cubică;

12 | P a g e

tmMef este temperatura de fierbere medie a mediilor.

3.3.Factor de caracterizare (Watson)

Relația recomandată în prezent pentru stabilirea factorului de caracterizare este:

Kw=[1,8∗( tmMef +273,15 ) ]

13

d15,615,6 =

[1,8∗(95.642+273,15)]13

0,73456=11.875

3.4.Masă molară medie

Masa molară medie a unei fracțiuni petroliere se poate determina cu relația:

Mm (d15,615,6 , TmMef )=¿ 42,9654∗TmMef 1,26007∗(d15,6

15,6 )4,98308∗e

(2,097∗10−4∗TmMef−7,78712∗d15,615,6+2,08476∗10−3∗TmMef∗d15,6

15,6 )

¿42,9654∗368.7291,26007∗(0,73456 )4,98308∗e (2,097∗10−4∗368.792−7,78712∗0,73456+2,08476∗10−3∗368.792∗0,73456 )=98.684

TmMef=tmMef +273,15=95.642+273,15=368.792 K

Astfel, relația se poate utilize pentru TmMef cuprinsă între 305 K și 838 K (32-565 ℃), d15,615,6

între 0,63și 0,97și Mm = 70 – 700, cu o eroare de max. cca 7%.

3.5.RaportCH

Raportul masicCH

din molecula medie de hidrocarbură se poate determina cu relatia:

Rw CH

=8,7743∗10−10∗e (7,176∗10−3∗Tb+30,06242∗d15,615,6−7,35∗10−3∗Tb∗d15,6

15,6 )∗Tb−0,98445∗(d15,615,6 )−18,2753

=8,7743∗10−10∗e (7,176∗10−3∗374.15+30,06242∗0,73456−7,35∗10−3∗374.15∗0,73456 )∗374.15−0,98445∗(0,73456 )−18,2753=6.226

Tb=t50%vol+273,15=101+273,15=374,15 K

Cunoscând raportul masicCH

, raportul dintre numărul de atomi de H și cel de C poate fi calculat

cu relatia:

13 | P a g e

RaHC

=

AC

A H

∗1

Rw CH

=

12,0111,008

∗1

6.642=1.794

Unde Acsi AH sunt masele atomice ale carbonului, respective hidrogenului.AC=12,011si A H=1,008

3.6.Curba VE (vaporizare la echilibru)

Curba VE a fractiunii petroliere se poate determina prin calcul, pe baza curbei de distilare ASTM, cu ajutorul metodei Riazi-Daubert. Aceasta foloseste următoarele relatii pentru găsirea temperaturilor, TiVE, K, de pe curba VE, plecând de la temperaturile TiASTM, K, de pe curba ASTM.

T iVE=A i∗(T iASTM )Bi∗(d15,615,6 )Ci

Coeficientii Ai, Bi si Cisunt dati în următorul tabel.

Tabel 2.Coeficienti din relatie pentru convertirea curbei de distilare ASTM la curba VE.

I %Vol. distilat

Ai Bi Ci Domeniu de temperatură (ASTM), ℃

1 0 2,9747 0,8466 0,4209 10 – 2652 10 1,4459 0,9511 0,1287 60 – 3203 30 0,8506 1,0315 0,0817 90 – 3404 50 3,2680 0,8274 0,6214 110 – 3555 70 8,2873 0,6871 0,9340 130 – 4006 90 10,6266 0,6529 1,1025 160 – 5207 100 7,9952 0,6949 1,0737 190 – 430

T 1VE=2,9747∗(55+273,15 )0,8466∗0,734560,4209=352.501K

14 | P a g e

T 2VE=1,4459∗(70+273,15 )0,9511∗0,734560,1287=358.422 K

T 3VE=0,8506∗(87+273,15 )1,0315∗0,734560,0817=359.577 K

T 4VE=3,2680∗(101+273,15 )0,8274∗0,734560,6214=363.052 K

T 5VE=8,2873∗(115+273,15 )0,6871∗0,734560,9340=373.408 K

T 6VE=10,6266∗(130+273,15 )0,6529∗0,734561,1025=380.013K

T 7VE=7,9952∗(145+273,15 )0,6949∗0,734561,0737=380.668 K

Tabel 3

%Vol. distilat

Temperatura pe curba VE la presiunea atmosferică, K

Temperatura pe curba VE la presiunea atmosferică, ℃

0 352.501 79.35110 358.422 85.27230 359.577 86.42750 363.052 89.90270 373.408 100.25890 380.013 106.863100 380.668 107.518

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

% Volum

Tem

pera

tura

0C

Fig.Curba VE la presiune atmosferică.

3.7.Curba VE la presiune diferită de cea atmosferică

15 | P a g e

Relatia următoare poate fi utilizată pentru determinarea curbei VE la diferite presiuni p, bar, pe baza curbei VE la presiune atmosferică.

log ( p )=3,2041∗(1−

0,998∗Tnf−41Tf−41

∗1393−Tf

1393−Tnf )

Tf=1393+

410,998

∗( log (p )3,2041

−1)∗Tnf−1393

Tnf−41

1+

10,998

∗( log (p )3,2041

−1)∗Tnf−1393

Tnf−41

Presiunea : p=5,5 ¿̄

Tf 1=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗352.501−1393

352.501−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗352.501−1393

352.501−41

=414.431K

Tf 2=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗358.422−1393

358.422−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗358.422−1393

358.422−41

=426.078K

Tf 3=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗359.577−1393

359.577−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗359.577−1393

359.577−41

=427.399 K

16 | P a g e

Tf 4=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗363.052−1393

363.052−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗363.052−1393

363.052−41

=431.301 K

Tf 5=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗373.408−1393

373.408−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗373.408−1393

373.408−41

=443.025 K

Tf 6=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗380.013−1393

380.013−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗380.013−1393

380.013−41

=450.451K

Tf 7=1393+

410,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗380.668−1393

380.668−41

1+

10,998

∗( log10(5,5)3,2041

−1)∗380.668−1393

380.668−41

=451.335 K

Tabel 4.

%Volum Temperatura pe curba VE la presiunea de 5,5 bar, K

Temperatura pe curba VE la presiunea de 5,5 bar, ℃

0 414.431 141.28110 426.078 152.92830 427.399 154.24950 431.301 158.15170 443.025 169.87590 450.451 177.301100 451.335 178.185

17 | P a g e

0 20 40 60 80 100 1200

20

40

60

80

100

120

140

160

180

200

%Volum

Tem

pera

tura

, 0C

Fig.Curba VE la presiunea de 5,5 bar

3.8.Vâscozităti

Vâscozitatea cinematică, νL, m2/s, a unei fractiuni petroliere lichide la diferite temperaturi t, ℃, se poate exprima cu relatia:

νL (d15,615,6, Kw , t )=

[ 101,766

(d15,615,6∗K w )0,525 −29,263]∗10−6∗Kw

xv (d15,615,6 ,K w)

∗exv (d15,6

15,6 , Kw )t+273

Unde:

xv (d15,615,6 , Kw )=e

[4,717+0,0029254∗(d15,615,6∗Kw )3 ]⇒ xv (d15,6

15,6 ,Kw )=¿779.487

Relatie valabilă pentru:

(K w∗d15,615,6 )<10,74⇒ (11.875∗0,73456 )<10,74⇒8.723<10.74(F )

νL (d15,615,6, Kw , t0%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11,875 )0,525 −29,263]∗10−6∗11.875

779.487∗e

. 779.487141.281+273=3.376∗10−7m2/s

νL (d15,615,6, Kw , t10%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11,875 )0,525−29,263 ]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487152.928+273=3.207∗10−7m2/ s

νL (d15,615,6, Kw , t30%vol )=

[ 101,766

(0,7345∗11,875 )0,525−29,263 ]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487154.249+273=3.189∗10−7m2/s

18 | P a g e

νL (d15,615,6, Kw , t50%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11,875 )0,525−29,263 ]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487158.151+273=3.136∗10−7m2/s

νL (d15,615,6, Kw , t70%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11.875 )0,525−29,263 ]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487169.875+273=2.990∗10−7m2/s

νL (d15,615,6, Kw , t90%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11,875 )0,525 −29,263]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487177.301+273=2.904∗10−7m2/s

νL (d15,615,6, Kw , t100%vol )=

[ 101,766

(0,73456∗11.875 )0,525−29,263]∗10−6∗11,875

779.487∗e

779.487178.185+273=2.895∗10−7m2/s

Metoda permite determinarea vâscozității cinematice, cSt, a unei fracțiuni petroliere lichide pe baza t50% vol. distilate:

νL=AV∗e( BV

Tb )

Unde: AV=(91,83∗Tb−0,175−29,263 )∗K w

BV

BV=e4,717+0,00526∗Tb

Tb este temperatura, K, la 50% vol. distilate.Tb=374.15K

BV=e4,717+0,00526∗374.15⇒BV=800.334

AV=(91,83∗374.15−0,175−29,263 )∗11,875

800.334⇒ AV=0,0489

νL=AV∗e( BV

Tb )⇒ νL=0,0489 ¿e

( 800.334374.15 )

⇒ν L=0,415 cSt

19 | P a g e

4.Calculul de dimensionare al cuptorului de piroliză

4.1. Zona de convecție

10 serpentine în paralel

GMP=GMPtotal

10=1500

kgh

Ga=GMP∗ra=1500kgh

∗0,62kgaburkgmp

=930kgh

Împărțim serpentina în trei zone: Zona în care au loc fenomene fizice – încălzirea benzinei în stare lichidă până la t0%VE la

p=5,5 bar; Zona de vaporizare și încălzire a benzinei până la t100%VE la p=5,5 bar; Zona de serpentină în care are loc încălzirea benzinei în stare vapori.

4.1.1.Calculul serpentine însectorul 1 din zona de convecție (ZC)

tic=950Cpic=5,5 barti2c=t0%VE(5.5)= 141.281˚C

pi2C< p iC

Δ p1C=p iC−p i2C

Ecuația de bilanț termic pe sectorul 1: GMP∗hMPtiC +Q f 1C=GMP∗hMP

t i2 C

Qf 1C=Φtc∗π ¿de∗L1C

Entalpia amestecurilor complexe de hidrocarburi (fracțiunilor petroliere) în stare lichid, kJ/kg, la o temperatură t, ℃, se poate stabili cu ecuația simplă:

I L (d15,615,6 ,K w , t )=[ (2,964−1,332∗d15,6

15,6 )∗t+(0,003074−0,001154∗d15,615,6 )∗t 2 ]∗(0,0538∗Kw+0,3544 )

Cu originea IL=0 pentru lichid la 0℃I L (d15,6

15,6 ,K w , tiC )=[ (2,964−1,332∗0,73456 )∗100+ (0,003074−0,001154∗0,73456 )∗952 ]∗(0,0538∗11.875+0,3544 )=¿217.178kJ /kg

20 | P a g e

I L (d15,615,6 ,K w , ti2C )=[ (2,964−1,332∗0,73456 )∗141.281+(0,003074−0,001154∗0,73456 )∗141.2812 ]∗(0,0538∗11,875+0,3544 )=322.775kJ /kg

L1C=GMP∗(hMP

ti2 C−hMPtiC )

π∗de∗Φtc

=1500∗(322.775−217.178)

π∗0,1∗79620=6.332m

Căderea de presiune, Δp, pentru curgerea la interiorul conductei poate fi determinată cu ajutorul ecuației:

Δ p=

λ∗Ld i

∗ρ∗w2

2

Coeficientul k de rugozitate pentru conductele de oțel în exploatare are valoarea: k=5 m

λ=0,01∗( kd i )0,314

=0,01∗( 50,08 )

0,314

=0,0366

Variația densității, ρL, kg/m3, a unei fracțiuni petroliere se calculează cu relația:

ρL (d 420 , t )=d4

20∗(1000− t−20

2,29−6,34∗d420+5,965∗(d4

20 )2 )ρMPiC

(d420 , t iC)=0,730∗(1000−

95−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗(0,730 )2 )=664.864 kg /m3

ρMPi2 C(d4

20 ,t i2C )=0,730∗(1000−141.281−20

2,29−6,34∗0,730+5,965∗(0,730 )2 )=624.669 kg/m3

ρm1C=ρMPiC

+ ρMPi 2C

2=664.864+624.669

2=644.766kg /m3

w iC=

GMP

ρMPiC

3600∗π∗d i2

4

=4∗GMP

3600∗π∗di2∗ρMPiC

= 4∗15003600∗π∗(0,08 )2∗664.864

=0,124m /s

w i2C=4∗GMP

3600∗π∗d i2∗ρMPi2 C

= 4∗1500

3600∗π∗( 0,08 )2∗624.669=0,133m / s

w1C=wiC+w i2C

2=0,124+0,133

2=0.1285m /s

21 | P a g e

Δ p1C=

λ∗L1C

d i

∗ρm1C∗w2

2=

0,0366∗6.3320,08

∗644.766∗0,12852

2=15.421Pa

ℜm1C=d i∗w1C∗ρm1C

μm1C

ℜm1C=d i∗w1C

νm1C

t iC=95℃t i2C=141.281˚ C

tm1C=t iC+ ti2C

2=95+141.281

2=118.141℃

νL (d15,615,6, Kw , tm1C )=

[ 101,766

(0,73456∗11.875 )0,525 −29,263]∗10−6∗11,875

812,344∗e

812,344118.141+273=1.025∗10−7m2/s

ℜm1C=d i∗w1C

νm1C

=0,08∗0,12851.025∗10−7 =1002926.829≫2300⇒Regim turbulent ,chiar rugoz

Qf 1C=Φtc∗π ¿de∗L1C=79620∗π∗0,1∗6.332=1.583∗105 kJ /h

4.1.2. Calculul serpentine în sectorul 2 din zona de convecție (ZC)

ti2c=141.281˚Cpi2c=5.499 barti3c=t100%VE= 178.185 0Cpi3c=5.261 bar

Δ p1C=15.421Pa=1.542∗10−4 ¿̄pi2C=piC−Δ p1C=5,5−1.542∗10−4=5,499 ¿̄Φ tc∗π∗de∗L2C=GMP∗(HMP

ti 3C−hMPt i2C )

I L (d15,615,6 ,K w , ti2C )=[ (2,964−1,332∗0,73456 )∗141.281+(0,003074−0,001154∗0,73456 )∗141.2812 ]∗(0,0538∗11.875+0,3544 )=322.775kJ /kg

Pentru fracțiuni petroliere vapori, entalpia specifică, kJ/kg, se poate calcula cu relația:

IV (d15,615,6 ,K w ,t )=532,17−210,61∗d15,6

15,6+(1,8213−0,45638∗d15,615,6 )∗t+(0,0023447−0,00059037∗d15,6

15,6 )∗t2+( 4,187∗t−837 )∗(0,07∗Kw−0,84 )

IV (d15,615,6 ,K w ,t i3C )=532,17−210,61∗0,73456+(1,8213−0,45638∗0,73456 )∗178.185+ (0,0023447−0,00059037∗0,73456 )∗178.1852+ (4,187∗178.185−837 )∗(0,07∗11,875−0,84 )=643.054kJ /kg

22 | P a g e

Φtc∗π∗de∗L2C=GMP∗(HMPti 3C−hMP

t i2C )⇒79620∗π∗0,1∗L2C=1500∗(703.005−322.775 )⇒L2C=22.802m

Număr de coturi: n1C=0n2C=3

Lech cot=75∗d i

Lech2C=L2C+n2C∗75∗d i=22.802+3∗75∗0,08=40.802m

Δ p2C=

λ∗Lech2 C

d i

∗ρm2C∗(wm2C )2

2ρi2C=624.669 kg /m3

ρi3C=pi3C∗MMP

R∗T i3C

=( pi2C−Δ p2C )∗M MP

R∗T i3C

ρm2C=ρi2C+ρi3C

2

wm2C=wi2C+w i3C

2

Δ p2C=λ∗Lech 2C∗GMP

2

36002∗π2∗d i5 ∗[ ρi2C+

100∗MMP∗( pi2C−10−5∗Δ p2C )R∗T i3C

]∗[ 1ρi2C

+R∗T i3C

100∗M MP∗( pi2C−10−5∗Δ p2C ) ]2

=0,0366∗40.802∗15002

36002∗π2∗0,085 ∗[624.669+100∗102,481∗(5,5−10−5∗Δ p2C )

8,314∗451.185 ]∗[ 1624.669

+ 8,314∗451.185

100∗102,481∗(5,5−10−5∗Δ p2C ) ]2

Δ p2C=23827.5Pa=0.238 ¿̄

w i3C=4∗GMP

ρi3C∗π∗d i2∗3600

=4∗GMP

pi3C

R∗T i3C

∗MMP∗π∗d i2∗3600

= 4∗15005,261

0,083∗451.185∗102,481∗π∗0,082∗3600

=5.757m /s

wm2C=wi2C+w i3C

2=0,133+5.757

2=2.945m / s

ρi3C=( pi2C−Δ p2C )∗MMP

R∗T i3C

=(5,499−0.238 )∗102,481

0,083∗451.185=14.397 kg /m3

ρm2C=ρi2C+ρi3C

2=624.669+14.397

2=319.533kg /m3

t i2C=141.281℃t i3C=178.185℃

23 | P a g e

tm2C=t i2C+ ti3C

2=141.281+178.185

2=159.733℃

νL (d15,615,6, Kw , tm2C )=

[ 101,766

(0,73456∗11,875 )0,525 −29,263]∗10−6∗11,875

812,344∗e

812,344159.733+273=3.226∗10−7m2/ s

ℜm2C=di∗w2C

νm2C

=0,08∗2.9453.226∗10−7 =730316.2≫2300⇒Regim turbulent

Qf 2C=Φtc∗π ¿de∗L2C=79620∗π∗0,1∗22.802=5.703∗105 kJ /h

4.1.3. Calculul serpentine în sectorul 3 din zona de convecție (ZC)

ti3c=178.1850Cpi3c=5.261 bartiR=650˚C

pi3C=pi2C−Δ p2C=5,499−0,238=5,261 ¿̄

Φ tc∗π∗de∗L3C=GMP∗(HMPtiR −H MP

ti 3C )

IV (d15,615,6 ,K w ,t i3C )=532,17−210,61∗0,73456+(1,8213−0,45638∗0,73456 )∗178.185+ (0,0023447−0,00059037∗0,734456 )∗178.1852+ (4,187∗178.185−837 )∗(0,07∗11.875−0,84 )=703.729kJ / kg

IV (d15,615,6 ,K w ,t iR )=532,17−210,61∗0,73456+(1,8213−0,45638∗0,73456 )∗650+(0,0023447−0,00059037∗0,73456 )∗6502+(4,187∗650−837 )∗(0,07∗11,875−0,84 )=2134.328kJ /kg

Φtc∗π∗de∗L3C=GMP∗(HMPtiR −HMP

ti 3C )⇒79620∗π∗0,1∗L3C=1500∗(2134.328−703.729 )⇒L3C=85.790m

n3C=12coturiLech cot=75∗d i

Lech3 C=L3C+n3C∗75∗d i=85.790+12∗75∗0,08=157.79

Δ p3C=λ∗R∗GMP

2 ∗Lech3C

100∗36002∗π2∗d i5∗M MP

∗( pi3C

T i3C

+p i3C−10−5∗Δ p3C

T iR)∗(T i3C

pi3C

+T iR

pi3C−10−5∗Δ p3C)

2

= 0,0366∗8,314∗15002∗151.79

100∗36002∗π2∗0,085∗102,481∗( 5,261

451.335+

5,261−10−5∗Δ p3C

923,15 )∗( 451.3355,261

+ 923,15

5,261−10−5∗Δ p3C)

2

Δ p3C=28074.9Pa=0,281 ¿̄

w i3C=4∗GMP

ρi3C∗π∗d i2∗3600

=4∗GMP

pi3C

R∗T i3C

∗MMP∗π∗d i2∗3600

= 4∗15005,261

0,083∗451.335∗102,481∗π∗0,082∗3600

=5.759m /s

24 | P a g e

ρi3C=pi3C

R∗T i3C

∗MMP=5,261

0,083∗451.335∗102,481=14.392kg /m3

t i3C=178.185℃t iR=650℃

tm3C=ti3C+tiR

2=178.185+650

2=421,674℃⇒T 3mC=503.185 K

Pentru determinarea vâscozității dinamice a unei fracțiuni petroliere vapori, μV, la presiuni joase (sub 5-10 bar) se poate utilize relația:

μV (M MP ,T )=−0,0092696+(0,001383−5,9712∗10−5∗M MP

12)∗T 1

2+1,1249∗10−5∗M MP

μV (M MP ,T 3mC )=−0,0092696+(0,001383−5,9712∗10−5∗102,48112)∗503.185

12 +1,1249∗10−5∗102,481=0.0093cP=0.934∗10−5kg /m∗s

μV (M MP ,T iR )=−0,0092696+(0,001383−5,9712∗10−5∗102,48112)∗503.185

12 +1,1249∗10−5∗102,481=0.00935 cP=0.935∗10−5 kg /m∗s

μm3C=μV (M MP , T 3mC )+μV (MMP , T iR )

2=0.934∗10−5+0.935∗10−5

2=0.9345∗10−5 kg /m∗s

piR=pi3C−Δ p3C=5,261−0,281=4.98 ¿̄

w iR=4∗GMP

ρiR∗π∗d i2∗3600

=4∗GMP

p iR

R∗T iR

∗MMP∗π∗d i2∗3600

= 4∗15004,98

0,083∗503.185∗102,481∗π∗0,082∗3600

=6.783m /s

wm3C=wiR+wi3C

2=6.783+5.759

2=6.27m /s

ρiR=( pi3C−Δ p3C )∗M MP

R∗T iR

=(5,214−0,301 )∗102,481

0,083∗923,15=6,571kg /m3

ρm3C=ρi3C+ρiR

2=5,261+6,571

2=5.916kg /m3

ℜ3C=di∗wm3C∗ρm3C

μm3C

=0,08∗6.27∗5.9160.9345∗10−5 =3969322.63

i: Qf 3C=Φtc∗π∗de∗L3C

QMPi3C=GMP∗H i3C

e: QMPeC=GMP∗H eC

25 | P a g e

Φ tc∗π∗de∗L3C+GMP∗H i3C=GMP∗H eC

Qf 3C=Φtc∗π ¿de∗L3C=79620∗π∗0,1∗151.79=3.797∗106 kJ /h

IV (d15,615,6 ,K w ,t i3C )=532,17−210,61∗0,73456+(1,8213−0,45638∗0,73456 )∗178.185+ (0,0023447−0,00059037∗0,73456 )∗178.1852+ (4,187∗178.185−837 )∗(0,07∗11,875−0,84 )=694.729kJ /kg

QMPi3C=GMP∗H i3C=1500∗694.729=0.974∗106 kJ /kg

IV (d15,615,6 ,K w ,t eC )=532,17−210,61∗0,73456+ (1,8213−0,45638∗0,73456 )∗650+ (0,0023447−0,00059037∗0,73456 )∗6502+ (4,187∗650−837 )∗(0,07∗11.875−0,84 )=2134.328kJ /kg

QMPeC=GMP∗H eC=1500∗2134.328=3201492kJ / kg

5.Zona de radiație (ZR)

MP (0,84 g )→H 2 (0,005 g )+CH 4 (0,052 g )+C2H 2 (0,004 g )+C2H 4 (0,25 g )+C2H 6 (0,041 g )+C3H 6 (0,184 g )+C3 H8 (0,026 g )+C4 H 5 (0,077 g )+C4 H 8 ( 0,074 g )+C4H 10 (0,047 g )+„comb”(0,08g)

C7,24H 15,41

Compoziție, entalpie amestec de reacție funcție de conversia curentă.I ig Comp Mi

g/molgfi (xcf=0,84)g/g MP alim n fi=

g fi

M i

10-3mol/gMP alim

gi (xc)=g fi

xcf

∗xc

g/g MP alim

ni (xc )=gi (xc )M i

1 0 H2 2,016 0,005 2,480 0,0050,84

∗xc0,0050,84

∗xc

2,0162 1 CH4 16,043 0,052 3,241 0,052

0,84∗xc

0,0520,84

∗xc

16,0433 2 C2H2 26,038 0,004 0,153 0,004

0,84∗xc

0,0040,84

∗xc

26,0384 3 C2H4 28,054 0,250 8,911 0,250

0,84∗xc

0,2500,84

∗xc

28,0545 4 C2H6 30,070 0,041 1,363 0,041

0,84∗xc

0,0410,84

∗xc

30,0706 5 C3H6 42,081 0,184 4,372 0,184

0,84∗xc

0,1840,84

∗xc

42,081

26 | P a g e

7 6 C3H8 44,097 0,026 0,589 0,0260,84

∗xc0,0260,84

∗xc

44,0978 7 C4H5 53,084 0,077 1,450 0,077

0,84∗xc

0,0770,84

∗xc

53,0849 8 C4H8 56,108 0,074 1,318 0,074

0,84∗xc

0,0740,84

∗xc

56,10810 9 C4H10 58,123 0,047 0,808 0,047

0,84∗xc

0,0470,84

∗xc

58,12311 MP

benzină102,481 0,160

(1-xcf)1,561 1−xc 1−xc

102,48112 Comb 250 0,080 0,320 0,080

0,84∗xc

0,0800,84

∗xc

25013 H2O 18,015 0,600

(ra)33,305 ra ra

18,015Σ 1,600

(1+ra)59,871 1,600

(1+ra)0,020016∗xc+0,0430635

ntsp (xc )=0,020016∗xc+0,0430635mol / gMPalim

Mm=∑i=1

13

y i∗M i=∑ ni(xc )ntsp (xc)

∗M i

Mms (xc )= 1+ran tsp(xc )

= 1+0,620,020016∗xc+0,0430635

= 1,620,020016∗xc+0,0430635

5.1.Entalpia de reacție. Entalpia amestecului de reacție

ΔH fi0 (T )=ΔH f 25℃

0 +∫298

T

Cpi (T )dT∗1

1000Cpi (T )=ai+bi∗T+ci∗T

2

KwComb=11.8

d4 Comb20 =0.859⇒d15,6Comb

15,6 =0.863

Cp1 (T )=27,7047+3,38985∗10−3∗T

27 | P a g e

ΔH f 10 (T )=0+∫

298

T

(27,7047+3,38985∗10−3∗T ) dT∗11000

=1,69493∗10−6∗T2+0,0277047∗T−8,40652 kJ /mol

Cp2 (T )=22,3479+48,1275∗10−3∗T

ΔH f 20 (T )=−74,52+∫

298

T

(22,3479+48,1275∗10−3∗T ) dT∗11000

=0,0000240637∗T 2+0,0223479∗T−83,3166kJ /mol

Cp3 (T )=27,9609+60,2362∗10−3∗T−19,46762∗10−6∗T2

ΔH f 30 (T )=228,2+∫

298

T

( 27,9609+60,2362∗10−3T−19,46762∗10−6∗T2 ) dT∗11000

=−6,48921∗10−9T3+0,0000301181T 2+0,0279609∗T+217,365 kJ /mol

Cp4 (T )=10,8667+121,6808∗10−3∗T−37,56525∗10−6∗T2

ΔH f 40 (T )=52,51+∫

298

T

(10,8667+121,6808∗10−3T−37,56525∗10−6T2 ) dT∗11000

=−1,25217∗10−8T 3+0,0000608404T 2+0,0108667∗T +44,2002kJ /mol

Cp5 (T )=10,2338+158,1230∗10−3∗T−45,56065∗10−6∗T 2

ΔH f 50 (T )=−83,82+∫

298

T

(10,2338+158,1230∗10−3T−45,56065∗10−6T2 ) dT∗11000

=−1,51869∗10−8T3+0,0000790615T 2+0,0102338∗T−93,4888 kJ /mol

Cp6 (T )=13,4925+190,9726∗10−3∗T−59,16355∗10−6∗T 2

ΔH f 60 (T )=19,71+∫

298

T

( 13,4925+190,9726∗10−3T−59,16355∗10−6T 2 ) dT∗11000

=−1,97212∗10−8T 3+0,0000954863T2+0,0134925∗T+7,73156kJ /mol

Cp7 (T )=10,8549+237,6317∗10−3∗T−72,91123∗10−6∗T2

ΔH f 70 (T )=−104,68+∫

298

T

(10,8549+237,6317∗10−3T−72,91123∗10−6T 2) dT∗11000

=−2,43037∗10−8T 3+0,000118816T 2+0,0108549∗T−117,823kJ /mol

Cp8 (T )=24,6162+185,6805∗10−3∗T−60,87526∗10−6∗T 2

ΔH f 80 (T )=186,11+∫

298

T

(24,6162+185,6805∗10−3T−60,87526∗10−6T2 ) dT∗11000

=−2,02918∗10−8T3+0,0000928403T 2+0,0246162∗T +171,067kJ /mol

Cp9 (T )=16,9533+258,8119∗10−3∗T−79,77959∗10−6∗T 2

ΔH f 90 (T )=−9,01+∫

298

T

(16,9533+258,8119∗10−3T−79,77959∗10−6T 2) dT∗11000

=−2,65932∗10−8T3+0,000129406T 2+0,0169533∗T−24,8501 kJ /mol

Cp10 (T )=15,5790+312,0373∗10−3∗T−98,17201∗10−6∗T 2

ΔH f 100 (T )=−129,985+∫

298

T

(15,5790+312,0373∗10−3T−98,17201∗10−6T 2 ) dT∗11000

=−3,2724∗10−8∗T3+0,000156019∗T 2+0,015579∗T−147,617 kJ /mol

ΔH fMP0 (T )=ΔH f 11

0 (T )=−100+MMP

1000∗∫

298

T

C p ( t )dT=−100+M MP

1000∫298

T

(−1,69578+0,29309 K w−0,45638d15,615,6 )dT +

M MP

1000∗10−3∫

298

T

(4,6894−1,18074 d15,615,6 ) (T−273 )dT=−100+ 102,481

1000∫298

T

(−1,69578+0,29309∗11,791−0,45638∗0,745 )dT + 102,4811000

∗10−3∫298

T

(4,6894−1,18074∗0,745 ) (T−273 )dT=0,000195213∗T 2+0,0389407∗T−128,94 kJ /mol

ΔH f Comb0 (T )=ΔH f 12

0 (T )=100+MComb

1000∫298

T

(−1,69578+0,29309 KwComb−0,45638d15,6Comb15,6 )dT +

MComb

1000∗10−3∫

298

T

(4,6894−1,18074d15,6Comb15,6 ) (T−273 )dT=100+ 250

1000∫298

T

(−1,69578+0,29309∗11,1685−0,45638∗0,9189 )dT + 2501000

∗10−3∫298

T

(4,6894−1,18074∗0,9189 ) (T−273 )dT=0,000450552∗T2+0,0435555∗T +47,0096kJ /mol

Cp13H 2O(T )=34,4+0,62775∗10−3∗T+5,6079∗10−6∗T 2

Qabur=1

MH 2O∫T1

T2

C p (T )dT= 118,015∫T1

T2

(34,4+0,62775∗10−3∗T +5,6079∗10−6∗T2 )dT=−1,03764∗10−7∗T 13−0,000017423∗T 1

2−1,90952∗T 1+1,03764∗10−7∗T23+0,000017423∗T 2

2+1,90952∗T 2 kJ /kg

28 | P a g e

i Comp ΔH f 25℃0

kJ /molΔH fi

0(T )kJ /mol

1 H2 0 1,69493∗10−6∗T2+0,0277047∗T−8,406522 CH4 -74,52 0,0000240637∗T 2+0,0223479∗T−83,31663 C2H2 228,2 −6,48921∗10−9T3+0,0000301181T 2+0,0279609∗T+217,3654 C2H4 52,51 −1,25217∗10−8T 3+0,0000608404T 2+0,0108667∗T +44,20025 C2H6 -83,82 −1,51869∗10−8T3+0,0000790615T 2+0,0102338∗T−93,48886 C3H6 19,71 −1,97212∗10−8T3+0,0000954863T 2+0,0134925∗T +7,731567 C3H8 -104,68 −2,43037∗10−8T 3+0,000118816T 2+0,0108549∗T−117,8238 C4H5 186,11 −2,02918∗10−8T 3+0,0000928403T 2+0,0246162∗T+171,0679 C4H8 -9,01 −2,65932∗10−8T3+0,000129406T 2+0,0169533∗T−24,850110 C4H10 -129,985 −3,2724∗10−8∗T 3+0,000156019∗T 2+0,015579∗T−147,61711 MP

benzină-100 0,000195213∗T 2+0,0389407∗T−128,94

12 Comb 100 0,000450552∗T2+0,0435555∗T+47,009613 H2O -241,814

i Comp ΔH fi0∗1000∗ni (xc )

xckJ /kgMP reac ț ionat ă

1 H2 50,84∗2,016

∗[1,69493∗10−6∗T 2+0,0277047∗T−8,40652 ]2 CH4 52

0,84∗16,043∗[0,0000240637∗T 2+0,0223479∗T−83,3166 ]

3 C2H2 40,84∗26,038

[(−6,48921)∗10−9T 3+0,0000301181T 2+0,0279609∗T +217,365 ]4 C2H4 250

0,84∗28,054[(−1,25217)∗10−8T 3+0,0000608404T2+0,0108667∗T +44,2002 ]

5 C2H6 410,84∗30,07

[(−1,51869)∗10−8T 3+0,0000790615T 2+0,0102338∗T−93,4888]

6 C3H6 1840,84∗42,081

[(−1,97212)∗10−8T 3+0,0000954863T 2+0,0134925∗T +7,73156]

7 C3H8 260,84∗44,097

[ (−2,43037)∗10−8T 3+0,000118816T 2+0,0108549∗T−117,823]

8 C4H5 770,84∗53,084

[(−2,02918)∗10−8T3+0,0000928403T 2+0,0246162∗T +171,067 ]

9 C4H8 740,84∗56,108

[(−2,65932)∗10−8T 3+0,000129406T 2+0,0169533∗T−24,8501]

10 C4H10 470,84∗58,123

[(−3,2724)∗10−8∗T3+0,000156019∗T 2+0,015579∗T−147,617 ]

11 MPbenzină

−1000102,481

∗(0,000195213∗T 2+0,0389407∗T−128,94)

29 | P a g e

12 Comb 800,84∗250

∗(0,000450552∗T 2+0,0435555∗T+47,0096)

13 H2OΣ −3,86691∗10−7∗T 3+0,000238042∗T2+0,10363∗T+1358,52

ΔH Rsp (T )=−3,86691∗10−7T 3+0,000238042∗T2+0,10363T +1358,52

i Comp H hspi (xc , T )=1000∗ni (xc )∗ΔH fi0

kJ /kgMP alim saukJ /kg∏ dereac ț ie1 H2 5∗xc

0,84∗2,016∗[1,69493∗10−6∗T 2+0,0277047∗T−8,40652]

2 CH4 52∗xc

0,84∗16,043∗[0,0000240637∗T 2+0,0223479∗T−83,3166]

3 C2H2 4∗xc0,84∗26,038

∗[−6,48921∗10−9T 3+0,0000301181T 2+0,0279609∗T +217,365]

4 C2H4 250∗xc

0,84∗28,054∗[−1,25217∗10−8T3+0,0000608404 T2+0,0108667∗T +44,2002]

5 C2H6 41∗xc

0,84∗30,070∗[−1,51869∗10−8T 3+0,0000790615T2+0,0102338∗T−93,4888 ]

6 C3H6 184∗xc

0,84∗42,081∗[−1,97212∗10−8T 3+0,0000954863T2+0,0134925∗T +7,73156]

7 C3H8 26∗xc

0,84∗44,097∗[−2,43037∗10−8T 3+0,000118816T 2+0,0108549∗T−117,823 ]

8 C4H5 77∗xc

0,84∗53,084∗[−2,02918∗10−8T3+0,0000928403T 2+0,0246162∗T +171,067]

9 C4H8 74∗xc

0,84∗56,108∗[−2,65932∗10−8T 3+0,000129406T2+0,0169533∗T−24,8501]

10 C4H10 47∗xc

0,84∗58,123∗[−3,2724∗10−8∗T 3+0,000156019∗T2+0,015579∗T−147,617]

11 MPbenzină

1000∗(1−xc)102,481

∗[0,000195213∗T 2+0,0389407∗T−128,94 ]

12 Comb 80∗xc0,84∗250

∗[0,000450552∗T 2+0,0435555∗T +47,0096 ]

13 H2OΣ −3,86691∗10−7∗T 3∗xc+0,00023804∗T 2∗xc+0,00190487∗T 2+0,10363∗T∗xc+0,37998∗T+1358,52∗xc−1258,18

Entalpia amestecului la o anumită temperatură:H hsp (xc , T )=−3,86691∗10−7∗T3∗xc+0,00023804∗T 2∗xc+0,00190487∗T 2+0,10363∗T∗xc+0,37998∗T+1358,52∗xc−1258,18kJ /kgMP alimsau kJ /kg∏ dereacție

30 | P a g e

6.Calculul sperpentinei în sectorul 1 din zona de reacție (ZR)

t iR=650℃=923,15 KpiR=6,571 ¿̄GMP=1500kg /hra=0,62

Bilanț termic pe sector:H h iR=GMP∗H hsp(xc , T iR)H h iR=GMP∗H hsp (xc iR

, T iR )=1500∗(−3,86691∗10−7∗923,153∗0+0,00023804∗923,152∗0+0,00190487∗923,152+0,10363∗923,15∗0+0,37998∗923,15+1358,52∗0−1258,18 )=1,07391004∗106 kJ /h

Presupunem:t i2R=725℃

Δ xc1=0,106382

xci2=0+Δ xc1⇒ xci2=0,106382

Hhci2=GMP∗H hsp (xci2 ,T i2R )=1500∗(−3,86691∗10−7∗998,153∗0,106382+0,00023804∗998,152∗0,106382+0,00190487∗998,152+0,10363∗998,15∗0,106382+0,37998∗998,15+1358,52∗0,106382−1258,18)=1,738158∗106 kJ /h

Qab1=GMP∗ra∗ ∫650+273,15

725+273,15

C pH 2O(T )dT=1500∗0,60∗(−1,03764∗10−7∗T 1

3−0,000017423∗T 12−1,90952∗T 1+1,03764∗10−7∗T2

3+0,000017423∗T 22+1,90952∗T 2 )=1500∗0,60∗(−1,03764∗10−7∗923,153−0,000017423∗923,152−1,90952∗923,15+1,03764∗10−7∗998,153+0,000017423∗998,152+1,90952∗998,15 )=150553,08kJ /h

QR1=GMP∗Δ xc1∗HR sp( 650+7252

+273,15)=1500∗0,106382∗(−3,86691∗10−7∗960,653+0,000238042∗960,652+0,10363∗960,65+1358,52 )=213019,42kJ /h

Calculăm lungimea sectorului pe baza ecuației de bilanț termic:

H hci+Q f 1R=H hci2+Qab1+QR1

1,07391004∗106+Q f 1R=1,738158∗106+150553,08+213019,42⇒Qf 1 R=1,02782∗106 kJ /h

Qf 1R=Φ tR∗π∗de∗L1R

L1R=H hci 2+Q ab1+QR1−H hci

π∗de∗Φ tR

=1,738158∗106+150553,08+213019,42−1,07391004∗106

π∗0,1∗318470=10,273 m

nc1R=1

31 | P a g e

Lech1 R=L1R+nc 1R∗75∗di=10,273+1∗75∗0,08=16,273m

Mms ( xciR )= 1,60,020016∗0+0,0430635

=37,154

Mms ( xci2 )= 1,60,020016∗0,106382+0,0430635

=35,403

Δ p1 R=λ∗R∗Lech1R∗GMP

2 (1+ra )2

π 2∗d i5∗36002 ∗[ p iR∗100∗Mms (xciR )

T iR

+(105∗piR−Δ p1R )∗Mms (xci2 )

1000∗T i2R]∗[ T iR

p iR∗100∗Mms (xciR )+

1000∗T i2R

(105∗piR−Δ p1R )∗Mms (x ci2 ) ]2

=0,0366∗8,314∗16,273∗15002∗(1+0,62 )2

36002∗π2∗0,085 ∗[ 4,913∗100∗37,154923,15

+(105∗4,913−Δ p1 R )∗35,403

1000∗998,15 ]∗[ 923,154,913∗100∗37,154

+ 1000∗998,15

(105∗4,913−Δ p1R )∗35,403 ]2

Δ p1 R=74692 Pa=0.746 ¿̄

ρiR=piR∗Mms (0 )R∗T iR

=6,571∗37,1540,083∗923,15

=3.186kg /m3

ρi2R=(p iR−Δ p1 R )∗Mms (xci2 )

R∗T i2R

=( 4,913−0.746 )∗35,403

0,083∗998.15=1.781kg /m3

ρm1 R=ρiR+ρi2R

2=3.186+1,968

2=2.577 kg/m3

w iR=4∗GMP∗(1+ra )3600∗ρ iR∗π∗di

2 =4∗1500∗(1+0,62)

3600∗3.186∗π∗0,082 =42.149m / s

w i2R=4∗GMP∗(1+ra )

3600∗ρi2R∗π∗d i2 =

4∗1500∗(1+0,62)3600∗1.781∗π∗0,082=75.399m / s

wm1R=wiR+w i2 R

2=42.149+75.399

2=58.774 m/ s

τ1=L1R

wm1R

=10.27358.774

=0.175 s

Verificarea presupunerii făcute:

lg (K )=11,25−10970T

T m1R=650+725

2+273,15=960,65 K

lg (K )=11,25−10970T m1R

⇒K (T m1R)=0,677

32 | P a g e

Δ xc1v=1−e−K (T m1 R)∗τ1=1−e−0,677∗0,166=0,106297

Presupus :Δ xc1=0,106382

6.1 Calculul serpentine în sectorul 2 din zona de radiație (ZR)

GMP=1500kg /hT i2R=998,15K

H hci2=1,738158∗106 kJ /hpi2R=p iR−Δ p1 R=4,913−0.746=4.167 ¿̄xci2=0+Δ xc1=0+0,106382=0,106382

Presupunem: t i3 R=761℃Δ xc2=0,430083

xci3=xci2+Δ xc2=0,106382+0,430083=0,536465Bilanț termic pe sector:i: H hci2=GMP∗H hsp(xci2 , T i2R)

H hci2=GMP∗H hsp (xci2 ,T i2R )=1500∗(−3,86691∗10−7∗998,153∗0,106382+0,00023804∗998,152∗0,106382+0,00190487∗998,152+0,10363∗998,15∗0,106382+0,37998∗998,15+1358,52∗0,106382−1258,18 )=1,738158∗106 kJ /hHhci3=GMP∗H hsp (xci3 ,T i3R )=1500∗(−3,86691∗10−7∗1034,153∗0,536465+0,00023804∗1034,152∗0,536465+0,00190487∗1034,152+0,10363∗1034,15∗0,536465+0,37998∗1034,15+1358,52∗0,536465−1258,18 )=2,798098∗106 kJ /h

Qab2=GMP∗ra∗ ∫725+273,15

761+273,15

C pH 2O(T )dT=1500∗0,60∗(−1,03764∗10−7∗T 1

3−0,000017423∗T 12−1,90952∗T 1+1,03764∗10−7∗T2

3+0,000017423∗T 22+1,90952∗T 2 )=1500∗0,60∗(−1,03764∗10−7∗998,153−0,000017423∗998,152−1,90952∗998,15+1,03764∗10−7∗1034,153+0,000017423∗1034,152+1,90952∗1034,15 )=73431,04 kJ /h

QR2=GMP∗Δ xc2∗HR sp( 725+7612

+273,15)=1500∗0,430083∗(−3,86691∗10−7∗1016,153+0,000238042∗1016,152+0,10363∗1016,15+1358,52 )=841168,85kJ /h

Calculăm lungimea sectorului pe baza ecuației de bilanț termicH hci2+Qf 2R=H hci3+Qab2+QR2

L2R=H hci3+Q ab2+QR2−H hci2

π∗de∗Φ tR

=2,798098∗106+73431,04+841168,85−1,738158∗106

π∗0,1∗318470=19,73m

nc2R=2Lech2 R=L2R+nc 2R∗75∗d i=19,73+2∗75∗0,08=31,73m

Mms ( xci2 )= 1,60,020016∗0,106382+0,0430635

=35,403

Mms ( xci3 )= 1,60,020016∗0,536465+0,0430635

=29,739

De continuat

33 | P a g e

Δ p2R=λ∗R∗Lech2R∗GMP

2 (1+ra )2

π2∗d i5∗36002 ∗[ p i2R∗100∗Mms (xci2 )

T i2R

+( pi2R∗105−Δ p2R )∗Mms ( xci3 )

T i3R∗1000 ]∗[ T i2R

p i2 R∗100∗Mms ( xci2 )+

T i3R

( pi2R∗105−Δ p2R )∗Mms ( xc i3 ) ]2

=0,0366∗8,314∗31,73∗15002∗(1+0,62 )2

36002∗π2∗0,085 ∗[ 4.167∗100∗35,403998,15

+(105∗4,606−Δ p2R )∗29,739

1000∗1034,15 ]∗[ 998,154.167∗100∗35,403

+ 1000∗1034,15

(105∗4,606−Δ p2R )∗29,739 ]2

Δ p2R=848032.2 Pa=0,848 ¿̄

ρi2R=(p iR−Δ p1 R )∗Mms (xci2 )

R∗T i2R

=( 4,913−0.746 )∗35,403

0,083∗998,15=1.781kg /m3

ρi3R=(p i2R−Δ p2R )∗Mms (xci3 )

R∗T i3R

= 1.781∗29,7390,083∗1034,15

=0.617kg /m3

ρm2 R=ρi2R+ρi3 R

2=1.781+0.617

2=1.199kg /m3

w i2R=4∗GMP∗(1+ra )

3600∗ρi2R∗π∗d i2 =

4∗1500∗(1+0,62)3600∗1.781∗π∗0,082=75.399m / s

w i3R=4∗GMP∗(1+ra )

3600∗ρi3R∗π∗di2=

4∗1500∗(1+0,6 2)3600∗0.617∗π∗0,082 =217.645m /s

wm2R=wi2R+wi3R

2=75.399+217.645

2=184.2215m / s

τ 2=L2R

wm2R

= 19. 73184.2215

=0.1065 s

Verificarea presupunerii făcute:

lg (K )=11,25−10970T

T m2R=725+761

2+273,15=1016,15 K

lg (K )=11,25−10970T m2R

⇒K (T m2R)=2,846

Δ xc2v=( 1−xci2 )∗(1−e−K (T m2 R)∗τ2 )=(1−0,106382 )∗(1−e−2,846∗0,232 )=0,431876

Presupus :Δ xc2=0,430083

6.2 Calculul serpentine însectorul 3 din zona de radiație (ZR)

GMP=1500kg /h

34 | P a g e

T i3 R=1034,15 K

H hci3=2,798098∗106 kJ /hpi3R=pi2R−Δ p2R=1.781−0,848=0.933 ¿̄xci3=0+Δ xc1+Δ xc2=0,106382+0,430083=0,536465

Presupunem: t eR=828,622℃Δ xc3=xc f−xci3=0,84−0,536465=0,303535

t eR=828,622℃⇒TeR=828,622+273,15=1101,772K

Bilanț termic pe sector:H hci3=GMP∗H hsp(xci3 , T i3 R)H hci3=GMP∗H hsp (xci3 , T i3R )=1500∗(−3,86691∗10−7∗1034,153∗0,536465+0,00023804∗1034,152∗0,536465+0,00190487∗1034,152+0,10363∗1034,15∗0,536465+0,37998∗1034,15+1358,52∗0,536465−1258,18 )=2,798098∗106 kJ /h

HhceR=GMP∗Hh sp (xcf , T eR)=1500∗(−3,86691∗10−7∗1101,7723∗0,84+0,00023804∗1101,7722∗0,84+0,00190487∗1101,7722+0,10363∗1101,772∗0,84+0,37998∗1101,772+1358,52∗0,84−1258,18)=3,777234∗106 kJ /h

Qab2=GMP∗ra∗ ∫761+273,15

828,622+273,15

Cp H 2O(T )dT=1500∗0,60∗(−1,03764∗10−7∗T 1

3−0,000017423∗T12−1,90952∗T 1+1,03764∗10−7∗T2

3+0,000017423∗T 22+1,90952∗T 2)=1500∗0,62∗(−1,03764∗10−7∗1034,153−0,000017423∗1034,152−1,90952∗1034,15+1,03764∗10−7∗1101,7723+0,000017423∗1101,7722+1,90952∗1101,772)=140092,80kJ /h

QR3=GMP∗Δ xc3∗HR sp(761+828,6222

+273,15)=1500∗0,303535∗(−3,86691∗10−7∗1067,9613+0,000238042∗1067,9612+0,10363∗1067,961+1358,52 )=578088,14 kJ /h

Calculăm lungimea sectorului pe baza ecuației de bilanț termicH hci3+Q f 3R=H hceR+Q ab3+QR3

L2R=H hceR+Qab3+QR3−H hci3

π∗de∗Φ tR

=3,777234∗106+140092,80+578088,14−2,798098∗106

π∗0,1∗318470=16,964m

nc3R=2Lech3 R=L3 R+nc 3R∗75∗d i=16,964+2∗75∗0,08=28,964m

Mms ( xci3 )= 1,60,020016∗0,536465+0,0430635

=29,739

Mms ( xcf )=1,6

0,020016∗0,84+0,0430635=26,721

Δ p3 R=λ∗R∗Lech3R∗GMP

2 (1+ra)2

π2∗d i5∗36002 ∗[ p i3R∗100∗Mms (xci3 )

T i3R

+( pi3R∗105−Δ p3R )∗Mms (xcf )

T eR∗1000 ]∗[ T i3 R

pi3R∗100∗Mms (xci3 )+

T eR

( pi3 R∗105−Δ p3 R )∗Mms (x c f ) ]2

=0,0366∗8,314∗28,964∗15002∗(1+0,6 2 )2

36002∗π2∗0,085 ∗[ 3,754∗100∗29,7391034,15

+(105∗3,754−Δ p3 R )∗26,721

1000∗1101,772 ]∗[ 1034,153,754∗100∗29,739

+ 1000∗1101,772

(105∗3,754−Δ p3R )∗26,721 ]2

Δ p3 R=101291 Pa=1.013 ¿̄

ρi3R=(p i2R−Δ p2R )∗Mms (xci3 )

R∗T i3R

=(4.167−0,848 )∗29,739

0,083∗1034,15=1.149kg /m3

35 | P a g e

ρeR=( pi3R−Δ p3 R )∗Mms (xcf )

R∗T eR

=(3. 754−1.149 )∗26,721

0,083∗1101.772=0.76118kg /m3

ρm3 R=ρi3R+ ρeR

2=1.149+0.76118

2=1.5296 kg/m3

w i3R=4∗GMP∗(1+ra )

3600∗ρi3R∗π∗di2=

4∗1500∗(1+0.6 2)3600∗1.149∗π∗0.082 =116.873m /s

w eR=4∗GMP∗(1+ra)

3600∗ρeR∗π∗d i2 =

4∗1500∗(1+0.62)3600∗0.76118∗π∗0,082 =176.419m /s

wm3R=wi3R+weR

2=116.873+176.419

2=146.65m /s

τ3=L3 R

wm3 R

=16,964146.65

=0.115 s

Verificarea presupunerii făcute:

lg (K )=11,25−10970T

T m3R=761+828,622

2+273,15=1067,961K

lg (K )=11,25−10970T m3R

⇒K (T m3R)=9,508

Δ xc3v= (1−xci3 )∗(1−e−K (T m3R )∗τ3 )=(1−0,536465 )∗(1−e−9,508∗0,112)=0,303725

Presupus :Δ xc2=0,303535

36 | P a g e

Anexe

Nr. Crt %Vol.distilat Temperatura, ℃ Temperatura, K T,K(VE) t,0C(VE)1 0 55 328.15 352.501 79.3512 10 70 343.15 358.422 85.2723 30 87 360,15 359.577 86.4274 50 101 374,15 363.052 89.9025 70 115 388,15 373.408 100.2586 90 130 403,15 380.013 106.8637 100 145 418,15 380.668 107.518

I %Vol. distilat

Ai Bi Ci Domeniu de temperatură (ASTM), ℃

1 0 2,9747 0,8466 0,4209 10 – 2652 10 1,4459 0,9511 0,1287 60 – 3203 30 0,8506 1,0315 0,0817 90 – 3404 50 3,2680 0,8274 0,6214 110 – 3555 70 8,2873 0,6871 0,9340 130 – 4006 90 10,6266 0,6529 1,1025 160 – 5207 100 7,9952 0,6949 1,0737 190 – 430

%Vol. distilat

Temperatura pe curba VE la presiunea atmosferică, K

Temperatura pe curba VE la presiunea atmosferică, ℃

37 | P a g e

0 352.501 79.35110 358.422 85.27230 359.577 86.42750 363.052 89.90270 373.408 100.25890 380.013 106.863100 380.668 107.518

%Volum Temperatura pe curba VE la presiunea de 5,5 bar, K

Temperatura pe curba VE la presiunea de 5,5 bar, ℃

0 414.431 141.28110 426.078 152.92830 427.399 154.24950 431.301 158.15170 443.025 169.87590 450.451 177.301100 451.335 178.185

Proprietățile zonei de convecție:

Proprietățile zonei de radiație:

SectorParametru

1 2 3

ti,℃ 650 725 761pi, bar 6,571 1.781 0.933Δp, bar 0.746 0,848 1.013L, m 10.273 19,73 16,964

38 | P a g e

SectorParametru

1 2 3

ti,℃ 95 141.281 178.185pi, bar 5,5 5,499 5,261Δp, bar 1.542 0.238 0,281L, m 6.332 22.802 85.790nc, coturi 0 3 12Lech, m 40.802m 157.79Rem 1002926.829 730316.2 3969322.63Qf, kJ/h 1.583*105 5.703*105 3.797*106

nc, coturi 1 2 2Lech, m 16,273 31,73 28,964τ, s 0.175 0.1065 0.115Δxc 0,106382 0,430083 0,303535Δxcv 0,106297 0,431876 0,303725

39 | P a g e