График для определения псевдокритических параметров нефтяных фракций в зависимости от их молекулярной массы М и характеризующего фактора К.

Энтальпию паров сырья при 350°С определяют по графику приложения Г.

КДж/кг

Поправку на давление находим по значениям приведённых температуры и давления. Абсолютная критическая температура сырья определяется с использованием графика представленного в приложении Д.

График для определения псевдокритических параметров нефтяных фракций в зависимости от их молекулярной массы М и характеризующего фактора К.

(23) [4]

где: К – характеризующий фактор;

относительная плотность;

Т_ср – температура, К.

(24) [4]

t_н.к. – температура начала кипения сырья, °С;

t_к.к. – температура конца кипения сырья, °С;

(24) [4]

(23) [4]

По графику приложения Д по найденным значениям молекулярной массы сырья (формула 11) и характеризующего фактора (формула 23) определяем абсолютную критическую температуру.

Т_кр=733К

Приведённая температура равна:

(25)[4]

где: температура на входе в реактор, °С;

Т_кр – абсолютная критическая температура, К.

(25) [4] Критическое давление сырья вычисляют по формуле (26):

(26) [4]

где: критическое давление сырья, МПа;

К – характеризующий фактор;

Т_кр – критическая температура сырья;

М_с – молекулярная масса сырья.

МПа (26) [4]

Тогда приведённое давление определяем по формуле (27):

(27) [4]

Р – давление в реакторе, МПа (из исходных данных);

приведённое давление;

критическое давление сырья, МПа.

(27) [4]

Для найденных значений Т_пр. и Р_пр. (смотри приложение Е).

(28)[4]

где: поправка на давление;

М_с – молекулярная масса сырья;

Т - температура на входе в реактор, К;

Преобразуя формулу (28) определим значение поправки энтальпии на давление.

кДж/кг (28)[4]

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна

кДж/кг (29)[4]

Теплоёмкость сырья с поправкой на давление равна:

(30)[4]

где: теплоёмкость сырья с поправкой на давление, кДж/кг;

температура на входе в реактор, °С;

энтальпия сырья с поправкой на давление, кДж/кг.

кДж/кг (30)[4]

Средняя теплоёмкость реакционной смеси составляет:

(31) [4]

где: средняя теплоёмкость реакционной смеси, кДж/(кг*К)

теплоёмкость сырья с поправкой на давление, кДж/кг;

средняя теплоёмкость ЦВСГ, кДж/(кг*К);

- массовый процент водородсодержащего газа и циркулирующего водородсодержащего газа поступающего на установку.масс.%.(из мат. баланса реактора);

- общее количество поступающих на переработку веществ, масс.%. (из мат. баланса реактора).

кДж/(кг*К) (31)[4]

Подставляем найденные величины в уравнение (16):

°С

Для определения температуры реакционной смеси при разных глубинах обессеривания необходимо построить график зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине. Теплоёмкость реакционной среды не изменяется, поэтому зависимость t от S линейная, и для построения графика достаточно двух точек.

Данные для построения графика зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине представлены в таблице 7.

Таблица 7.

точка
температура, С
содержание серы S, % масс.	0,9	0,7

График зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине.

рисунок 1.

Скорость гидрогенолиза r сернистых соединений описывается уравнением:

(32) [4]

где: r - скорость гидрогенолиза сернистых соединений;

S – содержание серы в продукте, масс.дол.,%;

k – константа скорости реакции;

n – порядок реакции.

При гидрировании индивидуальных сернистых соединений n=1, при гидрогенолизе нефтяных фракции обычно .

(33) [4]

где: элемент объёма реактора, м;

подача сырья в реактор, м³/ч.

Подставив выражение в уравнение (32) получим уравнение для расчёта реакционного объёма при гидроочистке нефтяных фракций.

(34) [4]

где: r - скорость гидрогенолиза сернистых соединений;

S – содержание серы в продукте, масс. дол.,%;

k – константа скорости реакции;

n – порядок реакции;

элемент объёма реактора, м;

подача сырья в реактор, м³/ч.

По справочным данным [5] определяем кинетические константы процесса:

кДж/моль

n=2.

Второй порядок реакции объясняется неодинаковой реакционной способностью сернистых соединений, содержащихся в нефтяных фракциях.

Данные необходимые для расчёта скорости r и обратной скорости при разных глубинах обессеривания, сводят в таблицу 8.

Таблица 8.

Показатели	содержание серы, масс. дол.,%
0,9	0,85	0,8	0,75	0,7
t, °С		420,6	421,5	422,2
Т, К		693,6	694,5	695,2
S^2	0,81	0,72	0,64	0,56	0,49
	116,3*10^3	112,1*10^3	111*10^3	109,9*10^3	107,7*10^3
	522,9*10^3	517,9*10^3	512,8*10^3	507,7*10^3	497,5*10^3
	423,6*10^3	372,9*10^3	328,2*10^3	284,3*10^3	243,8*10^3
,	2,36	2,68	3,05	3,52	4,10

(35) [4]

где: константа скорости реакции;

основание натурального логарифма;

энергия активации, кДж/моль;

универсальная газовая постоянная, кДж/моль*К;

температура, К.

При температуре 623К:

(35) [4]

Скорость реакции определяют по формуле:

(36) [4]

скорость реакции;

константа скорости реакции;

S – содержание серы в продукте, масс. дол.,%;

(36)[4]

По полученным данным строят график в координатах - S зависимости обратной скорости реакции от остаточного содержания серы в гидроочищаемом бензине (рисунок 2).

рисунок 2.

Графическим интегрированием находят площадь под полученной кривой в пределах содержания серы от 2 масс.дол.,% до 0,2 масс.дол.,%.

Эта площадь численно равна интегралу:

(37) [4]

где:S – содержание серы в продукте, масс. дол.,%;

скорость реакции.

Определяем численное значение интеграла по одному из двух способов представленных в приложении Ж.

(38) [4]

ОБЪЁМ КАТАЛИЗАТОРА И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ РЕАКТОРА

Требуемый объём катализатора в реакторе вычисляют по формуле:

(39) [4]

где: объём катализатора в реакторе, м³;

S – содержание серы в продукте, масс. дол.,%;

скорость реакции.

Значение находят из соотношения:

(40) [4]

где: плотность сырья, кг/м³ (из исходных данных);

количество топлива поступающего на очистку, кг/ч (из мат баланса реактора);

м³/ч (40) [4]

35,85 м³ (39) [4]

Объёмную скорость подачи сырья, т.е. отношение объёма жидкого сырья, подаваемого на объём катализатора в час определяем по формуле:

(41) [4]

объёмная скорость подачи сырья, ч^-1;

объём катализатора в реакторах, м³.

(41) [4]

По найденному значению вычисляют геометрические размеры реактора гидроочистки.

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

Тогда:

(42) [4]

Принимаем к установке 2 последовательно установленных реактора.

Объём катализатора на один реактор равен:

(43) [4]

где: объём катализатора в реакторах, м³;

объём катализатора в одном реакторе, м³;

число реакторов, шт.

м³ (43) [4]

Диаметр реактора равен:

(44) [4]

где: диаметр реактора, м;

объём катализатора в одном реакторе, м³.

м (44) [4]

Высота слоя катализатора составляет:

Н=2D (45) [4]

где: диаметр реактора, м;

Н – высота слоя катализатора, м.

м (45) [4]

Приемлемость принятой формы реактора дополнительно проверяется гидравлическим расчётом реактора.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕАКТОРА

Потери напора не должны превышать 0,2 – 0,3 МПа.

Расчёт потери напора в слое катализатора.

Потери напора в слое катализатора вычисляют по формуле:

(46) [4]

где: потеря напора на слое катализатора,кг/м²;

Н – высота слоя катализатора, м;

порозность слоя катализатора;

динамическая вязкость, Па*с;

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

d – средний диаметр частиц, м;

плотность газа, кг/м³;

ускорение силы тяжести, кг/с²;

Пористость слоя вычисляют по формуле:

(47) [4]

где: порозность слоя;

насыпная плотность катализатора, кг/м³;

кажущаяся плотность катализатора, кг/м³.

кг/м³;

кг/м³

(47) [4]

Линейная скорость потока равна:

(48) [4]

где: линейная скорость потока,м/с;

диаметр реактора, м;

V- объём реакционной смеси, включающий объём сырья V_с, и объём циркулирующего водородсодержащего газа V_Ц, м³/ч.

Определяем объём реакционной смеси.

(49) [4]

где:V –объём реакционной смеси, м³/ч;

V_с –объём сырья, м³/ч;

V_Ц – объём циркулирующего водородсодержащего газа, м³/ч;

Объём сырья рассчитывают по формуле:

(50) [4]

где:V_с –объём сырья,м³/ч;

расход сырья в реактор, кг/ч;

средняя температура в реакторе, °С.

коэффициент сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости определяем по приложению Ж.

При Т_пр=0,845 и Р_пр=0,98 коэффициент сжимаемости равен 0,25.

Величина может быть найдена как средняя арифметическая между температурой ввода сырья =350°С и температурой на выходе из реактора, равной 386,65 °С.

°С

м³/ч (50) [4]

Объём циркулирующего водородсодержащего газа рассчитывают по формуле:

(51) [4]

где:V_Ц – объём циркулирующего водородсодержащего газа, м³/ч;

расход циркулирующего водородсодержащего газа в реактор, кг/ч;

коэффициент сжимаемости (коэффициент сжимаемости равен 1)

средняя температура в реакторе, °С.

м³/ч (51) [4]

м³/ч (49) [4]

м/с (48) [4]

Динамическую вязкость смеси определяют по её средней молекулярной массе, равной:

(52) [4]

где: расход циркулирующего водородсодержащего газа в реактор, кг/ч;

расход сырья в реактор, кг/ч;

Мс – молекулярная масса сырья;

М_Ц – молекулярная масса ЦВСГ.

(52) [4]

По уравнению Фроста находят динамическую вязкость смеси:

(53) [4]

кг*с/м²

Средний диаметр частиц катализатора d=4*10^-3м (из паспорта катализатора).

Плотность реакционной смеси в условиях процесса равна:

(54) [4] кг/м³

Таким образом:

кг/(м²*м) (46) [4]

кг/м²

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

Поэтому принимаем к установке 2 реактора цилиндрической формы с высотой реакционной зоны 3,44 м и диаметром реакционной зоны 1,72 м.

Дата добавления: 2015-07-08