Массовую часовую производительность установки рассчитываем по формуле

Массовую часовую производительность установки рассчитываем по формуле

G_c=W_cp_c

G_c=172,7 · 900 = 155430 кг/ч

Состав свежего водородсодержащего газа (СВСГ) представлен в табл.2.4.

 

Таблица 2.4

Состав СВСГ.

Компоненты	yi	Mi	yiMi
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10 С5Н12	0,840 0,077 0,046 0,025 0,008 0,003 0,001		1,6 1,2 1,4 1,1 0,5 0,2 0,1	0,262 0,201 0,230 0,180 0,082 0,033 0,012
Итого	1,000	-	6,1	1,000

 

Определение расхода водорода на промышленных установках складывается из расхода на реакцию, отдув циркулирующий водородсодержащих газов (ЦВСГ) для поддержания необходимой концентрации и расхода на растворение. Расход водорода на процесс легкого гидрокрекинга принимаем равным 1% мас. на сырье.

Массовый расход водорода определяем по формуле

где - массовый расход водорода, кг/ч;

- расход водорода, % мас.

Gн₂= кг/ч

Массовый расход СВСГ определяем по формуле

где G_СВСГ - массовый расход СВСГ, кг/ч;

- массовая концентрация водорода в СВСГ;

= 0,262 (см.табл.2.4).

кг/ч

Расход СВСГ в расчете на сырье (С_СВСГ) определяем из соотношения

мас.

 

Состав ЦВСГ представлен в табл. 2.5.

Таблица 2.5

Состав ЦВСГ.

Компоненты
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10 C5H12 Н 2S	0,810 0,113 0,049 0,019 0,004 0,003 0,001 0,001		1,6 1,8 1,5 0,8 0,2 0,2 0,1 0,0	0,260 0,290 0,236 0,135 0,037 0,027 0,011 0,004
Итого	1,000	-	6,2	1,000

При заданной производительности установки по сырью объем ЦВСГ определяем по формуле [1]

V_цвсг=W_cK_ц,

где К_ц – кратность циркуляции ВСГ, нм³/м³ сырья.

К_ц =1000 нм³/м³ сырья

V_цвсг=172,7 · 1000=172700 нм³/час

Массовый расход ЦВСГ рассчитываем по формуле

G_цвсг=

где Gцвсг - массовый расход ЦВСГ,кг/ч;

М_ЦВСГ - молекулярная масса ЦВСГ;

М_ЦВСГ = 6.2 кг/кмоль (см.табл.2.5);

G_цвсг= кг/ч

Расход ЦВСГ в расчете на сырье:

С_цвсг=

Определяем расход ЦВСГ в расчете на сырье (С_ЦВСГ)

С_цвсг= мас.

Выход сероводорода при легком гидрокрекинге зависит от содержания серы в сырье и продуктах реакции.

Выход сероводорода в расчете на сырье определяем по формуле [1]

Сн₂s=

где С_н2s – выход сероводорода, % мас. на сырье;

S_о – содержание серы в исходном сырье, % мас.; S_о=1,8 % мас.

S_i – содержание серы в конечных продуктах, % мас.;

S_д – содержание серы в дизельном топливе, % мас.; S_д=0,035 % мас.;

S_го – содержание серы в гидроочищенном остатке, % мас.;

S_го=0,15 % мас.;

S_бо – содержание серы в бензин-отгоне, % мас.; S_бо=0,01 % мас.;

Х_д – выход дизельного топлива, в долях от единицы; Х_д=0,19;

Х_го – выход гидроочищенного остатка, в долях от единицы;

Х_го=0,70;

Х_бо – выход бензин-отгона, в долях от единицы; Х_бо=0,042;

34 – молярная масса сероводорода.

Сн₂s=

Материальный баланс установки легкого вакуумного газойля представлен в табл. 2.6

Таблица 2.6

Материальный баланс установки.

Статьи баланса	% мас.	Расход
кг/ч	т/сут	тыс.т/г
Взято: Сырье СВСГ в том числе: -водород	3,8   (1,0)	(1554)	141,8   (37,3)	47,5   (12,5)
Итого	103,8		3872,8	1297,5
Получено: Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизельное топливо Бензин-отгон Углеводородные газы Сероводород Потери	70,0   19,0 4,2 7,8 1,8 1,0		2611,7   708,9 156,7 67,2 37,3	237,5 52,5 97,5 22,5 12,5
Итого	103,8		3872,8	1297,5

 

Материальный баланс реактора представлен в табл. 2.7. Объем реакционной зоны в каталитических процессах со стационарным слоем катализатора определяем по формуле

V_рз= ,

где V_рз – объем реакционной зоны, м³;

V_о – объемная скорость подачи сырья, ч^-1; V_о=0,9 ч^-1;

W_с – производительность установки, м³/ч.

V_рз= м³

Общую высоту слоя катализатора – высоту реакционной зоны определяем по формуле:

Н_рз=

где d²р.з. – диаметр слоя катализатора в реакторе, м;

Таблица 2.7

Материальный баланс реактора.

Статьи баланса	% мас.	Расход
кг/ч	т/сут	тыс.т/сут
Взято: Сырье ЦВСГ СВСГ	30,7 3,8		1145,4 141,8	383,7 47,5
Итого	134,5		5018,2	1681,2
Получено: Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизельное топливо Бензин-отгон Углеводородные газы Сероводород ЦВСГ	70,7   19,2 4,2   7,9 1,8 30,7		2637,8   716,4 156,7   294,7 67,2 1145,4	883,7   240,1 52,5   98,7 22,5 383,7
Итого	134,5		5018,2	1681,2

Принимаем диаметр слоя катализатора в реакторе равным 3,6 м.

Н_рз= м

2.4.2 Технологический расчет реактора

 

При составлении теплового баланса реакторов необходимо учитывать влияние давления на энтальпии газов и паров ГСС и ГПС.

Состав углеводородных газов представлен в таблице 2.8

Таблица 2.8

Состав углеводородных газов.

Компоненты
СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10	0,471 0,201 0,171 0,078 0,078		7,6 6,0 7,6 4,5 4,5	0,25 0,20 0,25 0,15 0,15
Итого	1,000	-	30,2	1,000

 

Перед определением состава паровой и жидкой фаз определяем состав ГСС по отдельным компонентам на входе в реактор и ГПС на выходе из него (табл.2.9, 2.10).

Определение состава паровой и жидкой фаз ГСС в условиях однократного испарения на входе в реактор представлен в табл. 2.11.

Находим молярную массу сырья по формуле Крега [2]

М_с=

где

М_с= кг/кмоль

Доля отгона е=0,9437

Количество кмоль ГСС в жидкой фазе находим по формуле

nж=(1-e) · Ni

nж=(1- 0,9437) · 9099,1 = 512,3 кмоль/ч

 

 

Таблица 2.9

Состав ГСС на входе в реактор

Компоненты	Кг/ч	Н2	Н 2S	СН4	С2Н6	С3Н8	изо-С4Н10	н-C4H10	C5H12	Сырье
Сырье ЦВСГ СВСГ		-	-	-	-	-	-	-	-	- -
Итого

Таблица 2.10

Состав ГПС на выходе из реактора

Компоненты

Кг/ч

Н2

Н 2S

СН4

С2Н6

С3Н8

изо-С4Н10

н-C4H10

C5H12

Бензин

Дизель-ное топливо

Гидроочищенный остаток

Гидроочищенный остаток Дизельное топливо Бензин Углеводородные газы Сероводород ЦВСГ

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   -

-   - -   - -

-   -   - - -

-   -   - - -

- -   - - -

Итого

Таблица 2.11

Состав фаз на входе в реактор при давлении 7,5МПа и температуре 410⁰С.

Компо-ненты	Кг/ч		ni	αi=	К
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10 C5H12 Н 2S Сырье			421,5 170,9 25,6 7,7 493,4	0,7683 0,1034 0,0463 0,0188 0,0043 0,0028 0,0011 0,0008 0,0542	4,0 2,8 2,2 1,8 1,6 1,2 2,5 0,007	0,080931 0,026990 0,017157 0,008816 0,002450 0,001788 0,000925 0,000331 0,861522	0,809312 0,107959 0,048039 0,019396 0,004410 0,002860 0,001110 0,000828 0,006031
Итого		-	9099,1	1,0000	-	1,0000	1,000

Количество кмоль ГСС сырья в паровой фазе

nп = 9099,1· 0,9437=8586,8 кмоль/ч

Определение агрегатного состояния на выходе из реактора.

Молярная масса бензина-отгона:

М_бо= кг/кмоль

Молярная масса гидроочищенного дизельного топлива:

М_дт= кг/кмоль

Молярная масса гидроочищенного остатка:

М_го= кг/кмоль

 

Таблица 2.12

Материальный баланс однократного испарения ГСС на входе в реактор при давлении 7,5МПа и температуре 410⁰С (е=0,9437)

Компоненты	Приход	Расход
Парожидкостная смесь	Паровая фаза	Жидкая фаза
кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля	кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля	кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10 С5Н12 Н 2S Сырье		0,0667 0,0719 0,0604 0,0359 0,0108 0,0071 0,0031 0,0012 0,7429	421,5 170,9 25,6 7,7 493,4	0,7683 0,1034 0,0463 0,0188 0,0043 0,0028 0,0011 0,0008 0,0542		0,2007 0,2141 0,1789 0,1059 0,0317 0,0201 0,0107 0,0034 0,2345	6950,2 926,5 166,6 37,8 10,3 6,9 51,5	0,8094 0,1079 0,0481 0,0194 0,0044 0,0028 0,0012 0,0008 0,0060		0,0006 0,0016 0,0018 0,0014 0,0004 0,0004 0,0003 0,0000 0,9935	41,4 13,7 8,8 4,4 1,2 0,9 0,5 0,1 441,3	0,0808 0,0267 0,0171 0,0086 0,0024 0,0017 0,0009 0,0003 0,8615
Итого		1,0000	9099,1	1,0000		1,0000	8586,8	1,0000		1,0000	512,3	1,0000

Определение состава паровой и жидкой фаз ГПС в условиях однократного испарения на выходе из реактора представлен в табл. 2.13

Таблица 2.13

Состав фаз на выходе из реактора.

Компоненты	кг/ч		Ni	Yi=	Кi
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10 C5H12 Н 2S Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизель-ное топливо Бензин-отгон			6513,5 980,5 457,5 216,3 72,8 7,3 87,9   426,1     128,7	0,7230 0,1088 0,0508 0,0241 0,0081 0,0059 0,0008 0,0098   0,0473     0,0143 0,0071	2,8 2,2 1,8 1,6 1,2 2,5   0,007   0,1 0,6	0,0761 0,0283 0,0186 0,0113 0,0046 0,0036 0,0006 0,0040   0,7470     0,0945 0,0114	0,7619 0,1136 0,0527 0,0249 0,0083 0,0060 0,0008 0,0101   0,0052     0,0095 0,0069
Итого		-	9008,6	1,0000	-	1,0000	1,0000

 

Доля отгона е=0,9433

Количество кмоль ГПС в жидком виде находим по формуле

nж= (1-0,9433) · 9008,6 = 510,8 кмоль/ч

Количество кмоль сырья в паровой фазе

nп = 0,9433 · 9008,6 = 8497,8 кмоль/ч

Порядок расчета парциального давления указан в табл. 2.15, 2.16.

Так как, парциальное давление паров бензина и дизельного топлива меньше 0,5 МПа, то поправкой к их энтальпии в зависимости от давления пренебрегаем.

 

Таблица 2.14

Материальный баланс однократного испарения ГПС на выходе из реактора при давлении 7,0МПа и температуре 430⁰С (е=0,9433)

Компоненты	Приход	Расход
Парожидкостная смесь	Паровая фаза	Жидкая фаза
кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля	кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля	кг/ч	массовая доля	моль/ч	мольная доля
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10 С5Н12 Н 2S Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизель-ное топливо Бензин-отгон		0,0623 0,0750 0,0656 0,0455 0,0202 0,0150 0,0025 0,0143   0,5256     0,1428 0,0312	6513,5 980,5 457,5 216,3 72,8 7,3 87,9   426,1     128,7	0,7230 0,1088 0,0508 0,0241 0,0081 0,0059 0,0008 0,0098   0,0473     0,0143 0,0071		0,1322 0,1577 0,1372 0,0951 0,0418 0,0301 0,0050 0,0298   0,1165     0,1936 0,0610	6474,5 965,4 447,8 211,6 70,5 50,9 6,8 85,8   44,2     81,7 58,6	0,7619 0,1136 0,0527 0,0249 0,0083 0,0060 0,0008 0,0101   0,0052     0,0095 0,0069		0,0007 0,0021 0,0026 0,0023 0,0012 0,0008 0,0002 0,0006   0,8836     0,1006 0,0053	38,9 14,5 9,5 5,8 2,3 1,8 0,3 2,0   381,6     48,3 5,8	0,0761 0,0283 0,0186 0,0113 0,0046 0,0036 0,0006 0,0040   0,7470     0,0945 0,0114
Итого		1,0000	9008,6	1,0000		1,0000	8497,8	1,0000		1,0000	510,8	1,0000

Таблица 2.15

Расчет парциального давления компонентов на входе в реактор

Компоненты	Кг/ч	Мi	Ni	Yi=	Парциальное давление компонента yi*П,МПа
Сырье СВСГ ЦВСГ		6,1 6,2	51,5 972,3 7709,8	0,0059 0,1113 0,8828	0,044 0,835 6,628
Итого		-	8733,6	1,000	7,50

Таблица 2.16

Расчет парциального давления компонентов на выходе из реактора

Компоненты	Кг/ч	Мi	Ni	Yi=	Парциальное давление компонента yi*П,МПа
Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизельное топливо Бензин-отгон Углеводородные газы Сероводород ЦВСГ		32,8 6,2	44,2   81,7 58,6   374,5 82,3	0,0053   0,0097 0,0072   0,0448 0,0099 0,9231	0,0371   0,0679 0,0504   0,3136 0,0693 6,4617
Итого		-	8341,3	1,000	7,0

 

2.4.3. Тепловые расчеты

 

Расчет энтальпий паров сырья, остатка, компонента дизельного топлива и бензина-отгона при нормальном давлении ведем по формуле

H_t=[(50,2+0,109 · t+0.00014 · t²)*(4 - )-73,8] · 4,187,

где Ht- энтальпия нефтяных паров при температуре t, кДж/кг

Энтальпия жидких нефтепродуктов определяем по формуле [12]

H_t = (0,403t+0,000405 t²)

Результаты расчетов сведены в табл. 2.17

 

Таблица 2.17

Определение энтальпии паров сырья, остатка, дизельного топлива и бензина-отгона при атмосферном давлении

Продукт	Энтальпии продукта
3000С	3500С	4000С	4500С
Сырье Бензин-отгон Дизельное топливо Остаток

При составлении теплового баланса реактора необходимо учитывать изменение энтальпии газов и паров при изменении давления. Для этого построим графики - зависимости энтальпии ЦВСГ, СВСГ, сырья и получаемых продуктов от температуры (табл.2.17)

Энтальпия газообразного сероводорода взята из [12] и представлена в табл. 2.18.

Таблица 2.18

Энтальпия газообразного сероводорода

Температура,0С	Энтальпия, кДж/кг
	30,3 154,6 315,7 368,3 430,8 484,7

 

Энтальпию водорода находим по формуле

Q_Н2=С_н2 · t,

где С_Н2- теплоемкость водорода, кДж/кг⁰С;

t- температура,⁰С

Теплоемкость водорода зависит от температуры и давления. Для нашего сырья принимаем ее равной 14,6 кДж/кг [12]

При определении энтальпии компонентов ЦВСГ, СВСГ и газов реакции пользуемся графиком. Расчеты энтальпии ЦВСГ, СВСГ и газов реакции представлены в табл. 2.19, 2.20, 2.21.

Проведем расчет теплового эффекта реакции.

Реакции, протекающие в процессе ЛГК, идут с выделением тепла.

Тепловой эффект рассчитаем по формуле

q_р= ,

где q_р – тепловой эффект процесса, кДж/кг;

М_с - молярная масса сырья;

М_i - молярная масса продуктов гидрокрекинга q_р= 113кДж/ кг

q_р= 113 кДж/ кг сырья

Потери тепла в окружающую среду определяем по формуле

ΔQ=K·F·Δt,

где ΔQ – потери тепла в окружающую среду, кДж/кг;

K- коэффициент теплопередачи, 8-17 кДж/ кг·м^{2 · 0}С;

K=8-17 кДж/ кг·м^{2 · 0}С;

Δt – перепад температур, ⁰С

Поверхность реактора рассчитываем по формуле

F=2π·R·H+2π·R²·Q,

где F – поверхность реактора, м²;

R – наружный радиус реактора, м;

Н – высота цилиндрической части реактора, м;

Q – коэффициент для стандартных днищ, 1,384

Таблица 2.19

Определении энтальпии ЦВСГ при давлении 7 МПа

 

Компо- ненты

yi

300С

1500С

3000С

3500С

4000С

4500С

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10 С5Н12 Н 2S

0,260 0,290 0,236 0,135 0,037 0,027 0,011 0,004

Итого

1,000

-

-

-

-

-

-

Таблица 2.20

Определении энтальпии СВСГ при давлении 7 МПа

Компо- ненты

yi

300С

1500С

3000С

3500С

4000С

4500С

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10 С5Н12 Н 2S

0,276 0,202 0,222 0,181 0,067 0,028 0,012 0,012

Итого

1,000

-

-

-

-

-

-

 

Таблица 2.21

Определении энтальпии газов реакции при давлении 7 МПа

Компо- ненты

yi

300С

1500С

3000С

3500С

4000С

4500С

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

Нi

Нi*yi

СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10

0,25 0,20 0,25 0,15 0,15

Итого

1,000

-

-

-

-

-

-

Перепад температур определяем по формуле

Δt=t_cр-t_min,

где t_cр – средняя температура среды внутри реактора, ⁰С;

t_min – средняя температера окружающей среды (зимой), ⁰С

t_cр = ⁰С

t_min = -13⁰С [5]

Δt=420-(-13)=433⁰С

Высоту цилиндрической части реактора рассчитываем по формуле

H=h_каt1+h _каt2+h_шар1+h _шар2+h_квенча+h_рз+h_рз ,

где h_шар1, h _шар2 - высота слоя фарфоровых шаров, м;

h_шар=0.1 м;

h_каt1, h _каt2 - высота слоя катализатора, м;

h_квенча- высота подачи квенча, м; =0,2 м;

h_квенча=0,2 м;

h_рз - высота рукавной загрузки;

h_рз =0,2 м

Объем слоя катализатора, рассчитываем по формуле:

V_к= ,

V_к= =191,9 м³

Площадь выхода, рассчитываем по формуле:

S= π·R²

S= 3,14· 1,8²=10,2 м²

Высоту слоя катализатора рассчитываем по формуле:

h_каt=

h_каt= =18,8 м

Принимаем h_каt1=10,8 м h_каt2= 8,0 м

H=10,8+8,0+0,1+0,1+0,2+0,2+0,2=19,6м

F=2·3,14·2,1·19,6+2·3,14·2,1²·1,384 =296,8 м²

Q = 10·296,8·433 = 1285 тыс. кДж/ч

Тепловой баланс реактора представлен в табл. 2.22.

Из теплового баланса реактора находим количество подлежащего съему тепла ∆Q=Qприх – Qрасх

∆Q=(321,2 – 316,1)·10^-6 = 5,1 ·10^-6 кДж/кг

Количество холодного ЦВСГ подаваемого на охлаждение продуктов реакции, определяем из уравнения

∆Q= (Н420 –Н40)

= кг/ч

= кмоль/ч

2.4.4 Гидравлический расчет реактора.

 

Целью гидравлического расчета является определение перепада давления в слое катализатора.

Гидравлический расчет ведем по формуле Эргуна

,

где ΔР – перепад давления в слое катализатора, Па;

Н_к – высота слоя катализатора, Н_к = 18,8 м;

D – диаметр шарика катализатора, м;

W – скорость газопаровой смеси, отнесенная к полному сечению потока при рабочих условиях, м/с;

Р – плотность потока при рабочих условиях, кг/м³;

- порозность катализатора (относительная величина, в долях от единицы).

Таблица 2.22

Тепловой баланс реактора

Наименование продукта	Расход, кг/ч	Температура,0С	Энтальпия, кДж/кг	Количество тепла, 106кДж/ч
пар	жидкость
Приход Сырье, в том числе: -паровая фаза -жидкая фаза СВСГ ЦВСГ Теплота реакции	-	-	-	1028,0	19,9 142,9 15,7 125,2 155430·113=17,5
Итого		-	-	-	321,2
Расход Гидроочищенный остаток в том числе: -паровая фаза -жидкая фаза Гидроочищен-ное дизельное топливо в том числе: -паровая фаза -жидкая фаза Бензин-отгон в том числе: -паровая фаза -жидкая фаза Углеводородные газы Сероводород ЦВСГ Потери тепла	-			- -	14,5 105,7     24,1 12,1     8,1 0,7   20,6 1,2 127,9 1,2
Итого		-	-		316,1

Диаметр гранул, не имеющих форму шара, определяем по формуле

D =d_рш.· _ф,

где d_рш – диаметр равновеликого шара, м;

_ф – фактор гранул или коэффициент несферичности.

Определяем объем таблетки катализатора по формуле

V_т= ,

где dт – диаметр таблетки, м;

- длина таблетки, м

d_т=1,3 мм; =4 мм

V_т=

Находим диаметр равновеликого по объему шара из уравнения

V_рш= ,

где d_рш - диаметр равновеликого по объему шара, мм³

V_рш= Vт=5,3 мм³

Находим диаметр равновеликого по объему шара

D_рш=

D_рш=

Фактор гранул определяем по уравнению

_ф=

где F_т – поверхность таблетки, мм²

F_рш – поверхность равновеликого шара, мм³

F_т=2

F_рш=

F_т=2 мм²

F_рш=3,14 =32,2 мм²

_ф=

d=3,3 ·0,6=1,98

Для определения скорости газопаровой смеси находим ее объем по формуле

V_c= ,

где V_c – секундный объем газопродуктовой смеси, м³/с;

- общее количество кмоль газопродуктовой смеси на входе в первый реактор и на выходе из второго реактора, К

Z_c – коэффициент сжимаемости;

Р – давление, МПа;

t – средняя температура среды внутри реактора, ⁰С;

Количество кмоль холодного ЦВСГ

n = 4706/6,2 = 759 К

V_ср=

Находим скорость газопаровой смеси по формуле

W=

где S_p – живое сечение реактора, м²

S_p= ,

где d – внутренний диаметр реактора

d =4,0 м

S_p=

W=

Определяем вязкость смеси по формуле Фроста

^,

где - динамическая вязкость, Па·с;

Т – температура, К;

М – молярная масса ГСС.

Молярная масса ГСС может быть найдена как отношение общей массы газопаровой смеси к общему числу кмоль

М=

М = кг/кмоль

М = кг/кмоль

М_ср= кг/кмоль

Определяем плотность потока по формуле

ρ=

ρ =

Порозность – доля объема пустот между гранулами катализатора определяем по формуле

где р_н – насыпная плотность катализатора, р_н=640 кг/м³;

р_к – кажущаяся плотность катализатора; р_к=1000 кг/м³.

=0,36

Вывод: Перепад давления в слое катализатора лежит в допустимых пределах.

 

 

2.4.6. Расчет сепарации газопаровой смеси

 

В схеме предусмотрены два сепаратора- горячий сепаратор высокого давления С-1 и холодный аппарат высокого давления С-2. Целью расчета является определение состава и количества газовой (паровой) и жидкой фаз в условиях однократного испарения в сепараторах и их размеров.

Горячий вертикальный сепаратор высокого давления С-1 предназначен для разделения ГПС.

Условия для горячей сепарации:

Температура равна 280⁰С

Давление – 6,4 МПа

Состав ГПС на входе в сепаратор представлен в табл. 2.23.

Расчет состава паровой и жидкой фаз в сепараторе С-1 представлен в табл. 2.24.

Таблица 2.24

Состав паровой и жидкой фаз на выходе из горячего сепаратора С-1

Наименование продукта	Кг/ч	Мi	Ni	yi=	K	xi	yi
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-С4Н10 С5Н12 Н 2S Гидроочищенный остаток Гидроочищенное дизель-ное топливо Бензин-отгон			7125,5 1065,8 494,5 230,7 75,8 56,2 8,0 88,5   426,1     128,7 64,0	0,7298 0,1092 0,0506 0,0236 0,0077 0,0058 0,0008 0,0091   0,0436     0,0132 0,0066	4,5 3,2 2,2 1,7 1,5 1,0 2,8   0,005     0,05 0,2	0,0641 0,0253 0,0164 0,0110 0,0045 0,0037 0,0008 0,0033   0,7164     0,1277 0,0268	0,7694 0,1141 0,0526 0,0243 0,0078 0,0063 0,0008 0,0095   0,0037     0,0061 0,0054
Итого		-	9763,8	1,0000	-	1,0000	1,0000

Доля отгона е = 0,9439

Объем газовой (паровой) фазы находим по формуле

где V_П – объем газовой фазы, м³/с;

ΣN_i – число кмоль газовой фазы, кмоль/ч;

t – температура ГПС в сепараторе, ⁰С;

Р – давление ГПС в сепараторе, МПа;

Р – давление в газосепараторе, Р = 6,4 МПа;

T – температуре в газосепараторе,⁰С;

Z_c – коэффициент сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости определяем по графикам, вычислив предварительно приведенные температуру и давление.

Критические параметры фракций определяем по формулам

T_кр=t_кр+273;

t_кр=1,05 t_ср +160;

Р_кр=К·

где T_кр (t_кр) –критическая температура, К (⁰С);

К – постоянная, К=5,5

Для дизельного топлива t_ср =260⁰С (см. табл.2.1).

t_кр=1,05·260+160=433⁰С

T_кр=433+273=706 К

Р_кр=5,5· =1,6 МПа

Для бензина t_ср =100⁰С (см. табл.2.1).

t_кр=1,05·100+160=265⁰С

T_кр=265+273=538 К

Р_кр=5,5· =2,9 МПа

T_пр= =1,03 К

Р=0,0054·6,4=0,036 МПа

Р_пр= =0,012 МПа

Для гидроочищенного остатка t_ср =420⁰С (см. табл.2.1).

t_кр=1,05·420+160=601⁰С

T_кр=601+273=874 К

Р_кр=5,5· =1,4 МПа

T_пр= =0,63 К

Р=0,0037·6,4=0,024 МПа

Р_пр= =0,013 МПа

Определяем критические параметры смеси газов.

Таблица 2.25.

Критические параметры смеси газов

Компоненты		tкр,0С	tкр	Ркр,МПа	Ркр
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 Изо-С4Н10 Н-C4H10 C5H12 Н 2S Бенз-отгон Дизельное топливо Остаток	0,7694 0,1141 0,0526 0,0243 0,0078 0,0063 0,0008 0,0095 0,0054   0,0061 0,0037	-239,8 82,5 32,2 96,8 134,0 153,1 187,7 100,4 265,0   433,0 601,0	-184.5 9.4 1.7 2.4 1.1 1.0 0.2 0.9 1.4   2.6 2.2	4,68 4,92 4,28 3,76 3,67 3,35 3,36 8,89 2,9   1,6 1,4	3.6 0.6 0.2 0.1 0.03 0.02 0.003 0.08 0.016   0.01 0.005
Итого	1,0000	-	-161,6	-	4,66

 

T_кр=t_кр+273= T_кр= -158+273=115 К

T_пр=

T_пр= =4,8 К

Р_пр=

Р_пр= =1,4 МПа

Определяем по графику коэффициент сжимаемости

Ζ=