Расчет реактора гидроочистки

 

3.6.1 Расчет  теплового баланса

3.6.1.1 Температура  газосырьевой смеси на входе в теплообменники

Уравнение теплового баланса запишем в  следующем виде

 

                             G₁ ∙ (q_Т1 -  q_Т2) ∙ η = G₂ ∙(q_Т4 - q_Т3),                              (3.53)

 

где G₁, G₂ – количество горячего и холодного теплоносителя, кг/ч;

       η         - коэффициент использования тепла, η = 0,95 [6];

      q_Т1, q_Т2 – энтальпия гидрогенизата при начальной (Т₁) и конечной (Т₂) температурах, кДж/кг, q_Т1= 1052 кДж/кг, q_Т2= 763 кДж/кг [6];

      q_Т3, q_Т4 – энтальпия газосырьевой смеси при начальной (Т₃) и конечной (Т₄) температурах, кДж/кг, q_Т4= 699 кДж/кг [6].

 

 ∙ (1052 - 763) ∙ 0,95 = ∙(699 - q_Т3),

 

откуда q_Т3 = 350 кДж/кг, этой энтальпии соответствует температура Т₃=428 К (155 ^оС).

 

3.6.1.2 Тепловую  нагрузку теплообменника определим  по уравнению

 

                                                    Q = G₁ ∙ (q_Т1 -  q_Т2),                                            (3.54)

 

Q =

∙ (1052 - 763) = 21,52 ∙ 10⁶ к Дж/ч = 5977 кВт.

 

3.6.2 Расчет  среднего температурного напора

Средний температурный  напор определим по формуле, учитывая что в аппарате осуществляется противоток по схеме

                             

                         

 

 

                           Т₁=661 К           гидрогенизат          Т₂ = 573 К

                           Т₄= 553 К   газосырьевая смесь       Т₃ = 428 К

                        Т_min= 108 K                                       T_max = 145 K 

 

 

                                               ΔT_cp =

,                                       (3.55)

 

ΔT_cp =

= 126,5 К.

 

3.6.3 Расчет  физических параметров теплоносителей  при их средних температурах

3.6.3.1 Среднюю  температуру определим по формуле

 

                                                T_cp.i= 

,                                             (3.56)

 

T_cp1= 

= 617 K,

 

T_cp.2= 

= 490,5 K.

 

3.6.3.2 Коэффициент  теплопроводности определим по  формуле

 

                                     λ_ср.i =

,                              (3.57)

 

λ_ср.1 =

= 0,129 Вт/(м∙К),

 

λ_ср.2 =

= 0,138 Вт/(м∙К).

 

3.6.3.3 Теплоемкость определим по формуле

 

                                  С_ср.i =

,                              (3.58)

 

С_ср.1 =

= 3,30 Вт/(м∙К),

С_ср.2 =

= 2,82 Вт/(м∙К).

 

3.6.3.4 Относительную  плотность определим по формуле

 

                                         

,                                (3.59)

 

где α – средняя поправка значений плотности на 1^оС [13].

 

= 0,464 г/см³,

 

= 0,576 г/см³.

 

3.6.3.5 Кинематическую  вязкость определим по формуле

 

                                                       

,                                     (3.60)

откуда

                                                      

,                                           (3.61)

где ν₁, ν₂ – кинематические вязкости нефтепродуктов  при температурах           t₁ =293 К и t₂ = 313 К соответственно, м²/с; для гидрогенизата ν₁ = 0,709∙10^-6 м²/с, ν₂ = 0,65∙10^-6 м²/с, для газосырьевой смеси ν₁ = 0,718∙10^-6 м²/с, ν₂ = 0,66∙10^-6 м²/с [2].

 

= 0,125,

 

= 0,122.

 

Подставив полученное значение n  в формулу 3.60, получим

 

=0,154,

=0,126,

 

откуда

= 0,50∙10^-6 м²/с,

 

= 0,537∙10^-6 м²/с.

 

3.6.4 Расчет коэффициента теплоотдачи

3.6.4.1 Скорость потока  нефтепродуктов определим по формуле

                                               

,                                     (3.62)

 

где f₁, f₂ – площадь проходного сечения одного хода по трубам и по межтрубному пространству,  м², f₁ =0,135 м², f₂ =0,028 м² [13].

 

= 0,33 м/с,

 

= 1,08 м/с.

 

3.6.4.2 Критерий Рейнольдса для  гидрогенизата определим по формуле

 

                                               Re_cp.1 =

,                                           (3.63)

 

где d_в – внутренний диаметр труб в трубном пучке, м, d_в= 0,02 м.

 

Re_cp.1 =

= 13 200.

 

 

3.6.4.2 Критерий  Рейнольдса для  газосырьевой смеси определим по формуле

 

                                              Re_cp.2 =

,                                           (3.64)

 

где d_э – эквивалентный диаметр, м.

 

                                             d_э =

,                                           (3.65)

 

где D – внутренний диаметр кожуха, м, D=1,2 м;

       d – наружний диаметр трубок в трубном пучке, м, d = 0,0225 м;

       n – число труб в трубном пучке, n =430 шт.

 

d_э =

= 0,112 м,

 

Re_cp.2 =

= 224 532.

 

3.6.4.3 Критерий  Прандтля для нефтепродуктов  определим по формуле

 

                                             Pr_ср.i =

,                                   (3.66)

 

Pr_ср.1 =

= 5,9,

 

Pr_ср.2 =

= 6,3.

3.6.4.4 Коэффициент  теплоотдачи  определим по формуле

 

                                    

,                                 (3.67)

 

= 575 Вт/(м²∙К),

= 1090 Вт/(м²∙К).

 

3.6.5 Расчет  поверхности теплообмена

3.6.5.1 Коэффициент  теплопередачи при отсутствии  оребрения и чистых  поверхностях труб определим по формуле

 

                                            

,                                         (3.68)

 

где λ_ст – коэффициент теплопроводности стенки, Вт/(м∙К), λ_ст =47 Вт/(м∙К) [15];

      δ_ст – толщина стенки труб, м, δ_ст= 0,0025 м.

 

= 369 Вт/(м²∙К).

 

3.6.5.2 Коэффициент  теплопередачи при отсутствии  оребрения и загрязненных  поверхностях труб определим по формуле

 

                                            

,                                         (3.69)

где  –  тепловые сопротивления отложений гидрогенизата , (м²∙К)/Вт, = 0,00037 (м²∙К)/Вт [15];

       – тепловые сопротивления отложений  газосырьевой смеси,  =0,00037 (м²∙К)/Вт [15].

 

= 332 Вт/(м²∙К).

 

3.6.5.3 Поверхность  теплообмена определим по формуле

 

                                                  F=

,                                              (3.70)

 

F =

= 512 м².