Проект установки легкого гидрокрекинга для условий ОАО «КНПЗ»

 

Объем ГСС на входе в реактор и объем ГПС на выходе из реактора по формуле

 

 

Средний объем находим по формуле

 

Фактическаялинейная скорость паров в реакторе определяем по формуле:

 

гдеdK— диаметр слоя катализатора (dK = 3,4 м).

Для определения вязкости смесей паров используем формулу Фроста[23]:

 

где— динамическая вязкость, Па с;

Т — температура, К;

М — молекулярная масса компонента, кг/кмоль.

Молярная масса смеси углеводородов может быть найдена как отношение общей массы газопаровой смеси к общему числу кмолей газопаровой смеси:

 

 

 

В пределах давлений от 0,1 до 5 — 6 МПа динамическая вязкость изменяется незначительно, поэтому поправку на давление не принимаем в расчет. Тогда вязкость паров по формуле:

 

Плотность потока паров ГСС и ГПС при рабочих условиях определим из соотношения:

 

 

 

Порозность катализатора (долю свободного объема) определяем по формуле:

 

где— насыпная плотность катализатора, кг/м3;

- кажущаяся плотность  катализатора, кг/м3.

Принимаем следующие значения плотностей для экструдированного катализатора := 0,69 г/см3 [13]; = 1,0 г/см3 [6]. Получаем по формуле

 

По формуле Эргуна ведем расчет потери напора в одном реакторе:

 

 

Таким образом, потеря напора в реакторе не превышает предельно допустимых 0,2-0,3 МПа [1]. Реактор цилиндрической формы с высотой и диаметром реакционной зоны 16,8 и 3,4 м соответственно.

 

 

2.4.3 Расчет сепарации ГПС.

 

Газосепаратор предназначен для разделения ГПС, поступающей из теплообменника, на газовую (паровую) и жидкую фазы.

Принимаем температуру в газосепараторе С-1 равной 250°С, давление – 4,9 МПа.

Состав и расход газопродуктовой смеси на входе в газосепаратор С-1 представлен в табл. 2,29.

Результат расчета состава фаз на выходе из газосепаратора представлен в табл. 2.30.

Материальный баланс однократного испарения ГПС в холодном сепараторе высокого давления представлен в табл. 2,31.

Рассчитываем сечение вертикального газосепаратора по формуле

 

гдеVп — объемный расход газовой (паровой) фазы, м3/с;

-коэффициент заполнения газосепаратора, для вертикального газосепаратора;

Wдоп – допустимая линейная скорость газовой фазы в газосепараторе, м/с.

Таблица 5.25

Состав и расход ГПС на входе в газосепаратор С-1

 

Компонент	Молярная масса, кг/кмоль	Расход, кг/ч	Массовая доля	Расход, кмоль/ч	Мольная доля
1. Водород	2	5991	0,0336	2995	0,7420
2. Метан	16	2582	0,0145	161	0,0400
3. Этан	30	2443	0,0137	81	0,0202
4. Пропан	44	1599	0,0090	36	0,0090
5. И-Бутан	58	789	0,0044	14	0,0034
6. Н-Бутан	58	729	0,0041	13	0,0031
7. И-Пентан	72	1021	0,0057	14	0,0035
8. Сероводород	34	2397	0,0134	70	0,0175
9. Бензин — отгон	106,1	2148	0,0120	20	0,0050
10. Дизельная фракция	193,3	15042	0,0842	78	0,0193
11. Гидрогенизат	259,8	143813	0,8054	554	0,1371
Итого		178552	1,0000	4037	1,0000

 

Таблица 5.26

Состав газовой и жидкой фаз на выходе из сепаратора С-1 при температуре   2500С и давлении 4,9 МПа (мольная доля отгона 0,8336)

 

Компонент	Мольная доля ()	Константа фазового равновесия (Ki)	Мольная доля компонента газопаровой фазы (yi)	Мольная доля компонента жидкой фазы (xi)
1. Водород	0,7420	20,00	0,0441	0,8813
2. Метан	0,0400	6,20	0,0075	0,0465
3. Этан	0,0202	3,50	0,0065	0,0229
4. Пропан	0,0090	2,30	0,0043	0,0099
5. И-Бутан	0,0034	1,70	0,0021	0,0036
6. Н-Бутан	0,0031	1,50	0,0022	0,0033
7. И-Пентан	0,0035	1,10	0,0032	0,0036
8. Сероводород	0,0175	3,40	0,0058	0,0198
9. Бензин - отгон	0,0050	0,40	0,0100	0,0040
10. Дизельная фракция	0,0193	0,030	0,1007	0,0030
11. Гидрогенизат	0,1371	0,003	0,8135	0,0021
Итого	1,0000		1,0000	1,0000

 

Объемныйрасходопределяемпоформуле

 

 

Таблица 5.27

Материальный баланс однократного испарения газожидкостной смеси в газосепараторе С-1 при 2500С и 4,9 МПа (е = 0,8848)

 

Компонент	Приход				Расход
	Газо(паро)жидкостная смесь				Газовая (паровая) фаза				Жидкая фаза
	кг/ч		кмоль/ч		кг/ч		кмоль/ч		кг/ч		кмоль/ч
1. Водород	8986	0,0486	4493	0,7902	8928	0,2845	4464	0,8874	58	0,0004	29	0,0444
2. Метан	3864	0,0209	242	0,0425	3784	0,1206	237	0,0470	80	0,0005	5	0,0076
3. Этан	3622	0,0196	121	0,0212	3492	0,1113	116	0,0231	130	0,0008	4	0,0066
4. Пропан	2182	0,0118	50	0,0087	2065	0,0658	47	0,0093	117	0,0008	3	0,0041
5. И-Бутан	894	0,0048	15	0,0027	830	0,0265	14	0,0028	64	0,0004	1	0,0017
6. Н-Бутан	833	0,0045	14	0,0025	766	0,0244	13	0,0026	67	0,0004	1	0,0018
7. И-Пентан	1148	0,0062	16	0,0028	1026	0,0327	14	0,0028	122	0,0008	2	0,0026
8. Сероводород	2912	0,0157	86	0,0151	2805	0,0894	82	0,0164	107	0,0007	3	0,0048
9. Бензин - отгон	2185	0,0118	21	0,0036	1648	0,0525	16	0,0031	537	0,0035	5	0,0077
10. Дизельная фракция	15023	0,0813	78	0,0137	2812	0,0896	15	0,0029	12211	0,0795	63	0,0964
11. Гидрогенизат	143240	0,7747	551	0,0970	3225	0,1028	12	0,0025	140015	0,9121	539	0,8224
Итого	184889	1,0000	5686	1,0000	31382	1,0000	5031	1,0000	153507	1,0000	655	1,0000

 

гдеNгф — число кмолей газов и паров ГПС, кмоль/ч;

z — коэффициент сжимаемости, принимаем z=1;

Р — давление, МПа.

Объемный расход определяем по формуле:

 

Допустимую линейную скорость газового потока определяем по формуле:

 

где— плотность жидкой фазы при температуре в сепараторе, кг/м3;

- плотность газовой фазы  в сепараторе, кг/м3.

Плотностьжидкойфазырассчитываемпоформуле:

 

гдеGi — массовыйрасходкомпонентажидкойфазы, кг/ч;

- плотность компонента  жидкой фазы, кг/м3.

Плотностьжидкойфазыпритемпературесвыше 50 0С определяемпоформуле [13]:

 

где  α – температурная поправка;

 – плотность  жидкой фазы при нормальных  условиях, г/см3.

Плотность жидкой фазы при нормальных условиях опредеяем по формуле:

 

где – расход фракций бензина-отгона, дизельного топлива, гидрогенизата соответственно, кг/ч;

 – плотности  бензина-отгона, дизельного топлива, гидрогенизата соответственно, г/см3.

 

 

Плотность паровой фазы найдем по формуле:

 

гдеGгф — массовыйрасходгазовой (паровой) фазы, кг/ч.

Тогдадопустимаялинейнаяскоростьгазовогопотока будет равна:

 

Рассчитываемсечениегоризонтального газосепаратора:

 

Рассчитываемдиаметргоризонтальногогазосепараторапоформуле

 

Диаметртиповогосепаратора (dтип) выбираемпонормали [14]; dтип = 3000мм. Диаметртиповогосепараторапринятбольшерасчетного (d), поэтомунерассчитываемфактическуюлинейнуюскоростьпаров.

Рассчитаем фактическое сечение аппарата по формуле:

 

Рассчитаем фактическую линейную скорость газового потока по формуле:

 м/с.

Объемный расход жидкой фазы в газосепараторе определяем из соотношения:

 

гдеgжф – массовыйрасходжидкойфазы, кг/ч;

- плотность жидкой фазы, кг/м3.

Линейную скорость движения жидкой фазы определяем по формуле:

 

Длину сепаратора рассчитаем по формуле

 

= 10 м,

где τ – время пребывания жидкой фазы в газосепараторе, мин. Принимаем          τ = 10 мин.

 

 

5.4 Расчет сырьевых теплообменников «ГСС — ГПС»

 

Расчет теплообменников, служащих для нагрева газосырьевой смеси (ГСС) за счет тепла газопродуктовой смеси (ГПС), выходящей из реактора, сводится к определению температуры нагрева ГСС, поверхности теплообмена и количества типовых теплообменников.

Схема теплообмена:

t1 = 3900С              ГПС	t2 = 250 0С
t3 = x 0C                  ГСС	t4 = 60 0С

Тепловой баланс теплообменника:

Qприх =Qрасх.

 

 

где Qприх –количество теплоты, получаемоеГСС, кДж/ч;

Qрасх- количество теплоты, передаваемое от ГПС, кДж/ч;

- к. п. д. теплообменника (0,95-0,97), принимаем 0,95;

- количество теплоты, содержащееся в ГПС при температуре 390 °С, кДж/ч;

- количество теплоты, выносимое  из теплообменника с ГПС при  температуре 250 °С, кДж/ч;

- количество теплоты, выносимое  из теплообменника с при температуре  х °С, кДж/ч;

- количество теплоты, поступающее  в теплообменник с ГСС при  температуре 60 °С, кДж/ч.

Для определения количества тепла вносимого с ГПС в теплообменник, рассчитываем материальный баланс однократного испарения этой смеси на входе в теплообменник при температуре 3900С и давлении 5,0 МПа.Расчет приведен в табл. 5.8, 5.10. Аналогичным образом рассчитываем процесс однократного испарения для ГПС на выходе из теплообменника при 250 0С и давлении 4,9МПа. Расчет приведен в табл. 5.28, 5.29.

Энтальпии СВСГ, ЦВСГ и УВГ при 60, 130 и 300 0С находим по табл. 5.14 — 5.16.

Определяем количество теплоты, вносимое с компонентами ГПС при температуре 3900С и давлении 5 МПа:

• с гидрогенизатом:

 

• с дизельной фракцией:

 

• с бензином:

 

• с углеводородным газом:

 

• с сероводородом:

 

• с ЦВСГ:

 

где - расход компонента ГПС в паровой фазе при 0С , кг/ч;

- энтальпия компонента  ГПС в паровой фазе при 0С, кДж/кг;

- расход компонента ГПС  в жидкой фазе при 0С, кг/ч;

- энтальпия компонента  ГПС жидкой фазе при 0С, кДж/кг.

Количество теплоты, содержащееся в ГПС при 0С:

 

Аналогичным образом подсчитываем, какое количество теплоты содержится в ГПС при 250 0С.

• с гидрогенизатом:

 

• с дизельной фракцией: