Курсовая работа (т): Проект установки гидрооочистки/депарафинизации. Расчет реактора депарафинизации

Таблица 5 - Групповой состав сырья и продуктов реакций

Таблица 6 - Баланс по ВСГ

.2 Тепловой расчет реактора

Уравнение теплового баланса для реактора гидродепарафинизации будет иметь вид:

=Q2+Q3+Q4 (6)

-приход тепла с сырьём и циркулирующим газом, Q2 -расход тепла на реакции, Q3 - расход тепла с продуктами реакции и циркулирующим газом, Q4-потери в окружающую среду.

Рассчитаем энтальпию газового потока на входе в аппарат. Энтальпию подогретого углеводородного сырья можно рассчитать, используя модель Уэйра и Итона :

 (7)

Энтальпии водорода и углеводородных компонентов ВСГ можно рассчитать с помощью энтропийно-информационной модели :

 (8)

где ;  - энтропия газа при температуре T (кал/моль∙К);

Энтропию газа можно рассчитать по уравнению :

 (9)

где  - средняя теплоемкость газа на интервале температур от 298К до Т.

Среднюю теплоёмкость циркулирующего ВСГ найдём по формуле :

Ср=4184*(а+bТ+cT2) или Ср=4184*(а+bТ+cT2+dT3) (10)

Значения коэффициентов и рассчитанная теплоёмкость представлены в таблице 7.

Таблица 7 - Значения коэффициентов

Средняя теплоемкость ВСГ составит 7,609 кДж/(кг*К).

Таблица 8 - Расчёт энтальпии питающей смеси

 (11)

Величину Q2 найдём следующим образом:

(12)

где  - количество сырья, кг/ч;  - теплоёмкость газа, поступающего в реактор, кДж/(кг*К);  - перепад температуры потока в реакторе, К

Количество сырья:

Теплоёмкость газа, поступающего в реактор:

(13)

где  - теплоёмкость сырья, кДж/(кг*К); - теплоёмкость циркулирующего газа, приведённая к теплоемкости сырья, кДж/(кг*К).

Теплоёмкость сырья:

 (14)

где  - теплоёмкость сырья в зависимости от его температуры (рисунок 1) кДж/(кг*К); - поправка на теплоёмкость в зависимости от относительной плотности  и характеристического фактора k сырья реактора.

Используя формулу Крэга рассчитаем относительную плотность сырья при температуре 288 К, решив ее относительно плотности :

 (15)

Зная, что средняя молекулярная масса сырья М=131,78, тогда:

Зная, что относительная плотность сырья  а средняя молекулярная масса М=131,78 кг/кмоль, тогда k≈11,6

К - фактор, характеризующий содержание парафиновых углеводородов в топливах, обычно принимает значения от 10 до 13.

Для парафиновых углеводородов К=13-12,5, нафтеновых и ароматических углеводородов К=11-10.При температуре Т=621,5 К по рисунку 1 получаем:

Таким образом,

Перепад температуры по всему сечению реактора составляет 7 К.

Количество тепла, которое выделяется при гидрокрекинге парафиновых углеводородов:

Примем потери в окружающую среду в размере 1 %, тогда:

Величина теплопотерь:

Таблица 9 - Тепловой баланс реактора

Величина энтальпии продуктов реакции при температуре Твых равна:

Тепловой эффект процесса составит:

.3 Основные размеры реактора

Диаметр реактора рассчитываем так, чтобы перепад давления  в слое катализатора не превышал допустимого значения .

Величину  для реактора примем по справочным данным:

 (16)

где δ - доля гидравлического сопротивления слоя в общем гидравлическом сопротивлении реактора; np- количество реакторов в установке.

Подставив значения δ=0,5 и , получим:

 (17)

Для расчета величины  воспользуемся формулой:

 (18)

где  - потери напора на 1 м высоты слоя катализатора в реакторе,  - порозность слоя,  - скорость фильтрования,  - плотность газовой смеси,  - кинематическая вязкость,  - эквивалентный диаметр частиц катализатора.

Порозность слоя катализатора при допущении упорядоченного расположения частиц катализатора равна:

(19)

где  - объем шара, эквивалентный объему частицы катализатора цилиндрической формы,  - объем куба, описанного вокруг шара.

В качестве катализатора депарафинизации используют катализатор Hydrex-G, т.к. основные параметры зерна катализатора неизвестны, то зададимся ими диаметр d=0,002 м и высоту равную H=0,004 м, то

Сторона куба, описанного вокруг шара, равна эквивалентному диаметру этого шара:

Числовое значение порозности при:

Скорость радиального фильтрования газовой смеси в наиболее узком сечении у сетки трубы:

(20)

где  - объем газов, проходящих через свободное сечение реактора; - площадь сетки у трубы.

Величину  можно рассчитать по формуле:

где  - количество газовой смеси в реакторе;  - средняя температура в реакторе;  - коэффициент сжимаемости газа, значительно разбавленного водородом;  - средняя молекулярная масса газовой смеси;  - среднее давление в реакторе.

Средняя температура в реакторе равна:

Среднее давление в реакторе примем равным:

Тогда можно рассчитать :

Приняв диаметр реактора Dреак=4 м, диаметр сетки Dс=0,35 м рассчитаем площадь поперечного сечения реактора, через которую проходит газ:

Высота слоя катализатора в реакторе равна:

где  - объем катализатора в реакторе, F- площадь поперечного сечения аппарата.

Таким образом, можно рассчитать скорость фильтрации:

Плотность газовой смеси на выходе из реактора:

 (21)

где ρi - плотность компонентов газовой смеси, кг/м3; у’i - содержание компонентов в газовой смеси, мол.доли.

Плотность компонентов газовой смеси при средней температуре можно оценить по уравнению Клапейрона-Менделеева:

 (22)

Таблица 10 - Расчет плотности газовой смеси на выходе из реактора