Катлитический крекинг

 

Көмірсутек санын n анықтау үшін (9) формуланы қолданамыз

      

Мс =

(9)

                     

мұндағы у_а, у_н, у_п – қоректенудегі ароматты, пафтенді, парафинді көмірсутектердің  мөлшері, масса, мөлшер;

                М_а, М_н, М_п – көмірсутектердің орташа молекулярлы массасы;

  М_с - тің мөлшерін (10) формула арқылы анықтаймыз

 

Мс =

(10)

 

Қайта топтастыру арқылы кубтық  теңдеу (11) аламыз

 

n3 = (Mc + 4) n2 + (6 + (ya – 2yH – 3 yП) Mc )n + yH Mc = 0

(11)

Бұл теңдеудің графикалық шешімінің көлемі n = 7,7

Көмірсутектердің молекулярлық массасының сандық мәні:

М_а  = 14n – 6 = 14*7,7 – 6 = 101,8; М_н = 14n  = 14*7,7 = 107,8; М_п = 14n + 2=14*7,7 +2 = 109,8

Шикізаттың компонеттерінің мольдік үлесін (7) формуладан табамыз.Шикізаттың құрамындағы қайта есептеу Кесте 3 - те көрсетілген.

 

Кесте 3 – Шикізат құрамы

 

Қоспалар	Молекулалық масса Мi	Шикізат құрамы
		массалық	мольдік
CnH2n-6	101,8	0,12	0,127
CnH2n	107,8	0,38	0,383
CnH2n+2	109,8	0,50	0,490
Сумма	-	1,00	1,000

 

Шикізаттағы парциалды  қысымды (12) формуламен есептейміз

 

pi = py'i

(12)

 

мұндағы р – аппараттағы  жалпы қысым, Па;

      p_i  – қоспадағы компоненттің парцианалдық қысымы.

 

Шикізаттың санын (кмоль) (13) формуламен есептейміз

 

nc1=

(13)

 

мұндағы – шикізат мөлшері, кг/сағ.

 

 көлемін есептейік

 

Gc =

= 101010,1 кг/сағ

 

Gc –тің сандық мәнін (13) формулаға қойып, есептейміз

 

                              n_c1= = 926,7 кмоль/сағ

 

Шикізат құрамы бойынша есептеу мәндері Кесте 4 - те көрсетілген

 

Кесте 4 – Шикізат құрамы мен саны

 

Компоненттер	Мольдік үлес	Саны, кмоль/сағ
CnH2n-6	0,127	117,69
CnH2n	0,384	354,93
CnH2n+2	0,490	454,08
Сумма	1,000	926,7

 

Сутек құрамды газ  санын (14) формула бойынша анықтаймыз

 

Gr = nr

(14)

 

мұндағы n_r – циркуляцияланатын газ еселігі, м³/м³;

      р_с – сұйық күйдегі шикізат тығыздығы, кг/м³ .Шикізат тығыздығы р_с = * 1000 = 0,7288 * 1000 = 728,8 кг/м³_.

 

G_r =

  = 207896,7 м³/cағ

 

Циркуляцияланған газдың көлемдік шығынын кмоль-ға айландырамыз. n'_r = 207896,7/22,4 = 9281,103 кмоль/сағ.

Циркуляцияланған газдың молекулярлық массасын (15) формуламен анықтаймыз

 

Mr = Ʃ Miy'i	(15)

Циркуляцияланған газдың құрамы бойынша анықталған мәліметтер Кесте 5- те келтірілген.

 

 

 

 

 

 

 

 

Кесте 5 – Циркуляцияланған газдың құрамы

 

Компоненттер	Молекулярлық масса Mi	Мольдік үлестің құрамы у'ri	Mi у'ri	n'r у'ri cаны,кмоль/сағ
H2	2	0,86	1,72	7981,75
CH4	16	0,04	0,64	371,24
C2H6	30	0,05	1,50	464,05
C3H8	44	0,0365	1,606	338,76
C4H10	58	0,0085	0,593	78,89
C5H12	78	0,005	0,36	46,405
Сумма	-	1,00	Mr = 6,4	9281,1

 

Циркуляцияланған газдағы  парафинді көмірсутектің жалпы  саны циркуляцияланған газ және сутегінің  айырымына тең 9281,1 – 7981,75 = 1299,35 кмоль/сағ.

Шикізат қоспасындағы компоненттер мен сутегі құрамын (16) формула бойынша анықтаймыз

 

у'смi =	(16)

Компоненттердің пационалды қысымын  (12) формула боынша есептейміз және нәтижесін Кесте 6 - те көрсетеміз.

 

Кесте 6 – Шикізат қоспасы  мен сутегі құрамы

 

Компоненттер	Саны, кмоль/сағ	Құрамы, мольдік үлес	Парцианалды қысым, Па
CnH2n-6	117,69	0,0115	39,33*103
CnH2n	354,92	0,0348	119*103
CnH2n+2	454,08	0,0445	152,2*103
H2	7981,75	0,7819	2674,1*103
CnH2n-6 (2)	1299,35	0,1273	435,37*103
Сумма	10207,79	1,0000	3420*103

 

Реакцияны жүргізуге  арналған катализатор мөлшерін (17) формула бойынша анықтаймыз

 

Vk =

(17)

 

мұндағы V₀ – шикізат берілу жылдамдығы, сағ^-1;

 

V_k =

= 69,3 м³

 

Катализатордың сепкіш массасын алған соң р_к = 700 кг/м³, катализатор массасын (18) формула бойынша табамыз

 

Gk = Vk рк

(18)

G_k = 69,3* 700 = 48510 кг

 

Бензинді фракциялардың  риформингі үш немесе төрт бірінен кейін бірі жалғанған реакторларда жүзеге асады.Реакторлар сана 3 (n_p – 3)деп алайық.Реакторлар арасында катализатор 1:2:3 қатынасындай болады.Берілген қатынастағы үш реактор арасындағы бастапқы бөлінетін катализатордың жалпы мөлшері Кесте 7 - де көрсетілген.Келесі есептеулер бойынша реакторларға катализатордың бөлінуін есептейміз.

 

Кесте 7

 

Реактор номері	Катализатор мөлшері
	көлемі, м3	масса, кг
1	11,55	8085
2	23,10	16170
3	46,20	32340
Сумма	69,30	48510

 

 

6.1   Бірінші реактордың материалдық балансы

 

Ароматтандыру реакциясының жылдамдық константасы.Бірінші реакторға  берілетін температураны біле отыра  к₁ таба аламыз, Т₁ = 308К, 100/ Т₁ = 1000/803 = 1,245; к₁= 314,5*10^-9 кмоль/(сағ * Па катализатор кг)

Ароматтандыру реакциясының химиялық тепе - теңдік константасы. Т₁ = 308К температура кезінде (5) теңдеу арқылы табамыз

 

= 9,81³*10¹²e^{46,15 -} = 14,96 * 10²⁰ Па³

 

Ароматизация реакциясы  нәтижесінде нафтенді көмірсутектердің саны азайды. Оны (1) реакция арқылы табамыз

 

– 

= 314,5*10^-9 *119*10³– *39,67*10³ = 0,0374 кмоль/сағ*кг

 

Бөліп интегралдағаннан кейінгі мән - N_н1 = 0,0374v_r - ге тең. Теңдеудің сол жағындағы минус (-) таңбасы ароматтандыру кезінде  нафтенді көмірсутектің азаюын, ал оң жақтағы плюс (+) таңбасы реакцияның тура екендігін көрсетеді. Егер оң жақта минус (-) таңбасы болса реакция кері бағытта болушы еді. Бірінші реактордың v_r мөлшерін (19) реакция бойынша есептейміз

 

vr1=

(19)

 

мұндағы  – бірінші реакторға берілетін шикізат мөлшері, кмоль/сағ;

      – бірінші реактордағы катализатор мөлшері, кг

 

v_r1=

= 8,725 кг кат/(кмоль/сағ)

 

Ароматтандыруға ұшыраған нафтеді көмірсутектердің үлесі N_н11 = 0,031674*8,725 = 0,3263 –ке тең. Ароматтандырудан кейінгі қалған нафтенді көмірсутектердің санын (20) формуламен анықтаймыз

 

nн11 = (y'cн1 - Nн11) nс1

(20)

мұндағы y'_cн1 – Кесте 4 - тегі нафтенді көмірсутектердің мольдік үлесі

 

n_н11 = (0,384 - 0,3263) *837,84 = 48,34 кмоль/сағ

 

Ароматты көмірсутектерге  айналған  нафтенді көмірсутектердің санын (21) формуламен есептейміз

 

n1 = nсн1 - nн11

(21)

 

n₁ =354,92 - 48,34 = 306,58 кмоль/сағ

 

Нафтенді көмірсутектердің парафинді көмірсутектерге айналу реакцияларының жылдамдық константасы. Шикізат температурасы 1000/Т_х1 = 1,245 - ға, ал k₂ = 2,398*10^-15 кмоль/(сағ*Па* кг кат).

Нафтенді көмірсутектердің парафинді көмірсутектерге айналу тепе –теңдігінің химиялық константасы. Температура Т_х1 = 803 К болғанда (6) теңдеу арқылы k_р2 - ні табамыз

 

= 9,81*10^-1*10^-3e = 0,00209*10^-3Па^-1

 

 < 1 болғандықтан, ол парафинді көмірсутектердің нафтенді көмірсутектілерге айналуы кері реакция екендігін көрсетеді.

Парафинді көмірсутектердің нафтенді көмірсутектілерге айналуы  реакцияларының нәтижесінде нафтенді көмірсутектердің саны көбейді. (2) теңдеуге сандық мәндерін қойып, реактордағы екінші реакция нәтижесінде нафтенді көмірсутектердің санының өсуін есептейміз

 

– 

= 2,398*10^-15 *119*10³*33,39*10³ – *152,2*10³ = 0,5894*10^-3 кмоль/сағ*кг кат

 

N_н12 = 0,5894*10^-3; v_r1 = 0,5894*10^-3*8,725 = 0,00514

 

Бірінші және екінші реакциялардан  кейінгі нафтенді көмірсутектер санын (22) формула бойынша есептейміз

 

nн12 = (y'cн1 - Nн11+ Nн12) nс1

(22)

                

n_н12 = (0,384 - 0,3263 + 0,00514)*926,7 = 58,23кмоль/сағ

 

Парафинді көмірсутектердің нафтенді көмірсутектілерге айналуы  мөлшерін (23) формула бойынша есептейміз

 

nнп = nн12 - nн11

(23)

 

n_нп = 58,23 - 48,34 = 9,89кмоль/сағ

 

Гидрокрекинг реакциясының нәтижесінде нафтенді көмірсутек мөлшеріннің  азаюы. (3) теңдеуге сандық мәндерін қойып, реактордағы үшінші реакция нәтижесінде нафтенді көмірсутектердің санының азаюын есептейміз

 

– 

= 0,1 = 0,00348 кмоль/(сағ*кг кат)

 

Бөлу және интегралдау  арқылы гидрокрекингке ұшыраған нафтенді көмірсутектердің мөлшерін аламыз  – N_н13= 0,00348 v_r1 = 0,00348 – 8,725 = 0,0304. Бірінші үш реакциядан кейін қалған нафтенді көмірсутектер санын (24) формула бойынша есептейміз.