Кондрашева Н.К., Кондрашев Д.О. Технологические расчеты и теория процесса гидроочистки
Подождите немного. Документ загружается.
31
Òåïëîâîé áàëàíñ ðåàêòîðà. Óðàâíåíèå òåïëîâîãî áàëàíñà
ðåàêòîðà ãèäðîî÷èñòêè ìîæíî çàïèñàòü êàê [7]:
¦
(35)
ãäå Q
c
, Q
ö
òåïëî, âíîñèìîå â ðåàêòîð ñî ñâåæèì ñûðüåì
è öèðêóëèðóþùèì âîäîðîäñîäåðæàùèì ãàçîì;
Q
S
, Q
ã.í
òåïëî, âûäåëÿåìîå ïðè ïðîòåêàíèè ðåàêöèé
ãèäðîãåíîëèçà ñåðíèñòûõ è ãèäðèðîâàíèÿ íåïðå-
äåëüíûõ ñîåäèíåíèé;
¦
òåïëî, îòâîäèìîå èç ðåàêòîðà ðåàêöèîííîé ñìåñüþ.
Ñðåäíÿÿ òåïëîåìêîñòü ðåàêöèîííîé ñìåñè ïðè ãèäðîî÷èñòêå
íåçíà÷èòåëüíî èçìåíÿåòñÿ â õîäå ïðîöåññà, ïîýòîìó òåïëîâîé áà-
ëàíñ ðåàêòîðà ìîæíî çàïèñàòü â âèäå
(36)
(37)
Âçÿòî:
Ñûðüå 100,00 245098
Ñâåæèé âîäîðîäñîäåðæàùèé ãàç 1,48 3627
Öèðêóëèðóþùèé âîäîðîäñîäåðæàùèé ãàç 15,96 39118
ÈÒÎÃÎ 117,44 287843
Ïîëó÷åíî:
Äèçåëüíîå òîïëèâî î÷èùåííîå 96,11 235564
Ñåðîâîäîðîä 1,91 4681
Ñóõîé ãàç 1,66 4069
Áåíçèí 1,80 4412
Öèðêóëèðóþùèé âîäîðîäñîäåðæàùèé ãàç 15,96 39118
ÈÒÎÃÎ 117,44 287843
Òàáëèöà 6 Ìàòåðèàëüíûé áàëàíñ ðåàêòîðà ãèäðîî÷èñòêè
Íàèìåíîâàíèå
% ìàñ. êã/÷
32
ãäå G ñóììàðíîå êîëè÷åñòâî ðåàêöèîííîé ñìåñè, % (ìàñ.);
ñ
ñðåäíÿÿ òåïëîåìêîñòü ðåàêöèîííîé ñìåñè,
êÄæ /(êã
·
Ê);
DS, DC
í
êîëè÷åñòâî ñåðû è íåïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ,
óäàëåííûõ èç ñûðüÿ, % (ìàñ.);
t
0
, t òåìïåðàòóðû íà âõîäå è âûõîäå èç ðåàêòîðà, °C;
q
s
, q
í
òåïëîâûå ýôôåêòû ãèäðèðîâàíèÿ ñåðíèñòûõ
è íåïðåäåëüíûõ ñîåäèíåíèé, êÄæ/êã.
Íèæå ïîñëåäîâàòåëüíî îïðåäåëåíû ÷èñëåííûå çíà÷åíèÿ âñåõ
÷ëåíîâ, âõîäÿùèõ â óðàâíåíèå (37).
1 Çíà÷åíèå t
0
îïðåäåëÿþò äëÿ êàæäîé ïàðû êàòàëèçàòîð
ñûðüå â èíòåðâàëå 250380 °Ñ. Ïðè îïòèìèçàöèè t
0
ó÷èòûâàþò
äâà ôàêòîðà, äåéñòâóþùèõ â ïðîòèâîïîëîæíûõ íàïðàâëåíèÿõ:
ñ ïîâûøåíèåì t
0
óìåíüøàåòñÿ çàãðóçêà êàòàëèçàòîðà, êîòîðàÿ
òðåáóåòñÿ äëÿ äîñòèæåíèÿ çàäàííîé ãëóáèíû îáåññåðèâàíèÿ DS,
íî, ñ äðóãîé ñòîðîíû, óâåëè÷èâàåòñÿ ñêîðîñòü äåçàêòèâàöèè êàòà-
ëèçàòîðà è, ñëåäîâàòåëüíî, óâåëè÷èâàþòñÿ çàòðàòû, ñâÿçàííûå
ñ áîëåå ÷àñòûìè ðåãåíåðàöèÿìè è áîëüøèìè äíÿìè ïðîñòîÿ óñòà-
íîâêè çà êàëåíäàðíûé ãîä.
Ïî ìèíèìóìó ñóììàðíûõ çàòðàò, êàê ïîêàçàíî íà ðèñóíêå 2,
îïðåäåëÿþò îïòèìàëüíîå çíà÷åíèå t
0
(äëÿ ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà
íåîáõîäèìî èìåòü çàâèñèìîñòü ïðîäîëæèòåëüíîñòè öèêëà îò âå-
ëè÷èíû t
0
). Äëÿ çàäàííîé ïàðû êàòàëèçàòîðñûðüå t
0
= 350 °Ñ.
2 Ñóììàðíîå êîëè÷åñòâî ðåàêöèîííîé ñìåñè íà âõîäå â ðåàê-
òîð ñîñòàâëÿåò 117,44 êã (ñì. òàáëèöó 6).
3 Êîëè÷åñòâî ñåðû, óäàëåííîé èç ñûðüÿ, DS = 1,8 % (ìàñ.).
Ãëóáèíó ãèäðèðîâàíèÿ íåïðåäåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ ìîæíî
ïðèíÿòü ðàâíîé ãëóáèíå îáåññåðèâàíèÿ:
DC
í
= 0,9Ñ
í
= 10 · 0,9 = 9 % ìàñ.
4 Êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëÿåìîãî ïðè ãèäðîãåíîëèçå ñåðíèñ-
òûõ ñîåäèíåíèé (íà 100 êã ñûðüÿ) ïðè çàäàííîé ãëóáèíå îáåññåðè-
âàíèÿ, ðàâíîé 0,9, ñîñòàâèò:
Q
S
= Sq
Si
g
Si
, (38)
ãäå q
Si
òåïëîâûå ýôôåêòû ãèäðîãåíîëèçà îòäåëüíûõ ñåðîîðãà-
33
íè÷åñêèõ ñîåäèíåíèé, êÄæ/êã (ñì. òàáëèöó 3);
g
Si
êîëè÷åñòâî ðàçëîæåííûõ ñåðîîðãàíè÷åñêèõ ñîåäèíå-
íèé, êã (ïðè ðàñ÷åòå íà 100 êã ñûðüÿ îíî ÷èñëåííî
ðàâíî ñîäåðæàíèþ îòäåëüíûõ ñåðîîðãàíè÷åñêèõ ñîåäè-
íåíèé â % ìàñ.).
Òàêèì îáðàçîì,
Q
S
= 0,1
·
2100 + 1,0
·
3810 + 0,2
·
5060 + 0,5
·
8700 = 8471 êÄæ.
5 Êîëè÷åñòâî òåïëà, âûäåëÿåìîãî ïðè ãèäðèðîâàíèè íåïðå-
äåëüíûõ óãëåâîäîðîäîâ, ðàâíî 126000 êÄæ/ìîëü.
Òîãäà
(39)
6 Ñðåäíþþ òåïëîåìêîñòü öèðêóëèðóþùåãî âîäîðîäñîäåðæà-
ùåãî ãàçà íàõîäÿò íà îñíîâàíèè äàííûõ ïî òåïëîåìêîñòè îòäåëü-
íûõ êîìïîíåíòîâ, ïðèâåäåííûõ â òàáëèöå 7.
Ðèñóíîê 2 Çàâèñèìîñòü çàòðàò îò òåìïåðàòóðû íà âõîäå â ðåàêòîð:
çàòðàòû: 1 íà êàòàëèçàòîð; 2 íà ðåãåíåðàöèþ êàòàëèçàòîðà; 3 ñóì-
ìàðíûå
Çàòðàòû
1
2
3
t
0
îïò
Òåìïåðàòóðà,
î
Ñ
34
Òåïëîåìêîñòü öèðêóëèðóþùåãî âîäîðîäñîäåðæàùåãî ãàçà
ìîæíî íàéòè ïî ôîðìóëå
¦
(40)
ãäå ñ
ð
i
òåïëîåìêîñòü îòäåëüíûõ êîìïîíåíòîâ ñ ó÷åòîì ïî-
ïðàâîê íà òåìïåðàòóðó è äàâëåíèå, êÄæ/(êã·Ê);
y
i
ìàññîâàÿ äîëÿ êàæäîãî êîìïîíåíòà â öèðêóëèðóþùåì
ãàçå (ñì. ðàçäåë 2.1.5).
ñ
ö
= 14,57
·
0,192 + 3,35
·
0,427 + 3,29
·
0,201 +
+ 3,23
·
0,103 + 3,18
·
0,077 = 5,45 êÄæ/(êã·Ê).
7 Ýíòàëüïèþ ïàðîâ ñûðüÿ ïðè 350 °Ñ îïðåäåëÿþò ïî ãðàôèêó
[2, ïðèëîæåíèå 4]: I
350
= 1050 êÄæ/êã.
Ïîïðàâêó íà äàâëåíèå íàõîäÿò ïî çíà÷åíèÿì ïðèâåäåííûõ
òåìïåðàòóðû è äàâëåíèÿ.
Àáñîëþòíàÿ êðèòè÷åñêàÿ òåìïåðàòóðà ñûðüÿ îïðåäåëÿåòñÿ
ñ èñïîëüçîâàíèåì ãðàôèêà [2, ðèñóíîê 1.14]:
T
êð
= 460 + 273 = 733 Ê. (41)
Ïðèâåäåííàÿ òåìïåðàòóðà ðàâíà
(42)
Êðèòè÷åñêîå äàâëåíèå ñûðüÿ âû÷èñëÿþò ïî ôîðìóëå
ÌÏà, (43)
ñ
ð
i
, êÄæ/(êã
·
Ê) 14,57 3,35 3,29 3,23 3,18
ñ
ð
i
, êêàë/(êã
·
°Ñ) 3,48 0,800 0,786 0,772 0,760
Òàáëèöà 7 Òåïëîåìêîñòü èíäèâèäóàëüíûõ êîìïîíåíòîâ
Òåïëîåìêîñòü Í
2
ÑÍ
4
Ñ
2
Í
6
Ñ
3
Í
8
Ñ
4
Í
10
35
ãäå
(44)
Òîãäà
(45)
Äëÿ íàéäåííûõ çíà÷åíèé T
ïð
è ð
ïð
[2, ðèñóíîê 1.17]
(46)
êÄæ/êã.
Ýíòàëüïèÿ ñûðüÿ ñ ïîïðàâêîé íà äàâëåíèå ðàâíà
I
350
= 1050 14,7 = 1035,3 êÄæ/êã.
Òåïëîåìêîñòü ñûðüÿ ñ ïîïðàâêîé íà äàâëåíèå ðàâíà
êÄæ/(êã
·
Ê).
8 Ñðåäíÿÿ òåïëîåìêîñòü ðåàêöèîííîé ñìåñè ñîñòàâëÿåò
êÄæ/(êã · Ê) (47)
Ïîäñòàâèâ íàéäåííûå âåëè÷èíû â óðàâíåíèå (37), íàõîäÿò
òåìïåðàòóðó íà âûõîäå èç ðåàêòîðà t:
î
Ñ.
Åñëè â ðåàêòîðå ÷àñòü ñûðüÿ íàõîäèòñÿ â æèäêîé, à ÷àñòü
â ïàðîâîé ôàçå, íåîáõîäèìî ðàññ÷èòàòü äîëþ îòãîíà ãàçîñûðüåâîé
ñìåñè íà âõîäå â ðåàêòîð.
36
Äëÿ îïðåäåëåíèÿ òåìïåðàòóðû ðåàêöèîííîé ñìåñè ïðè ðàçíûõ
ãëóáèíàõ îáåññåðèâàíèÿ íåîáõîäèìî ïîñòðîèòü ãðàôèê (ðèñóíîê 3).
Òåïëîåìêîñòü ðåàêöèîííîé ñðåäû íå èçìåíÿåòñÿ, ïîýòîìó
çàâèñèìîñòü t îò DS ëèíåéíàÿ è äëÿ ïîñòðîåíèÿ ãðàôèêà äîñòàòî÷-
íî äâóõ òî÷åê:
à) ïðè íà÷àëüíîì ñîäåðæàíèè S
0
= 2,0 % (ìàñ.) òåìïåðàòó-
ðà 350 °Ñ;
á) ïðè êîíå÷íîì ñîäåðæàíèè S
ê
= 0,2 % (ìàñ.) òåìïåðàòóðà
386,6 °Ñ.
Äàííûå, íåîáõîäèìûå äëÿ ðàñ÷åòà ñêîðîñòè r è îáðàòíîé
ñêîðîñòè 1/r ïðè ðàçíûõ ãëóáèíàõ îáåññåðèâàíèÿ, ñâîäÿò â òàá-
ëèöó (òàáëèöà 8).
Ïî ïîëó÷åííûì äàííûì ñòðîÿò ãðàôèê â êîîðäèíàòàõ 1/rDS
(ðèñóíîê 4). Ãðàôè÷åñêèì èíòåãðèðîâàíèåì íàõîäÿò ïëîùàäü
ïîä ïîëó÷åííîé êðèâîé â ïðåäåëàõ ñîäåðæàíèÿ ñåðû îò 2
äî 0,2 % (ìàñ.). Ýòà ïëîùàäü ÷èñëåííî ðàâíà èíòåãðàëó
³
Ðèñóíîê 3 Çàâèñèìîñòü òåìïåðàòóðû ðåàêöèîííîé ñìåñè t îò îñòàòî÷íîãî
ñîäåðæàíèÿ ñåðû DS â äèçåëüíîì òîïëèâå
t,
o
C
390
380
370
360
350
340
0 0,4 0,8 1,2 1,6 2,0 2,4
DS, % ìàñ.
37
Òàáëèöà 8 Äàííûå äëÿ êèíåòè÷åñêîãî ðàñ÷åòà ïðîöåññà
îáåññåðèâàíèÿ
T, K 623 633 643 653 659,6
10
8
e E/RT 265 327 396 478 539
k = k
0
e E/RT 12,25 15,11 18,20 22,40 24,77
S
2
4,00 2,25 1,00 0,25 0,04
r = kS
2
49,00 33,99 18,20 5,60 0,99
1/r 0,02 0,03 0,05 0,18 1,01
Ïîêàçàòåëü
2,01,51,00,50,2
Ñîäåðæàíèå ñåðû, % (ìàñ.)
Ðèñóíîê 4 Çàâèñèìîñòü îáðàòíîé ñêîðîñòè ðåàêöèè 1/r îò îñòàòî÷íîãî
ñîäåðæàíèÿ ñåðû DS â ãèäðîî÷èùàåìîé äèçåëüíîé ôðàêöèè
1/r, (ì
3
· ÷)/ì
3
1,0
0,8
0,6
0,4
0,2
0
0,2 0,6 1,0 1,4 1,8 2,0
DS, % (ìàñ.)
38
Òðåáóåìûé îáúåì êàòàëèçàòîðà â ðåàêòîðå V
ê
âû÷èñëÿþò
ïî ôîðìóëå
³
Çíà÷åíèå G¢ íàõîäÿò èç ñîîòíîøåíèÿ
(48)
Îáû÷íî äëÿ õàðàêòåðèñòèêè ïðîöåññà ïðèìåíÿþò ïîêàçà-
òåëü îáúåìíóþ ñêîðîñòü ïîäà÷è ñûðüÿ, ò. å. îòíîøåíèå îáúåìà
æèäêîãî ñûðüÿ, ïîäàâàåìîãî íà îáúåì êàòàëèçàòîðà â ÷àñ (v
0
, ÷
1
):
(49)
Èñõîäíûå êèíåòè÷åñêèå äàííûå ìîãóò áûòü çàäàíû òàêæå
â ãðàôè÷åñêîì âèäå, íàïðèìåð â êîîðäèíàòàõ îñòàòî÷íîå ñîäåðæà-
íèå ñåðû S ôèêòèâíîå âðåìÿ ïðîöåññà t. Íà ðèñóíêå 5 ïðèâå-
äåíû ýêñïåðèìåíòàëüíûå äàííûå ïî ãèäðîî÷èñòêå ñìåñè ïðÿìî-
ãîííîé äèçåëüíîé ôðàêöèè è ëåãêîãî ãàçîéëÿ êàòàëèòè÷åñêîãî
êðåêèíãà.
Çíà÷åíèå r äëÿ ñîîòâåòñòâóþùèõ S è t íàõîäÿò ïî ýêñïåðèìåí-
òàëüíûì êðèâûì ìåòîäîì ãðàôè÷åñêîãî äèôôåðåíöèðîâàíèÿ.
Òàê, ïðè îñòàòî÷íîì ñîäåðæàíèè ñåðû 0,5% ìàñ. òåìïåðàòóðà ðå-
àêöèîííîé ñìåñè ðàâíà 380 °Ñ. Òàíãåíñ óãëà íàêëîíà êàñàòåëüíîé
ê êèíåòè÷åñêîé êðèâîé äëÿ 380 °Ñ ïðè S = 0,5 % ìàñ. ÷èñëåííî
ðàâåí ñêîðîñòè ðåàêöèè r. Çíà÷åíèå òàíãåíñà îïðåäåëÿþò ïî îòíî-
øåíèþ îòðåçêîâ, îòñåêàåìûõ êàñàòåëüíîé íà îñÿõ àáñöèññ è îðäè-
íàò ñîîòâåòñòâåííî. Íàéäåííàÿ ãðàôè÷åñêèì äèôôåðåíöèðîâàíèåì
ñêîðîñòü (5,62 ì
3
/(ì
3
·
÷)) ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàåò ñî çíà÷åíèåì r,
âû÷èñëåííûì ïî êèíåòè÷åñêèì êîíñòàíòàì.
Àíàëîãè÷íî îïðåäåëÿþò r äëÿ îñòàëüíûõ ñîîòâåòñòâåííûõ
çíà÷åíèé S è t. Äàëåå âû÷èñëÿþò çíà÷åíèå 1/r è ïðîâîäÿò ãðàôè-
÷åñêîå èíòåãðèðîâàíèå àíàëîãè÷íî ðàññìîòðåííîìó ðàíåå.
Ïðè çàäàííîé îáúåìíîé ñêîðîñòè ïîäà÷è ñûðüÿ v
0
îáúåì êà-
39
Ðèñóíîê 5 Çàâèñèìîñòü îñòàòî÷íîãî ñîäåðæàíèÿ ñåðû DS â ãèäðîî÷èùåí-
íîé äèçåëüíîé ôðàêöèè îò ôèêòèâíîãî âðåìåíè t è òåìïåðàòóðû ïðîöåññà
DS, % (ìàñ.)
2,0
1,6
1,2
0,8
0,4
0 0,1 0,2 0,3
360
370
380
j
t, ì
3
· ÷/ì
3
òàëèçàòîðà V
ê
, ì
3
, ðàññ÷èòûâàåòñÿ ïî ôîðìóëå
(50)
ãäå V
c
îáúåìíûé ðàñõîä ñûðüÿ, ì
3
/÷;
v
0
îáúåìíàÿ ñêîðîñòü ïîäà÷è ñûðüÿ, ÷
1
.
Îáúåìíûé ðàñõîä ñûðüÿ V
c
, ì
3
/÷,
(51)
ãäå G
c
ïðîèçâîäèòåëüíîñòü óñòàíîâêè, êã/÷;
r
0
ïëîòíîñòü ñûðüÿ, êã/ì
3
.
Ïî íàéäåííîìó çíà÷åíèþ V
ê
âû÷èñëÿþò ãåîìåòðè÷åñêèå ðàç-
ìåðû ðåàêòîðà ãèäðîî÷èñòêè (ðèñóíîê 6) ïðè öèëèíäðè÷åñêîé
ôîðìå ðåàêòîðà è ïðè ñîîòíîøåíèè âûñîòû ê äèàìåòðó, ðàâíîì
2 : 1 èëè
H
ðç
= 2D
p
. (52)
40
Òîãäà
(53)
Äèàìåòð ðåàêòîðà ðàâåí
(54)
Âûñîòà öèëèíäðè÷åñêîé ÷àñòè ðåàê-
òîðà h
öèë
(55)
Îáùàÿ âûñîòà ðåàêòîðà H
Í = h
öèë
+ D
p
= 8,8 ì. (56)
Ðèñóíîê 6 Îñíîâíûå
ðàçìåðû ðåàêòîðà
Í
ðç
1/4Í
ðç
D
ð
/2
Ïðèåìëåìîñòü ïðèíÿòîé ôîðìû ðåàêòîðà äîïîëíèòåëüíî ïðî-
âåðÿåòñÿ ãèäðàâëè÷åñêèì ðàñ÷åòîì ðåàêòîðà. Ïîòåðè íàïîðà â ñëîå
êàòàëèçàòîðà íå äîëæíû ïðåâûøàòü 0,20,3 ÌÏà.
2.1.6 ÐÀÑ×ÅÒ ÏÎÒÅÐÈ ÍÀÏÎÐÀ
 ÑËÎÅ ÊÀÒÀËÈÇÀÒÎÐÀ
Ïîòåðþ íàïîðà â ñëîå êàòàëèçàòîðà DP, êãñ/ì
2
âû÷èñëÿþò
ïî ôîðìóëå [7, 15, 16]
(57)
ãäå H âûñîòà ñëîÿ êàòàëèçàòîðà, ì;
e ïîðîçíîñòü ñëîÿ êàòàëèçàòîðà;
u ëèíåéíàÿ ñêîðîñòü äâèæåíèÿ ïîòîêà, ôèëüòðóþùåãîñÿ
÷åðåç ñëîé êàòàëèçàòîðà, ì/ñ;
m äèíàìè÷åñêàÿ âÿçêîñòü, Ïà
·
ñ;
d ñðåäíèé äèàìåòð ÷àñòèö, ì;
r ïëîòíîñòü ãàçà, êã/ì
3
;
g óñêîðåíèå ñâîáîäíîãî ïàäåíèÿ, êã/ñ
2
.