Проект установки гидроочистки дизельного топлива

 

По формулам  приведенные параметры равны:

 

 

 

Коэффициент сжимаемости принимаем по литературным данным [7]:

 

 

Объемный  расход по формуле :

 

Допустимую  линейную скорость газового потока определяем по формуле:

 

где— плотность жидкой фазы при температуре в сепараторе, кг/м³;

      - плотность газовой фазы в сепараторе, кг/м³.

Плотность жидкой фазы рассчитываем по формуле:

 

где G_i — массовый расход компонента жидкой фазы, кг/ч;

      - плотность компонента жидкой фазы, кг/м³.

 

Плотность жидкой фазы при температуре свыше 50 ⁰С определяем по формуле [25]:

 

 

Для гидроочищенного  дизельного топлива:

 

 

Для бензин-отгона:

 

 

Подставляем данные в формулу и получаем:

 

Плотность газовой (паровой) фазы находим из соотношения:

 

где G^гф — массовый расход газовой (паровой) фазы, кг/ч.

Тогда допустимая линейная скорость газового потока по формуле :

 

Рассчитываем  сечение горизонтального газосепаратора :

 

Рассчитываем  диаметр горизонтального газосепаратора по формуле:

 

Диаметр типового сепаратора (d_тип) выбираем по нормали [6]; d_тип = 2400 мм. Диаметр типового сепаратора принят больше расчетного (d), поэтому не рассчитываем фактическую линейную скорость паров.

Длину горизонтального газосепаратора рассчитываем по формуле:

 

где- время пребывания жидкой фазы в газосепараторе, принимаем 10 минут [9];

        W_жф — линейная скорость движения жидкой фазы в газосепараторе, м/мин.

 

Объемный  расход жидкой фазы в газосепараторе определяем из соотношения:

 

где g_жф – массовый расход жидкой фазы, кг/ч;

      - плотность жидкой фазы, кг/м³.

Тогда линейная скорость движения жидкой фазы определяем по формуле:

 

По формуле  определяем длину горизонтального  сепаратора:

5.5.4 Исходные данные для расчета вертикального сепаратора С-2

 

Состав  и расход газопродуктовой смеси  на входе в газосепаратор С-2 представлен в табл. 5.27.

 

Таблица 5.27

Состав  и расход ГПС на входе в газосепаратор  С-2

 

Компонент	Молярная масса, кг/кмоль	Расход, кг/ч	Массовая доля	Расход, кмоль/ч	Мольная доля
1. Водород	2	4618	0,2260	2309	0,8239
2. Метан	16	3582	0,1753	224	0,0799
3. Этан	30	4070	0,1992	136	0,0484
4. Пропан	44	2535	0,1241	58	0,0206
5. И-Бутан	58	847	0,0415	15	0,0052
6. Н-Бутан	58	835	0,0409	14	0,0051
7. Сероводород	34	1004	0,0492	30	0,0105
8. Бензин — отгон	104	687	0,0336	6	0,0023
9. Гидрогенизат	207	2250	0,1102	11	0,0041
Итого		20429	1,0000	2802	1,0000

 

5.5.5 Расчет материального баланса

 

В газосепараторе осуществляется процесс однократного испарения. Основные уравнения процесса однократного испарения:

для жидкой фазы:

для паровой  фазы:

где x_i— мольная концентрация компонента жидкой фазы;

y_i — мольная концентрация компонента паровой фазы;

-  мольная концентрация  компонента исходной смеси;

e — мольная доля отгона;

K_i — константа фазового равновесия компонента.

Константу фазового уравнения для углеводородов, сероводорода  определяем с помощью  диаграмм [1]. Для бензина — отгона и гидроочищенного дизельного топлива по формуле:

 

где Р_i — давление насыщенных паров компонента, МПа;

Р — общее давление в системе, МПа.

Материальный  баланс однократного испарения ГПС  в холодном сепараторе высокого давления представлен в табл. 5.29.

Результат расчета состава фаз на выходе из газосепаратора представлен в табл. 5.28.

 

Таблица 5.28

 

Состав  газовой и жидкой фаз на выходе из сепаратора С-2 при температуре 40⁰С и давлении 4,5 МПа (мольная доля отгона 0,993)

 

Компонент	Мольная доля ()	Константа фазового равновесия (Ki)	Мольная доля компонента газопаровой  фазы (yi)	Мольная доля компонента жидкой фазы (xi)
1. Водород	0,8239	31,00	0,8295	0,0268
2. Метан	0,0799	5,80	0,0803	0,0139
3. Этан	0,0484	1,20	0,0485	0,0404
4. Пропан	0,0206	0,45	0,0204	0,0453
5. И-Бутан	0,0052	0,22	0,0051	0,0231
6. Н-Бутан	0,0051	0,17	0,0050	0,0292
7. Сероводород	0,0105	0,90	0,0105	0,0117
8. Бензин - отгон	0,0023	0,0033	0,0007	0,2231
9. Гидрогенизат	0,0041	0,000007	0,000004	0,5865
Итого	1,0000		1,0000	1,0000

 

5.5.6 Определение размеров вертикального газосепаратора

 

Рассчитываем  сечение вертикального газосепаратора по формуле:

 

где V_п — объемный расход газовой (паровой) фазы, м³/с;

- коэффициент заполнения вертикального газоспаратора, принимаем равным 1 [1];

W_доп- допустимая линейная скорость газовой фазы в газосепараторе, м/с.

Объемный  расход определяем по формуле:

 

 

где N^гф— число кмолей газов и паров ГПС, кмоль/ч;

z — коэффициент сжимаемости;

Р — давление, МПа.

 Коэффициент  сжимаемости для паров сырья  и продуктов реакции находим  по формуле [6]:

 

Для определения  коэффициента сжимаемости предварительно определяем критические, псевдокритические  и приведенные параметры компонентов  ГПС по формулам.

Расчет  псевдокритических температур и  давлений компонентов ГПС приведен в табл. 5.30.

 

Таблица 5.30

 

Расчет  псевдокритических температур и  давлений газопаровой фазы

 

Компонент		Критические параметры
		Температура, К	Давление, МПа
1. Водород	0,8295	33	1,82	27,53799	1,50961
2. Метан	0,0803	191	4,68	15,30493	0,37600
3. Этан	0,0485	305	4,92	14,79420	0,23849
4. Пропан	0,0204	370	4,28	7,53817	0,08725
5. И-Бутан	0,0051	407	3,76	2,07138	0,01914
6. Н-Бутан	0,0050	426	3,67	2,11860	0,01825
7. Сероводород	0,0105	373	8,89	3,93352	0,09365
8. Бензин-отгон	0,0007	546	27,95	0,40614	0,02079
9. Гидрогенизат	0,00000	721	42,88	0,00282	0,00017
Итого	1,0000			74	2,36

 

По формулам  приведенные параметры равны:

 

 

Коэффициент сжимаемости принимаем по литературным данным [7]:

 

Объемный  расход по формуле:

 

Допустимую  линейную скорость газового потока определяем по формуле:

 

где— плотность жидкой фазы при температуре в сепараторе, кг/м³;

      - плотность газовой фазы в сепараторе, кг/м³.

Плотность жидкой фазы рассчитываем по формуле:

 

где G_i — массовый расход компонента жидкой фазы, кг/ч;

      - плотность компонента жидкой фазы, кг/м³.

 

Плотность жидкой фазы при температуре 40 ⁰С определяем по формуле [8]:

 

 

Для гидроочищенного  дизельного топлива:

 

Для бензин-отгона:

 

Подставляем данные в формулу и получаем:

 

Плотность газовой (паровой) фазы находим из соотношения:

 

где G^гф — массовый расход газовой (паровой) фазы, кг/ч.

Тогда допустимая линейная скорость газового потока по формуле :

 

Рассчитываем  сечение горизонтального газосепаратора :

 

Рассчитываем  диаметр горизонтального газосепаратора по формуле:

 

Диаметр типового сепаратора (d_тип) выбираем по нормали [1]; d_тип = 1400 мм. Диаметр типового сепаратора принят больше расчетного (d), поэтому не рассчитываем фактическую линейную скорость паров.

Высоту  слоя жидкости в цилиндрической части  аппарата находим, исходя из ее расхода  и времени пребывания в газосепараторе с учетом объема полусферы по формуле:

 

где H_ж — высота слоя жидкости в сепараторе, м;

      - время пребывания жидкости в сепараторе, принимаем 20 мин;

V_ж — объемный расход жидкости, м³/мин;

V_п.сф — объем полусферы, м³;

S — сечение газосепаратора, м².

Объем полусферы рассчитываем по формуле:

 

где d — диаметр сепаратора, м.

По формуле  определяем объемный расход жидкой фазы в газосепараторе:

 

где g_жф – массовый расход жидкой фазы, кг/ч;

      - плотность жидкой фазы, кг/м³.

Получаем, высоту слоя жидкости по формуле:

5.6. Расчет сырьевых теплообменников «ГСС — ГПС»

 

Расчет  теплообменников, служащих для нагрева  газосырьевой смеси (ГСС) за счет тепла  газопродуктовой смеси (ГПС), выходящей  из реактора, сводится к определению  температуры нагрева ГСС, поверхности  теплообмена и количества типовых  теплообменников.

 

Схема теплообмена:

t1 = 3550С	ГПС	t2 = 200 0С
t3 = 270 0C	ГСС	t4 = 100 0С

 

Тепловой  баланс теплообменника:

Q_прих =Q_расх.

 

 

где Q_прих –количество теплоты, поступающее в теплообменник с ГПС, кДж/ч;

Q_расх-количество теплоты, выносимое из теплообменника с ГСС, кДж/ч;

- количество теплоты,  содержащееся в ГПС при температуре 335 °С, кДж/ч;

- количество теплоты,  выносимое из теплообменника с ГПС при температуре 200 °С, кДж/ч;

- количество теплоты,  выносимое из теплообменника с при температуре 270 °С, кДж/ч;

- количество теплоты,  поступающее в теплообменник  с ГСС при температуре 100 °С, кДж/ч.

Для определения количества тепла  вносимое ГПС в теплообменник, рассчитываем материальный баланс однократного испарения этой смеси на входе в теплоообменник при температуре  355 ⁰С и давлении 4,9 МПа. Аналогичным образом рассчитываем процесс однократного испарения для ГПС на выходе из теплообменника при 200 ⁰С и давлении 4,8 МПа .

Энтальпии СВСГ, ЦВСГ и УВГ при 100, 200,270 и 355 ⁰С находим по табл. 5.12 — 5.14.

Определяем количество теплоты, вносимое с компонентами ГПС при температуре  355 ⁰С и давлении 4,4 МПа:

• с дизельной фракцией:

 

• с бензином:

 

• с углеводородным газом:

 

• с сероводородом:

 

• с ЦВСГ:

 

где - расход компонента ГПС в паровой фазе при ⁰С , кг/ч;

- энтальпия компонента  ГПС в паровой фазе при  ⁰С, кДж/кг;

- расход компонента ГПС  в жидкой фазе при ⁰С, кг/ч;

- энтальпия компонента  ГПС жидкой фазе при ⁰С, кДж/кг.

Количество  теплоты, содержащееся в ГПС при ⁰С:

 

Аналогичным образом подсчитываем какое количество теплоты, содержится в ГПС при 200 ⁰С.

По формуле  определяем количество теплоты, уходящее с компонентами ГПС при температуре  200 ⁰С и давлении 4,8 МПа:

• с дизельной фракцией: