Расчет реактора гидроочистки

 

3.5.7. Материальный  баланс реактора гидроочистки

На основе материального баланса блока  гидроочистки  составим материальный баланс реактора гидроочистки и сведем его в таблицу 3.9. В реактор поступает сырье, свежий ВСГ и циркулирующий ВСГ, состав которого приведен в таблице 3.8.

 

Таблица 3.8 - Состав циркулирующего водородсодержащего газа

Содержание  компонента	Н2	СН4	С2Н6	С3Н8	ΣС4Н10	ΣС5Н12
yi', мол. доли	0,668	0,15	0,105	0,051	0,017	0,009
yi, масс. доли	0,124	0,223	0,293	0,208	0,092	0,060

 

 

 

3.5.7.1 Среднюю  молекулярную массу ЦВСГ определим  по формуле

 

                                           М_Ц = Σ М_i ∙ y_i',                                                (3.24)

 

М_Ц =2∙0,668+6∙0,15+30∙0,105+44∙0,051+58∙0,017+72∙0,009=

=10,764 кг/кмоль.

 

3.5.7.2 Расход  ЦВСГ на 100 кг сырья определим  по формуле

 

                                           G_Ц =

∙æ,                                            (3.25)

 

G_Ц =

∙300 = 19,22 кг.

 

Таблица 3.9 – Материальный баланс реактора гидроочистки

Наименование	Выход, % масс.	кг/ч
Взято:   Сырье ВСГ свежий ВСГ циркулирующий	100            0,509          19,22	124 378,083           633,083      23 905,467
Итого	119,729	148 916,633
Получено:   Бензиновая фракция очищенная Сероводород Газ сухой + мех. потери ВСГ циркулирующий	100,0004           0,00027           0,50833         19,22	124 378,583                0,333            632,25       23 605,467
Итого	119,729	148 916,633

 

 

3.5.8 Тепловой  баланс реактора гидроочистки

Тепловой  баланс реактора гидроочистки выражается уравнением

 

                             G∙

∙ t_o + ΔS∙q_s + ΔC_н ∙q_н = G∙ ∙t,                             (3.26)

 

где G    – суммарное количество реакционной смеси, % масс.;

            -  средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг∙К);

        t, t_o- температуры на входе в реактор и при удалении серы, ^оС, t_о=360 ^оС;

       ΔS,ΔC_н– количество серы и непредельных углеводородов, удаленных из сырья, % масс.;

        q_s, q_н - тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж/кг.

 

3.5.8.1 Глубину  гидрирования непредельных углеводородов  примем равной глубине обессеривания

 

                                             ΔC_н = C_н ∙ 0,83,                                            (3.27)

 

ΔC_н = 0,05 ∙ 0,83 = 0,042 % масс.

 

3.5.8.2 Количество  тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания равной 0,83, определим по формуле

 

                                            Q_S = Σ q_si ∙g _si,                                                (3.28)

 

где q_si – тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сероорганических  соединений, кДж/кг [17];

       g _si – количество разложенных сероорганических соединений, кг       ( при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений в % масс.)

 

Q_S = 0,00009∙2100 + 0,00021∙3810 = 0,9891 кДж/кг.

 

3.5.8.3 Количество  тепла, выделяемое при гидрировании  непредельных углеводородов, определим  по формуле

 

                                              Q_н = ,                                               (3.29)

 

где q_н – тепловой эффект гидрогенолиза непредельных углеводородов,  кДж/кг, q_н =126 000 кДж/кг.

 

                                              Q_н = = 8 817 кДж.

 

3.5.8.4 Теплоемкость  циркулирующего ВСГ определим  по формуле

 

                        с_ц = Σ с_рi ∙ y_i,                                          (3.30)

 

где с_рi - теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление, кДж/(кг∙К) [17];

        y_i  - массовая доля каждого компонента в циркулирующем газе представлена в таблице 3.8.

 

с_ц = 14,57∙0,124 + 3,35∙0,223 + 3,29∙0,293 + 3,23∙0,208 + 3,18∙0,092 +        + 3,13∙0,06 = 4,63  кДж/(кг∙К).

 

3.5.8.5 Энтальпию  паров сырья при температуре  360 ^оС определим по графику [17]. I³⁶⁰ = 1182 кДж/кг.

 

3.5.8.6 Поправку  к энтальпии паров сырья определим  по значениям приведенных температуры  Т_пр  и давления  Р_пр

 

                                               Т_пр = t_o +

,                                            (3.31)

 

где Т_кр – абсолютная критическая температура сырья, К [17], Т_кр =723 К.

 

Т_пр = 360 +

= 0,875.

 

                                                  Р_пр =

,                                                (3.32)

 

где Р_кр – абсолютное критическое давление сырья, МПа.

 

                                               Р_кр =

,                                         (3.33)

 

где К – коэффициент зависящий от химического состава фракции.

 

                                               К=

,                                             (3.34)

 

К=

= 12,

 

Р_кр =

= 7,3 Мпа,

тогда

Р_пр =

= 0,36.

 

Для найденных  значений Т_пр  и Р_пр определим поправку к энтальпии паров сырья [17]

 

                                                  

= 7,54,                                         (3.35)

тогда

ΔI= 7,54 ∙ 4,2∙

= 169 кДж/кг.

 

3.5.8.7 Энтальпию  сырья с поправкой определим  по формуле 

 

                                               ΔI³⁶⁰ = I³⁶⁰ – ΔI,                                          (3.36)

 

ΔI³⁶⁰ = 1182 – 169 = 1013 кДж/кг.

 

3.5.8.9 Среднюю  теплоемкость реакционной смеси  определим по формуле

 

                         

= (с_с ∙ 100 + с_ц∙19,73)/119,729,                                    (3.37)

 

где с_с – теплоемкость сырья с поправкой на давление, кДж/(кг∙К).

 

                                                   с_с =

,                                              (3.38)

 

с_с =

= 2,81.

 

= (2,81 ∙ 100 + 4,63∙19,73)/119,729 = 3,1 кДж/(кг∙К).

 

3.5.8.10 Температуру  на выходе из реактора определим  по формуле

 

                                                t = t_o +

,                                       (3.39)

 

                                                t = 360 + = 388 ^оС.

 

3.5.9 Требуемый  объем катализатора в реакторе  гидроочистки определим по формуле 

 

                                                V_к =

,                                               (3.40)

 

V_к =

= 41,6 м³.

 

 

3.5.10 Требуемое  количество катализатора в реакторе  гидроочистки определим по формуле 

 

                                               G_к =V_к ∙ ρ_н.к,                                               (3.41)

 

где ρ_н.к – насыпная плотность катализатора, кг/ м³, ρ_к= 800 кг/ м³ [1].

 

G_к = 41,6 ∙800 = 33 280 кг.

3.5.11 Определим  геометрические размеры реактора

3.5.11.1  Диаметр реактора определим по формуле

 

                                              D =

,                                              (3.42)

 

D =

  = 1,88 м.

 

3.5.11.2 Высоту  слоя катализатора определим  по формуле 

 

                                                     Н = 2∙ D,                                               (3.43)

 

Н = 2∙  1,88 = 3,8 м.

 

3.5.12 Расчет  потери напора в слое катализатора

3.5.12.1 Порозность слоя вычислим по формуле

 

                                                  ε = 1-

,                                              (3.44)

 

где ρ_кк – кажущаяся плотность катализатора, кг/м³, ρ_кк = 1512 кг/м³.

 

ε = 1-

= 0,47.

 

3.5.12.2 Объем  смеси определим по формуле

 

                              V_c =

,                                   (3.45)

 

Где t_ср – средняя температура в реакторе, ^оС;

       Z_с – коэффициент сжимаемости, Z_с = 0,57 [17].

 

t_ср =

= 374 ^оС,

 

V_c =

= 458,6 м³ /ч.

 

3.5.12.3 Объем  циркулирующего газа определим  по формуле

 

                            V_ц =

,                                   (3.46)

 

где Z_Ц – коэффициент сжимаемости, Z_Ц = 1 [17].

 

V_ц =

= 4 534,6 м³ /ч.

 

3.5.12.4 Объем  реакционной смеси определим  по формуле

 

                                            V= V_c + V_ц ,                                                  (3.47)

 

V = 458,6 + 4 534,6 = 4 993,2 м³ /ч.

 

3.5.12.5 Линейную  скорость потока определим по  формуле

 

                                                  u=

,                                                (3.48)

 

u=

= 0,136 м/с.

 

3.5.12.6 Среднюю  молекулярную массу смеси определим  по формуле

 

                                             М_ср =

,                                         (3.49)

 

М_ср =

= 45,35.

 

3.5.12.7 Динамическую  вязкость смеси определим по  формуле

 

                                    μ= t_ср∙ (6,6 -2,25 lg М_ср)∙10^-8,                               (3.50)

 

    μ= 360∙ (6,6 -2,25 lg 45,35)∙10^-8 = 1,03 ∙10^-6 кг∙с/м².

 

3.5.12.8 Плотность  реакционной смеси в условиях  процесса определим по формуле

 

                                                ρ_р.см =

,                                          (3.51)

 

ρ_р.см =

= 29,7 кг/м³.

 

3.5.12.9 Потерю  напора в слое катализатора  определим по формуле

 

                     

,                    (3.52)

 

где d – средний диаметр частиц катализатора, м, d=2,6∙10^-3м [1];

         g – ускорение силы тяжести, кг/с².

 

=193 кг/(м²∙м)

 

ΔР = Н∙ 193,

 

ΔР = 10,48∙ 193 = 2022,64 кг/м².

 

Потеря  напора катализатора не превышает предельно  допустимых значений 0,2-0,3 МПа. Поэтому  к проектированию принимают реактор  цилиндрической формы  с высотой и диаметром реакционной зоны 3,6 и     10,48 м соответственно.

 

3.6 Расчет  теплообменного аппарата 

 

Теплообменные аппараты Т-1/1,2,3 и Т-2/1,2,3  предназначены для нагрева двух параллельных потоков газосырьевой смеси ( =0,746 г/см³, =0,750 г/см³) температуры t₄= 280^oC (553 К) за счет охлаждения газопродуктовой смеси ( =0,737 г/см³, =0,741 г/см³) из реактора гидроочистки Р-1  от  температуры t₁= 388^oC (661 К)   до  t₂= 300^oC (573 К).