Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки можно записать так:
где Qc, Qц — тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и циркулирующим водородсодержащим газом;
Qs,Qг.п. —тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных соединений;
∑Qcм. — тепло, отводимое из реактора реакционной смесью.
Средняя теплоемкость реакционном смеси при гидроочистке незначительно изменяется в ходе процесса, поэтому тепловой баланс реактора можно записать в следующем виде:
где G — суммарное количество реакционной смеси, % (масс.);
с —средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг∙К);
ΔS,ΔCH —количество серы и непредельных, удаленных из сырья, % (масс);
t,t0—температуры на входе в реактор и при удалении серы ΔS, °C;
qs,qH — тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж/кг.
1. t0, катализатор — сырье 350 °С.
2. Суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор составляет 116,79 кг.
|
|
3. Количество серы, удаленное из сырья, ΔS = 0,75% (масс).
4. Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, составит
Таблица 4
Тепловой эффект реакции гидрирования органических соединений серы*.
где qsi — тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сероорганических соединений, кДж/кг;
gsi- количество разложенных сероорганических соединений, кг (при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений в % масс.).
5. Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов, равно 126000 кДж/моль. Тогда.
6. Среднюю теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа находим на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов (табл. 4).
Таблица 5.
Теплоемкость индивидуальных компонентов.
H2 | CH4 | C2H6 | C3H8 | C4H10 | |
Сp, кДж/(кг∙К) | 14,57 | 3,35 | 3,29 | 3,23 | 3,18 |
Сp, ккал/(кг∙С0) | 3,48 | 0,800 | 0,786 | 0,772 | 0,760 |
где сpi—теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление, кДж/(кг-К);
yi — массовая доля каждого компонента в циркулирующем газе.
Тогда
7. Энтальпию паров сырья при 350 °С равнаI350=997,4 кДж/кг.
Поправку на давление находим по значениям приведенных температуры и давления.
Абсолютная критическая температура сырья Ткр=497+273=770 К,
Приведенная температура равна ТПР = 350+273/770=0,809.
Критическое давление сырья вычисляют по формуле
Ркр = 0,1ТKP/Мc = 0,1∙9,26∙770/215 = 3,32 МПа,
где
Тогда
Для найденных значений Тпр и Рпр.
Энтальпия сырья с поправкой на давление равна I350=997,4-34,6 = 962,8 кДж/кг.
|
|
Теплоемкость сырья с поправкой на давление равна Сс=962,8:350= =2,75кДж/(кг∙К).
8. Средняя теплоемкость реакционной смеси составляет
Имея найденные значения, находим температуру на выходе из реактора t:
Для определения температуры реакционной смеси при разных глубинах обессеривания строим график зависимости температуры реакционной смеси t от остаточного содержания серы в дизельном топливе S.
Рис.2.
Зависимость температуры реакционной смеси t от остаточного содержания серы в дизельном топливе S.
Таблица 5.
Данные для кинетического расчета процесса обессеривания.
Показатели | 0,75 | 0,5 | 0,2 | 0,1 | 0,05 |
Т,К 108∙e-E/RT k=k0∙e-E/RT S2 r=k∙S2 1/r | 623 237,8 10,99 0,56 6,1544 0,163 | 630,8 279,1 12,89 0,25 3,2225 0,310 | 641,6 346,1 15,99 0,04 0,6396 1,563 | 644,1 346,1 16,79 0,01 0,1679 5,956 | 646 377,1 17,42 0,0025 0,0436 22,936 |
Графическим интегрированием находим площадь под полученной кривой в пределах содержания серы от 0,8 до 0,05% (масс). Эта площадь численно равна интегралу
Требуемый объем катализатора в реакторе VK вычисляем по формуле
Значение G' находим из соотношения
G' = G/ρ = 98039/850 = 115,34 м3/ч
Получаем объемную скорость подачи сырья, т. е. отношение объема жидкого сырья, подаваемого на объем катализатора в час (w, ч-1)
w = G'/VK= 115,34/70,24 =4,64 ч-1.
По найденному значению VK вычисляют геометрические размеры реактора гидроочистки.
Принимаем цилиндрическую форму реактора и соотношение высоты к диаметру равным 2:1 или H = 2D. Тогда
Vp = πD2H = πD22D = 2πD3.
Диаметр реактора равен
Высота слоя катализатора составляет H=2D=4,2м.