Материальные балансы установки и реактора

Определение часовой производительности установки

Объемная часовая производительность одного потока

Wс= = = 162, 57 м3/ч, (2.2.1) [8c27]

где nc – число сырьевых циклов в год, nc =1

Число циклов реакции зависит от продолжительности сырьевого цикла τ с, затрат времени на регенерацию tрег, смену катализатора tсм и капитальный ремонт установки tрем. и определяется из уравнения

(2.2.2) [8c28]

Массовая часовая производительность

Gc= = = 141435, 9 кг/ч. (2.2.3) [8c29]

Определение количества циркулирующего водородсодержащего газа (ЦВСГ)

Общий расход водорода на промышленных установках складывается из расхода на реакцию, отдув, циркуляцию ВСГ для поддержания необходимой концентрации и расхода на растворение.

Количество свежего водородосодержащего газа определяется по формуле: (2.2.4) [8c30]

Gсвсг = ,

где Gн2 - расход водорода, кг/ч;

Yн - массовая концентрация водорода в СВСГ, (см. табл.2.2.1);

Расход водорода рассчитываем из уравнения: (2.2.5) [8c31]

Gн = ,

где Сн - выход водорода, принимается Сн = 0, 5 % мас.

Gс – расход сырья, кг/ч.

Gн = = 707, 17 кг/ч.

Определяем количество СВСГ

Gсвсг = = 707, 74 кг/ч.

Объемный расход ЦВСГ рассчитывается по уравнению:

Vцвсг = Wc × Kц, (2.2.6) [8c32]

где Wc – объемная часовая производительность установки, м3/ч;

Кц - кратность циркуляции ВСГ, нм /м ;

Vцвсг = 162, 57 × 243 = 39504, 51нм /ч.

Массовое количество циркулирующего ВСГ находим по формуле:

Gцвсг = , (2.2.7) [8c33]

где Мцвсг – молекулярная масса циркулирующего газа.

Таблица 2.2.3

Расчёт молекулярной массы ЦВСГ

Компоненты	% мас.	% об.	yi	Mi	yi*Mi
Водород	33, 09		0, 900		1, 80
Метан	9, 32	3, 17	0, 032		0, 51
Этан	14, 84	2, 69	0, 027		0, 81
Пропан	15, 53	1, 92	0, 019		0, 84
Изо-бутан	5, 76	0, 54	0, 005		0, 31
Н-бутан	5, 76	0, 54	0, 005		0, 31
Изо-пентан	4, 76	0, 36	0, 004		0, 26
н-пентан	7, 15	0, 54	0, 005		0, 39
н-гексан	3, 79	0, 24	0, 002		0, 21
Итого	100, 0	100, 0	1, 000		5, 44

Gцвсг = кг/ч

Определение выхода сероводорода

Выход H2S гидроочистки зависит от содержания серы в сырье и гидрогенизате.

Выход H2S в % мас. на сырьё рассчитываем по формуле:

Сн s = , (2.2.8) [8c34]

где Сн s – выход Н S на сырьё, % масс;

So-содержание серы в исходном сырье, % масс;

Sд.т, б.о. – содержание серы в дизельном топливе и бензине отгоне соответственно, % мас;

д.т, б.о. – выход дизельного топлива и бензина - отгона, принимаются из данных задания: д.т = 0, 96; б.о. = 0, 025.

Сн s = = 1, 03 % мас

Таблица 2.2.4

Материальный баланс установки

Статьи баланса	% мас.	тыс. т/год	т/сутки	кг/ч
Взято:
Сырье	100, 00	1110, 00	3394, 49
СВСГ, в том числе:	0, 50	5, 55	16, 99
- водород	0, 50	5, 54	16, 96
Итого	100, 50	1115, 55	3411, 48
Получено:
Дизельное топливо	96, 23	1068, 15	3266, 51
Бензин-отгон	2, 52	27, 97	85, 54
Сероводород	1, 03	11, 43	34, 96
Углеводородные газы	0, 38	6, 08	18, 15
Потери	0, 34	4, 21	12, 87
Итого	100, 50	1115, 55	3411, 48

Определение объема катализатора в реакционной зоне, диаметра и высоты слоя катализатора в реакторе, количества и размеров реакторов

Объём реакционной зоны определим по формуле: (2.2.9) [8c35]

где v-объёмная скорость подачи сырья.

При конструировании диаметр новых реакторов может быть определен расчетным путем или принят по заводским данным, исходя из соотношения высоты и диаметра слоя катализатора.

При гидроочистки в реакторах с аксиальным вводом при полностью испарившемся сырье допустима линейная скорость смеси паров сырья в ЦВСГ до 0, 2 м/с в расчете на свободное сечение реактора.

При гидрообессеривании сырья, поступающего в реактор в парожидком состоянии, рекомендуется принимать значения массовой скорости 10, 5т/ч м2.

При принятом диаметре слоя катализатора dр.з. общая высота слоя катализатора – высот реакционной зоны – определяется из выражения:

м (2.2.10) [8c36]

Количество реакторов принимаем равным 2.

Фактическая высота слоя катализатора в каждом из реакторов при одинаковой загрузке: м (2.2.11) [8c37]

Общая высота реактора и его внешний диаметр определяются с учетом размеров внутренних устройств и насадки (распределительного устройства, опорной решетки, слоя фарфоровых шариков и т.д.), толщины стенки реактора, футеровки и изоляции.

Поскольку выбрана однопоточная схема, а количество реакторов равно 2, то производительность одного реактора равна половине от общей производительности.

Таблица 2.2.5

Материальный баланс реактора гидроочистки

Статьи баланса	% мас.	тыс. т/год	т/сутки	кг/ч
Взято:
Сырье	100, 00	555, 00	1697, 24
СВСГ, в том числе:	0, 50	2, 77	8, 49
- водород	0, 50	2, 77	8, 49
ЦВСГ	6, 78	37, 64	115, 12
Итого	107, 28	595, 41	1820, 85
Получено:
Дизельное топливо	96, 57		1639, 03
Бензин-отгон	2, 52	13, 98	42, 77
Сероводород	1, 03	5, 71	17, 48
Углеводородные газы	0, 38	2, 10	6, 45
ЦВСГ	6, 78	37, 64	115, 12
Итого	107, 28	595, 41	1820, 85

Тепловой баланс реактора

Реакции, протекающие в процессе гидроочистки, гидрообессеривания и гидрокрекинга, идут с выделением тепла. Поэтому тепловой баланс реакторного блока составляют для определения подъема температуры на выходе из реактора по сравнению с температурой на входе в реактор и для определения количества холодного циркулирующего газа, смеси сырья и циркулирующего газа или гидрогенизата, которые необходимо ввести в реакторы для снятия избыточного тепла.

Расчет парциального давления ГСС на входе и ГПС на выходе из реактора.

Таблица 2.2.6

Парциальное давление компонентов газо-сырьевой смеси на входе в реактор.

Р = 4, 5 МПа

Компоненты	Расход, кг/ч	Молекулярная масса Мi.кг/моль	Количество молей Ni	Мольная доля Yi	Парциальное давление Pi=P´ Yi, МПа
Сырьё		240, 83	294, 65	0, 22	0, 99
Водород		2, 00	970, 5	0, 72	3, 24
Метан		16, 00	27, 93	0, 02	0, 09
Этан		30, 00	23, 73	0, 02	0, 09
Пропан		44, 00	16, 93	0, 01	0, 04
Изо-бутан		58, 00	4, 75	0, 00	0, 02
Н-бутан		58, 00	4, 75	0, 00	0, 01
Изо-пентан		72, 00	2, 52	0, 00	0, 01
н-пентан		72, 00	4, 76	0, 00	0, 01
Итого:			1350, 52	1, 00	4, 50

Таблица 2.2.7

Парциальное давление компонентов газо-продуктовой смеси на выходе из реактора Р = 4, 3 МПа

Компоненты	Расход, кг/ч	Молекулярная масса Мi.кг/моль	Количество молей Ni	Мольная доля Yi	Парциальное давление Pi=P´ Yi, МПа
Гидрогенизат		209, 15	326, 76	0, 25	1, 12
Бензин-отгон		106, 77	16, 81	0, 01	0, 04
УВГ		7, 998	33, 63	0, 03	0, 03
Сероводород		34, 00	21, 41	0, 02	0, 09
ЦВСГ		5, 44	881, 80	0, 69	3, 10
Итого:			1280, 41	1, 00	4, 3

Расчет энтальпий паров сырья, гидрогенизата, газов реакции, СВСГ и ЦВСГ

Определение энтальпии сырья

Исходные данные:

= 0, 867

tср = (tн.к. + tк.к.)/2

tср = (176 + 356)/2 = 266 0С

Характеризующий фактор данного нефтепродукта

К= , (2.2.12) [9c32]

где Тср мол – средняя молекулярная температура кипения нефтепродукта, К

- плотность нефтепродукта,

Тср мол = tср + 273 = 266 + 273 = 539 К

= + 5α = 0, 867 + 5 х 0, 000673 = 0, 870

К= =11

Молекулярная масса нефтепродукта

М = (7К – 21, 5) + (0, 76 – 0, 04К)tср. мол. + (0, 0003К – 0, 00245)tср. мол.2

Мс =(7 х 12 – 21, 5) +(0, 76 – 0, 04 х 12) х 270+ (0, 0003 х 12–0, 00245)х2702= 240

В зависимости от К и Мс находим псевдокритические параметры

Тпс.кр = 515 0С = 788 К

Рпс.кр = 17, 5 х 105 Па = 1, 75 МПа

Приведенная температура.

Тг=Т/Тпс.кр,

где Т – абсолютная температура, при которой находят энтальпию, К;

Т150 = 423/788 = 0, 54

Т200 = 473/788 = 0, 60

Т300 = 573/788 = 0, 73

Т360 = 633/788 = 0, 80

Т390 = 663/788 = 0, 84

Т420 = 693/788 = 0, 88

Приведенное давление

Рг = Рн.п./Рпс.кр

где Рн.п –парциальное давление нефтепродукта

Рг = 0, 58./1, 75 = 0, 34

Расчет энтальпии сырья при нормальных условиях

Нtн = а × (4 - ) – 308, 99, (2.2.13) [9c33]

где а – коэффициент, зависящий от температуры.

Н150н = 289, 78(4 – 0, 846) – 308, 99 = 605 кДж/кг

Н200н = 315, 79(4 – 0, 846) – 308, 99 = 687 кДж/кг

Н300н = 401, 39(4 – 0, 846) – 308, 99 = 957 кДж/кг

Н360н = 450, 76(4 – 0, 846) – 308, 99 = 1113 кДж/кг

Н390н = 447, 66(4 – 0, 846) – 308, 99 = 1197 кДж/кг

Н420н = 505, 60(4 – 0, 846) – 308, 99 = 1286 кДж/кг

Расчет энтальпии сырья при повышенном давлении

Нtп = Нtн – Δ Н, (2.2.14) [9c34]

где Δ Н – поправка на давление, кДж/кг

Тг = 0, 54

= 43 Δ Н = 43Ткр/М = 43 х 788/222 = 153 кДж/кг

Тг = 0, 60

= 24 Δ Н = 24Ткр/М = 24 х 788/222 = 85, 2 кДж/кг

Тг = 0, 73

= 15 Δ Н = 15Ткр/М = 8 х 788/222 = 53, 2 кДж/кг

Тг = 0, 80

= 8 Δ Н = 8Ткр/М = 8 х 788/222 = 28, 4 кДж/кг

Тг = 0, 84

= 7 Δ Н = 7 х 788/222 = 24, 8 кДж/кг

Тг = 0, 88

= 5 Δ Н = 5 х 788/222 = 17, 8 кДж/кг

Н150п = 605 – 153 = 452 кДж/кг

Н200п = 687 – 85, 2 = 601, 8 кДж/кг

Н300п = 957 – 53, 2 = 903, 8 кДж/кг

Н360п = 1113 – 28, 4 = 1084, 6 кДж/кг

Н390п = 1197 – 24 = 1172, 2 кДж/кг

Н420п = 1286 – 17, 8 = 1268, 2 кДж/кг

Расчеты сведем в табл.

Таблица 2.2.8

Определение энтальпии сырья при 4, 5 МПа

Показатели	Значение показателей
Температура, 0С
Температура, К
Приведенная температура	0, 54	0, 60	0, 73	0, 80	0, 84	0, 88
Приведенное давление	0, 34	0, 34	0, 34	0, 34	0, 34	0, 34
Поправка на давление , кДж/(моль·К)
Поправка на давление Δ Н, кДж/кг		85, 2	53, 2	28, 4	24, 8	17, 8
Энтальпия при нормальном давлении, кДж/кг						1286, 2
Энтальпия при повышенном давлении, кДж/кг		601, 8	903, 8	1084, 6	1172, 2

Дальнейший расчет ведем аналогично

Определение энтальпии гидрогенизата.

Исходные данные:

= 0, 847

tср = 275 0С

= 0, 847 + 5 х 0, 000699 = 0, 850

Характеризующий фактор

К= =12

Молекулярная масса

Мг/г =(7 х 12 – 21, 5)+ (0, 76 – 0, 04 х 12)х275+ (0, 0003 х 12-0, 00245)х2752= 209

Псевдокритические параметры

Тпс.кр = 446 0С = 719 К

Рпс.кр = 18 х 105 Па = 1, 8 МПа

Приведенная температура.

Т150 = 423/719 = 0, 59

Т200 = 473/719 = 0, 66

Т300 = 573/719 = 0, 80

Т360 = 633/719 = 0, 88

Т390 = 663/719 = 0, 92

Т420 = 693/719 = 0, 96

Приведенное давление

Рг = 0, 59./1, 8 = 0, 33

Дальнейший расчет сведем в табл.

Таблица 2.2.9

Определение энтальпии гидрогенизата при 4, 5 МПа

Показатели	Значения показателей
Температура, 0С
Температура, К
Приведенная температура	0, 59	0, 66	0, 80	0, 88	0, 92	0, 96
Приведенное давление	0, 33	0, 33	0, 33	0, 33	0, 33	0, 33
Поправка на давление , кДж/(моль × К)
Поправка на давление Δ Н, кДж/кг	178, 9		72, 2
Энтальпия при нормальном давлении, кДж/кг
Энтальпия при повышенном давлении, кДж/кг	454, 1		907, 8

Определение энтальпии бензина-отгона.

Исходные данные

= 0, 724 кг/м3

tср = 124 0С

= 0, 724 + 5 х 0, 000870 = 0, 728 т/м3

Характеризующий фактор

К= =12

Молекулярная масса

Мс=(7х 12- 21, 5) + (0, 76 - 0, 04 х 12) х 124 + (0, 0003 х 12 - 0, 00245)х1242 = 106

Так как парциальное давление бензина-отгона равно 0, 4 МПа, то поправкой на давление можно пренебречь. Находим энтальпию паров бензина-отгона.

Таблица 2.2.10

Определение энтальпии бензина при атмосферном давлении

⇐ Предыдущая 1 2 345 6 7 8 9 Следующая ⇒