Проект установки гидроочистки дизельного топлива

 

Расчет  энтальпий ЦВСГ, СВСГ и углеводородных газов приведен в табл. 5.11, 5.12 и 5.13 соответственно.

 

Таблица 5.11

Расчет  энтальпий ЦВСГ при р=4,3Мпа.

 

Компонент	Yi	Температура ˚ С
		100		200		270		340		350		355		360
		Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг
Водород	0,278	1460,0	405,7	2920,0	811,4	3942,0	1095,4	4964,0	1379,3	5110,0	1419,9	5183,0	1440,2	5256,0	1460,5
Метан	0,204	586,6	119,5	879,9	179,3	1110,4	226,3	1340,8	273,2	1374,3	280,0	1391,1	283,5	1407,8	286,9
Этан	0,243	515,4	125,3	762,6	185,4	984,7	239,4	1181,6	287,3	1215,1	295,4	1227,7	298,5	1294,7	314,8
Пропан	0,160	440,0	70,4	745,8	119,4	942,8	150,9	1164,8	186,5	1173,2	187,8	1194,2	191,2	1202,5	192,5
Изобутан	0,058	255,6	14,7	691,4	39,8	888,3	51,1	1093,6	62,9	1131,3	65,1	1152,3	66,3	1169,0	67,3
Н-бутан	0,058	264,0	15,2	678,8	39,1	921,8	53,1	1097,8	63,2	1152,3	66,3	1173,2	67,5	1185,8	68,3
Итого	1,000		750,9		1374,4		1816,1		2252,5		2314,7		2347,2		2390,2

 

Таблица 5.12

Расчет  энтальпий СВСГ при р=4,3Мпа.

 

Компонент		Температура,˚С
	Yi	100		200		270		340		350
		Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг
Водород	0,992	1460,0	1448,4	2920,0	2896,8	3942,0	3910,7	4964,0	4924,6	5110,0	5069,4
Метан	0,008	586,6	4,7	879,9	7,0	1110,4	8,8	1340,8	10,7	1374,3	10,9
Итого			1453,1		2903,8		3919,5		4935,2		5080,3

Таблица 5.13

 

Расчет  энтальпий УВГ при р=4,3 Мпа

 

компонент	Y мас	Температура ˚ С
		100		200		340		350		355		360
		Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг	Hi, кДЖ/кг	Hi*Yi, кДж/кг
Метан	0,402	586,6	235,6	879,9	353,4	1340,8	538,5	1374,3	552,0	1391,1	558,7	1407,8	565,4
Этан	0,379	515,4	195,4	762,58	289,1	1181,6	447,9	1215,1	460,6	1227,67	465,4	1294,71	490,8
Пропан	0,187	440,0	82,4	745,82	139,6	1164,8	218,1	1173,2	219,6	1194,15	223,5	1202,53	225,1
Изобутан	0,017	255,6	4,4	691,35	11,9	1093,6	18,9	1131,3	19,5	1152,25	19,9	1169,01	20,2
Н-бутан	0,015	264,0	3,9	678,78	10,1	1097,8	16,3	1152,3	17,1	1173,2	17,4	1185,77	17,6
Итого	1,000		521,7		804,1		1239,6		1268,8		1284,9		1319,1

 

Зависимости энтальпий от температуры для  сырья, гидрогенизата и бензин-отгона

Рис. 5.2

 

Зависимости энтальпий от температуры для СВСГ, ЦВСГ и газов реакций

 

Рис. 5.3

5.3.3 Определение потерь теплоты из реакторов в окружающую среду

 

Потери  тепла в окружающую среду определяем из уравнения

                        

где   — потери тепла в окружающую среду, кДж/ч;

         К — коэффициент теплопередачи, кДж/кг · м² · ºС · ч,

         К = 8 – 17 кДж/кг · м² · ºС · ч ;

         F – поверхность реактора, м² ;

        — перепад температур, ºС .

Поверхность  реактора рассчитывается по формуле

                                          

где  F — поверхность реактора, м² ;

       R — наружный радиус реактора, м ;

       Н — высота цилиндрической части реактора, м ;

       Θ — коэффициент для стандартных  днищ, 1,384.

Перепад температур определяем по формуле

                                   

где   t_cp. — средняя температура среды внутри реактора, ºС ;

        t_min. — средняя минимальная температура окружающей среды (зимой, ºС),

         t_min = -12ºС.

                                  С.

                                  С.

                м².

                                  кДж/ч .

5.3.4 Тепловой баланс реакторного блока

 

Составы газосырьевой смеси на входе в  реактор и газопродуктовой смеси  на выходе из реактора представлены в таблицах 5.14-5.15.

В реакторе осуществляется процесс однократного испарения. Основные уравнения однократного испарения, на основании которых  определяем состав жидкой и паровой фаз, следующие:

 

 

,

 

где х_i – мольная концентрация компонента жидкой фазы, в долях от единицы;

– мольная концентрация компонента парожидкостной смеси, в долях от единицы;

е – мольная доля отгона;

К_i – константа фазового равновесия компонента газожидкостной смеси;

у_i – мольная концентрация компонента газовой фазы, в долях от единицы.

Константу фазового равновесия определяем по номограмме Уинна [1] или рассчитываем из  отношения:

,

где Р_i – парциальное давление компонента, МПа;

 – общее давление в системе,  МПа. 

Расчет  процесса однократного испарения осуществляем с помощью ПЭВМ. Результаты расчета  на ПЭВМ состава фаз на входе в  реактор и выходе из него представлены в таблицах 5.16-5.17.

На основании данных таблицах 5.16-5.17 рассчитываем материальный баланс однократного испарения в реакторе. Результаты расчетов сведем в таблицы 5.18-5.19.

 

Таблица 5.20

 

Тепловой  баланс реактора

 

статьи баланса	расход, кг/ч	темп-ра С	Энтальпия		кол-во теплоты МДЖ/ч
			пар	жидкость
взято:
сырье	111940	340			102036,3
в т. ч паровая фаза	46166	340	1018,3	-
жидкая фаза	65774	340	-	836,6
СВСГ	903	340	4790,0	-	4455,0
ЦВСГ	16845	340	2187,7	-	37943,4
теплота реакции	-	-	48,9	-	5478,2
итого	129688	-	-	-	149912,9
получено:
дизельное топливо	109599	355			106744,9
в т. ч паровая фаза	53017	355	1065,9
жидкая фаза	56582	355		8887,8
бензин-отгон	1470	355			1686,9
в т. ч паровая фаза	1353	355	1164,3
жидкая фаза	117	355		951,6
УВГ	921	355	1284,9	-	887,5
сероводород	1444	355	411,8	-	445,9
ЦВСГ	22460	355	2347,2	-	39539,0
потери теплоты в ОС	-	-			527,6
итого	129688	-	-	-	149831,8

 

 

Из теплового  баланса реактора находим дебаланс по формуле

Q = ((Q_{прихода}  - Q_{расхода} )/ Q_{прихода} )·100,

 

Q =

Расхождение между приходом и расходом тепла  составляет допустимую величину (не более 0,2%).

5.4 Гидравлический расчет  реактора

 

Правильность  выбора диаметра и высоты слоя катализатора проверяется гидравлическим расчетом. Цель гидравлического расчета —  определение перепада давлений в  слое катализатора и сравнение расчитанных  перепадов с практическими данными.

Гидравлический  расчет ведем по формуле Эргуна[22]:

 

где— перепад давления в слое катализатора, Па;

H — высота слоя катализатора, м;

d — диаметр шарика катализатора, м;

W — линейная скорость газопаровой смеси, отнесенная к полному сечению, м/с;

- плотность потока паров  ГПС при рабочих условиях, кг/м³;

- динамическая вязкость  парогазовой смеси, Па с;

- порозность катализатора, доли от единицы;

g – ускорение свободного падения,принимаемg = 9,8 м/с².

За диаметр  гранул, не имеющих форму шара, обычно принимается величина, определяемая из соотношения:

 

где d_рш— диаметр равновеликого по объему шара, м;

- фактор экструдатов или  коэффициент несферичности.

Коэффициент несферичности равен отношению  поверхности экструдата катализатора (F_Т) к поверхности равновеликого по объему шара (F_рш):

 

Поверхность экструдата и поверхность равновеликого  по объему шара находим, приравнивая  объем экструдата к объему равновеликого  по объему шара и рассчитываем поверхность  последнего:

 

Объем экструданта катализатора (V_T) находим по формуле, приняв для экструданта катализатора диаметр равным 1,8 мм и длину 4 мм:

 

где d_T— диаметр экструдата катализатора, мм;

l_T — длина экструдата катализатора, мм.

Выражая диаметр равновеликого шара из формулы , получим:

 

Поверхность экструдата определяем по формуле:

 

Поверхность равновеликого по объему шара равна:

 

Коэффициент несферичности по формуле :

 

Диаметр гранул катализатора по формуле  равен:

 

Объем ГПС на выходе из реактора определяем по формуле:

 

где— число кмоль газов и паров ГПС, кмоль/ч;