Проект установки гидрообессеривания вакуумного газойля с изменением состава катализатора

 

м²,

 

м³

 

Обычно для характеристики процесса применяют показатель – объемную скорость подачи сырья, то есть отношение объема жидкого сырья, подаваемого на объем катализатора в час

                                          

ч^-1    (4.35)

 

По найденному значению объема катализатора вычисляют геометрические размеры реактора гидроочистки.

Принимаем цилиндрическую форму реактора и соотношение  высоты к диаметру равным 2:1 или Н=2·D. Тогда

 

                                         

  (4.36)

 

Диаметр реактора равен

 

м

 

Высота слоя катализатора составляет

 

                                              

м,   (4.37)

 

Приемлемость принятой формы реактора дополнительно проверяется  гидравлическим расчетом реактора. Потери напора в слое катализатора не должен превышать 0,2-0,3 МПа.

4.3.1 Расчет потери напора  в слое катализатора. Потерю напора  в слое катализатора вычисляют по формуле

 

                          

,  (4.38)

 

где ε – порозность слоя;

      u – линейная скорость потока, фильтрующегося через слой катализатора,             м/с;

      μ –  динамическая вязкость, Па·с;

      d – средний диаметр частиц, м;

      ρ –  плотность газа, кг/м³;

      g – ускорение силы тяжести, кг/с².

Порозность слоя вычисляют  вычисляют по формуле

 

                                                           

,     (4.39)

 

где γ_н – насыпная плотность катализатора;

       γ_к – кажущаяся плотность катализатора.

 

Линейная скорость потока равна

 

                                                     

,     (4.40)

 

где V – объем реакционной смеси, включающий объем сырья V_C, и объем              циркулирующего водородсодержащего газа V_Ц, то есть

 

                                                        V=V_C+V_Ц,     (4.41)

 

Объем сырья рассчитывается по формуле

 

                                          

,  (4.42)

 

где G – массовый расход сырья в реактор, кг/час;

       z_C – коэффициент сжимаемости(при Т_ПР=0,885 и Р_ПР=1,92 коэффициент                сжимаемости равен 0,12);

       t_СР – средняя температура в реакторе, ⁰С.

Величина t_СР может быть найдена как средняя арифметическая между температурой ввода сырья t₀=380⁰С и температурой на выходе из реактора, равной 408,54⁰С

 

⁰С

 

Тогда

 

м³/ч

 

Объем циркулирующего газа составит

 

                                        

,   (4.43)

 

м³/ч,

 

V=126,5+10031,7=10158,2 м³/час,

 

м/с

 

Динамическую вязкость смеси определяют по ее средней молекулярной массе, равной

 

 (4.44)

 

Динамическая вязкость смеси, найденная по уравнению Фроста, равна: μ=1,87·10^-6 кг·с/м².

Плотность реакционной  смеси в условиях процесса равна

 

                                        

,      (4.45)

 

кг/м³.

 

Таким образом

 

кг/м³,

 

кг/м²

 

Таким образом, потеря напора не превышает предельно допустимых значений 0,2 - 0,3 МПа.

Поэтому к проектированию принимаем реактор цилиндрической формы с высотой и диаметром  реакционной зоны 7,2 и 3,6 м соответственно.

Определим общую высоту цилиндрической части реактора по формуле

 

                                         

,     (4.46)

 

где S_П.СЕЧ. – площадь поперечного сечения, м²;

 

                                        

м²,  (4.47)

 

м.

 

Принимаем высоту цилиндрической части реактора равную 17000 мм.

 

 

 

 

 

4.3.2 Подбор крышки и  днища. В связи с тем что  процесс осуществляется при высоком  давлении тип крышки и днища  принимаем полушаровые отбортованные.

Материал днища: сталь 16ГО08Х13   ГОСТ 10885-75

 

Рисунок 1 – Днище реактора

 

Таблица 4.7 - Основные размеры  и параметры крышки и днища

Размеры и параметры	D,м	h, мм	H, мм	F,м3	V, м3·103	m, кг
Значения	3,6	50	900	14,6	6619	13963,6

 

4.3.3 Расчет штуцеров. Рассчитываем  диаметры штуцеров ввода и вывода сырья и продуктов соответственно.

Диаметр штуцера ввода  и вывода сырья и продуктов  рассчитываем по формуле

 

                                             

,     (4.48)

 

где D – диаметр штуцера ввода, вывода сырья и продукта, м;

      V_P.C. – расход реакционной смеси, м³/ч;

      v – линейная скорость потока газосырьевой смеси в трубопроводе, м/с.

 

м

 

Принимаем стандартные  штуцеры ввода и вывода сырья  и продуктов равные по 500 мм, и штуцер вывода катализатора равный 200 мм.

 

 

 

 

4.4 Механический расчет

 

Механический расчет проводится с целью определения  толщины обечайки. Расчётная толщина обечайки δ^/ рассчитывается по формуле

 

                                                  

,     (4.49)

 

где Р – расчетное давление, кгс/см²;

      D – внутренний диаметр реактора, см;

      φ –  коэффициент прочности сварного  шва;

      σ –  допустимое напряжение для стали  12ХМ при расчетной температуре.

 

см

 

Принятая толщина обечайки δ будет равна значению, рассчитанному по формуле

 

                                                           ,        (4.50)

 

где с – прибавка на коррозию, см;

      с₁ – прибавка на минусовый допуск, см.

 

см

 

Принимаем толщину обечайки реактора равную 110 мм.

 

 

4.5 Расчет массы аппарата

 

Целью расчета массы  аппарата является определение максимальной нагрузки на опору. Реактор гидроочистки – аппарат вертикального типа, поэтому подбираем «юбочную» опору.

Массу аппарата m_АП рассчитываем по формуле

 

                               m_АП=m_ЦЧ+2m_ДН+m_КАТ+m_C+m_ВСГ ,   (4.51)

 

где m_ЦЧ – масса цилиндрической части реактора;

      m_ДН – массы днищ реактора;

      m_КАТ – масса катализатора;

      m_C – масса сырья, находящегося в реакторе;

      m_ВСГ – масса водородсодержащего газа.

Массу цилиндрической части  реактора рассчитываем по формуле

 

                                     ,    (4.52)

где R_P – радиус реактора, м;

      Н_ЦЧ – высота цилиндрической части реактора, м;

       δ  – толщина обечайки реактора, м;

       ρ_СТ – плотность стали, кг/м³.

 

кг

 

Массу катализатора определяем по формуле

 

                                                          m_КАТ=V_К·ρ_НАС,   (4.53)

 

где V_К – объем катализатора, м³;

       ρ_НАС – насыпная плотность катализатора, кг/м³.

 

m_КАТ=46,995·640=30076,8 кг.

 

Массу сырья рассчитываем по формуле

 

                                           

,      (4.54)

 

 кг.

 

Массу водородсодержащего газа, находящегося в реакторе определим  по формуле

 

                                                        

    (4.55)

 

Плотность циркулирующего водородсодержащего газа определяем по уравнению Менделеева-Клайперона

 

                                                  ,          (4.56)

 

где М_Ц – молекулярная масса циркулирующего водородсодержащего газа;

       Р  – давление в реакторе, Па;

       t_CP – средняя температура процесса, ⁰С;

       R – универсальная газовая постоянная, кДж/кг.

 

кг/м³,

 

 кг.

Подставив все данные в формулу(4.52), определим массу  всего аппарата:

 

m_АП=165937,06+2·13963,6+30076,8+32,27+15,26=223988,59 кг

 

 

4.6 Расчет стабилизационной  колонны

 

Произведем ориентировочный  расчет стабилизационной колонны. Колонна предназначена для отгонки легколетучих примесей (фр. 44-350°С) из гидрогенизата (фр. 350-500°С).

4.6.1 Данные для расчета  стабилизационной колоны.

1. Узел стабилизации  должен обеспечить выход кондиционного  гидрогенизата.

2. Колона должна устойчиво работать при 70%-ной загрузке по питанию.

3. Характеристика нижнего  продукта – стабильного гидрогенизата d₄²⁰ =920 кг/м³.

 

Таблица 4.8 – Рекомендуемый  режим

№	Наименование	Верх	Низ
1	Давление рабочее, кг/см2	0,1	1,0
2	Температура, 0С	110	360
3	Количество паров, кг/час	87830	180000
4	Количество жидкости, кг/час	67688	272000
5	Удельный вес паров, кг/м3	34,3	69,5
6	Удельный вес жидкости, кг/м3	490	631
7	Температура питания, 0С	510

 

4.6.2 Материальный и тепловой баланс колоны.

 

Таблица 4.9 – Материальный и тепловой баланс

	G, кг/час	t, 0С	d420, кг/м3	q, ккал/кг	Q, ккал/час
Приход:
1 Сырье
а) пары	38055,88	510	920	150	5708382
б) жидкость	254626,47			83	21133997,01
Итого	292682,35				26842379,01
Расход:
1 Верхний продукт	10997,06	110	730	115	1264661,9
2 Нижний продукт	281685,29	360	920	135	38027514,15
Итого	292682,35				39292176,05