Розрахунок реактора першої ступені каталітичного реформінгу

 

З матеріального  балансу реактора випливає, що кількість  вуглеводнів, що залишають реактор, дорівнює різниці між кількості всього газового потоку та кількості збагаченого водневмісного газу:

203647 – 66251.8=137395.2 кг/год

 

 

Запишемо рівняння матеріального балансу для вуглеводнів, які покидають реактор:

 

З урахуванням  даних (таб. 6.2) це рівняння набуде вигляду:

 

Після обчислення знайдемо, що вуглецеве число дорівнює n=7.82.

Чясловне  значення молекулярних мас вуглеводнів, що покидають реактор, дорівнює:

 

 

 

 

2. Тепловий баланс реактора першої ступені

Рівняння  теплового балансу реактора в  загальному вигляді:

                                           (6.28)

Ліва  частина рівняння враховує прихід тепла  з сировиною і циркулюючим  газом (в кВт).

Права частина  рівняння враховує витрату тепла (в  кВт): -на реакції ріформінгу; - з продуктами реакцій і циркулюючим газом; - втрати в навколишнє середовище.

Розрахуємо  ентальпію газового потоку на вході  в апарат.

Дані  по ентальпії при температурі = 793 К для вугливоднів, метану, етану, пропану, бутану і пентану вибераємо в довідковій літературі [4]. Для ароматичних , нафтенових і парафінових вуглеводнів сировини числові значення ентальпії визначаються за таблицею (див. При ложение 3) [6]. При цьому виникає необхідність розрахунку відносної густини вуглеводнів нри температурі 288 К за відомою величиною їх молекулярних мас [7, с . 37, 39].

 

Таблиця 6.12 - Значення відносної густини вуглеводнів

Вуглеводні	Відносна густина
	На вході в реактор	На виході з реактора
Ароматичні Нафтові Парафінові	0,718 0,731 0,733	0.722 0.733 0.737

         Розрахунок ентальпії окремих компонентів суміші наведений в табл. 6.13.

Таблиця 6.13 - Розрахунок ентальпії суміші

Компоненти	Молеку- лярна масса , кг/кмоль	Кількість   кмоль/год	Вміст   мол. частка		Вміст   мас. частка	Ентальпія кДж/кг
Сума	2 16 30 44 58 72 101.8 107.8 109.8	9102.92 631.85 396.24 299.86 171.35 107.09 199.73 405.63 627.56 11942.24	0.7623 0.0529 0.0332 0.0251 0.0143 0.009 0.0167 0.034 0.0525 1,0000	1,52 0,85 1.00 1,1 0,83 0,65 1,7 3,67 5,76 17,0817	0,089 0,049 0,0587 0,0644 0,0488 0,0381 0,0997 0,2149 0,3374 1,0000	7549 1568 1396 1367 1361 1353 1676 1668 1667	671.9 76.8 80.7 88 66.4 51.5 167.1 358.5 562.4 2123.3

 

Тепловий ефект реакції розрахувати, користуючись законом Гесса, не можна через незнання детального хімічного складу сировини і продуктів реакції. Тому скористаємося формулою:

                                                    (6.29)

де  - вихід водню в розрахунку на початкову сировину, мас.%.

З матеріального  балансу реактора (табл. 6.11) випливає, що в результаті риформінгу отриманий водень у кількості:

 кмоль/год

або

 кг/год

Тоді

 

 

а тепловий ефект реакції:

 

Тепловий  ефект реакції платформингом  лежить в межах 356-838 кДж на 1 кг вихідної сировини.

Тепловий  баланс реактора з урахуванням прийнятої  величини тепло-втрат у навколишнє середовище в кількості кДж / год наведено в табл. 6.14.

Величина  дорівнює:

 

З теплового балансу реактора маємо:

=кВт

Тоді

 кДж/кг

Таблиця 6.14 - Розрахунок теплового балансу реактора

Потоки	Температура, К	Кількість, кг/год	Ентальпія,	Кількість теплоти, кВт
Прихід   Сума	-	239500 239500	2123.3 -

 

Продовження таблиці 6.14

Потоки	Температура, К	Кількість, кг/год	Ентальпія,	Кількість теплоти, кВт
Витрата       Сума	-   Прийм -	- 239500 ається 293500	- -

Для визначення числового значення температури і потоку, що покидає реактор, необхідно розрахувати склад суміші на виході з реактора і побудувати допоміжний графік залежності = .

Склад газу, що залишає реактор, розрахований на основі данних табл. 6.9  представлений в табл. 6.15.

Таблиця 6.15 - Склад газу, що покидає реактор

Компоненти	Молекулярна маса, , кг/кмоль	Кількість,   кмоль/год	Вміст, , мольні частки		Вміст, , масові частки
Сума	2 16 30 44 58 72 103.3 109.3 111.3 -	9971.96 600.73 365.12 268.74 140.23 75.97 527.56 58.32 586.42 12595.03	0.7917 0.0478 0.029 0.0213 0.0112 0.0059 0,0419 0,0046 0,0466 1.0000	1.58 0.76 0.87 0.94 0.65 0.42 4.33 0.5 5.19 15.24	0.1037 0.0499 0.0571 0.0617 0.0426 0.0275 0.2841 0.0328 0.3406 1.0000

Для побудови допоміжного графіка залежності = задамося двома орієнтовними числовими значеннями температури: 713 К і 743 К. (табл. 6.16)

Таблиця 6.16 - Значення ентальпії при температурах 713 К і 743 К.

Компоненти	Вміст , мас. частка	Ентальпія
		713 К		743 К
Сума	0.1037 0.0499 0.0571 0.0617 0.0426 0.0275 0.2841 0.0328 0.3406 1.0000	6376 1272 1122 1097 1097 1088 1409 1403 1402 -	661.2 63.5 64.1 67.7 46.7 29.9 400.3 46 477.5 1856.9	6816 1386 1223 1197 1193 1185 1504 1499 1498	706.8 69.2 69.8 73.9 50.8 32.6 427.3 149.2 510.2 2089.8

 

Допоміжний  графік = побудований за даними таб. 6.15 представлений на рис. 6.4. З нього знайдемо, що ентальпія = 1900 кДж/кг відповідає температура 719 К.

Перепад температури:

                                          (6.30)

 

6.3.3  Основні розміри реактора

Діаметр реактора розрахуємо так, щоб перепад  тиску  в шарі каталізатора не перевищував допустимого значення [].

Величину  [] для реакторів приймемо за даними укрупленої установки (таб. 6.17):

Таблиця 6.17 - Гідравлічний опір реактора

Установка	Гідравлічний опір реактора,  Па
Каталітичного реформінгу Комбінована установка –  секція реформінгу Укрупнена установка –  секція реформінгу	0,435 0,52 0,158

 

                                       (6.31)

 

де 0,5 - частка гідравлічного опору шару в загальному гідравлічному опорі реактора.

Подальшим розрахунком прийняте значення повинно бути підтверджено.

Для розрахунку величини скористаємося формулою:

                           (6.32)

де  - втрати напору на 1 м висоти шару каталізатора в реакторі, Па/м; - порозність шару; - швидкість фільтрації, м/с; - густина газу, кг/; - кінематична в'язкість, /с; - еквівалентний діаметр часток каталізатора, м.

Порозність  шару каталізатора при допусканні упорядкованого розташування часток каталізатора дорівнює:

                                                   (6.33)

де  – об'єм кулі,еквівалентний об'єму частці каталізатора циліндричної форми, ; - об'єм куба, описанного навколо кулі,  ;

Циліндричні частинки алюмоплатінового каталізатора реформінга мають діаметр (2-3) м і висоту (4-5) м. Якщо прийняти діаметр циліндрика рівним d = 0,003 м і висоту равно H = 0,005 м, то:

                                              (6.34)

 

Сторона куба, описаного навколо кулі, дорівнює еквівалентному діаметрa цієї кулі:

                                                  (6.35)

 

Числове значення порозності при :

 

Швидкість радіального фільтрування газової  суміші в найбільш вузькому січенні біля сітки труби:

                                                   (6.36)

 

де  - обсяг газів, що проходять через вільне січення реактора, / с; - площа сітки у трубі (див. рис. 6.5), .

Величину  знайдемо за формулою:

 

                                       (6.37)

де  - кількість газової суміші в реакторі (таб. 6.11), кг/год; - середня температура в реакторі, K; Z = 1 - коефiціент стисливості газу, значно розведеного воднем; - середня молекулярна маса газсвої суміші (таб. 6,15); - середній тиск в реакторі, Па.

Середня температура в реакторі дорівнює:

 

 

 

 

Середній  тиск в реакторі приймемо рівним:

 

 

Тоді

 

Площа сітки  труби:

                                                  (6.38)

де  - діаметр сітки у труби, м; - висота сітки, м.

Приймемо  діаметр реактора = 2,4 м, діаметр сітки = 0.5 м [6].

 Висоту  сеткп обчислимо за формулою:

                                             (6.39)

де  - висота шару каталізатора в реакторі, м.

Висота  шару каталізатора в склянці:

                                                  (6.40)

де – площа кільцевого січення між стаканами.

Величину  знайдемо наступним чином:

                                       (6.41)

 

 

Тоді

 

 

а площа сітки  біля труби

 

Підставивши числові значення величин у формулу  для розрахунку швидкості фільтрації, отримаємо:

 

 

Густина газової суміші на виході з реактора:

                                            (6.42)

де  - густина компонентів газової суміші, кг/м3; - вміст компонентів у газовій суміші (таб. 6.11), мольні частки (об'ємні частки).

Густина компонентів газової суміші при середній температурі          в реакторі:

                                         (6.43)

де  – середні молекулярні маси компонентів (таб. 6.11).

Розрахунок  густини газової суміші наведений  в табл. 6.18.

Таблиця 6.18 - Розрахунок густини газової суміші

Компоненти	Вміст , мольні частки	Густина , кг/	, кг/
Сума	0,0419 0,0046 0,0466   0,9069   1,0000	56,95 60,26 61,36   3,2   -	2,386 0,277 2,859   2,902   8,077