Тепловой баланс реакторов

Реакции, протекающие в процессе гидроочистки, гидрообессеривания и гидрокрекинга, идут с выделением тепла. Поэтому тепловой баланс реакторного блока составляют для определения подъема температуры на выходе из реактора по сравнению с температурой на входе в реактор и для определения количества холодного циркулирующего газа, смеси сырья и циркулирующего газа или гидрогенизата, которые необходимо ввести в реакторы для снятия избыточного тепла.

Расчет парциального давления гсс на входе и гпс на выходе из реактора

Таблица 2.6

Парциальное давление компонентов газо-сырьевой смеси на входе в реактор

Р = 4,5 МПа

Компоненты	Расход, кг/ч	Молекулярная масса Мi.кг/моль	Количество молей Ni	Мольная доля Yi	Парциальное давление Pi=P Yi, МПа
Сырьё	70718	240,83	294,65	0,22	0,99
Водород	1941	2,00	970,5	0,72	3,24
Метан	447	16,00	27,93	0,02	0,09
Этан	712	30,00	23,73	0,02	0,09
Пропан	745	44,00	16,93	0,01	0,04
Изо-бутан	276	58,00	4,75	0,00	0,02
Н-бутан	276	58,00	4,75	0,00	0,01
Изо-пентан	182	72,00	2,52	0,00	0,01
н-пентан	343	72,00	4,76	0,00	0,01
Итого:	75869		1350,52	1,00	4,50

Таблица 2.7

Парциальное давление компонентов газо-продуктовой смеси на выходе из реактора

Р = 4,3 МПа

Компоненты	Расход, кг/ч	Молекулярная масса Мi.кг/моль	Количество молей Ni	Мольная доля Yi	Парциальное давление Pi=P Yi, МПа
Гидрогенизат	68293	209,15	326,76	0,25	1,12
Бензин-отгон	1782	106,77	16,81	0,01	0,04
УВГ	269	7,998	33,63	0,03	0,03
Сероводород	728	34,00	21,41	0,02	0,09
ЦВСГ	4797	5,44	881,80	0,69	3,10
Итого:	75869		1280,41	1,00	4,3

Расчет энтальпий паров сырья, гидрогенизата, газов реакции, свсг и цвсг

Определение энтальпии сырья.

Исходные данные:

= 0,867

t_ср = (t_н.к. + t_к.к.)/2

t_ср = (176 + 356)/2 = 266 ⁰С

Характеризующий фактор данного нефтепродукта

К= ,

где Т_{ср мол} – средняя молекулярная температура кипения нефтепродукта, К

- плотность нефтепродукта,

Т_{ср мол} = t_ср + 273 = 266 + 273 = 539 К

= + 5α = 0,867 + 5 х 0,000673 = 0,870

К= =11

Молекулярная масса нефтепродукта

М = (7К – 21,5) + (0,76 – 0,04К)t_{ср. мол.} + (0,0003К – 0,00245)t_{ср. мол.}²

М_с = (7 х 12 – 21,5) + (0,76 – 0,04 х 12) х 270 + (0,0003 х 12 – 0,00245) х 270² = 240

В зависимости от К и М_с находим псевдокритические параметры

Т_пс.кр = 515 ⁰С = 788 К

Р_пс.кр = 17,5 х 10⁵ Па = 1,75 МПа

Приведенная температура.

Т_г=Т/Т_пс.кр,

где Т – абсолютная температура, при которой находят энтальпию, К;

Т₁₅₀ = 423/788 = 0,54

Т₂₀₀ = 473/788 = 0,60

Т₃₀₀ = 573/788 = 0,73

Т₃₆₀ = 633/788 = 0,80

Т₃₉₀ = 663/788 = 0,84

Т₄₂₀ = 693/788 = 0,88

Приведенное давление

Р_г = Р_н.п./Р_пс.кр

где Р_н.п –парциальное давление нефтепродукта

Р_г = 0,58_./1,75 = 0,34

Расчет энтальпии сырья при нормальных условиях

Н_t^н = а  (4 - ) – 308,99, где

где а – коэффициент, зависящий от температуры.

Н₁₅₀^н = 289,78(4 – 0,846) – 308,99 = 605 кДж/кг

Н₂₀₀^н = 315,79(4 – 0,846) – 308,99 = 687 кДж/кг

Н₃₀₀^н = 401,39(4 – 0,846) – 308,99 = 957 кДж/кг

Н₃₆₀^н = 450,76(4 – 0,846) – 308,99 = 1113 кДж/кг

Н₃₉₀^н = 447,66(4 – 0,846) – 308,99 = 1197 кДж/кг

Н₄₂₀^н = 505,60(4 – 0,846) – 308,99 = 1286 кДж/кг

Расчет энтальпии сырья при повышенном давлении

Н_t^п = Н_t^н – ΔН,

где ΔН – поправка на давление, кДж/кг

Т_г = 0,54

= 43 ΔН = 43Т_кр/М = 43 х 788/222 = 153 кДж/кг

Т_г = 0,60

= 24 ΔН = 24Т_кр/М = 24 х 788/222 = 85,2 кДж/кг

Т_г = 0,73

= 15 ΔН = 15Т_кр/М = 8 х 788/222 = 53,2 кДж/кг

Т_г = 0,80

= 8 ΔН = 8Ткр/М = 8 х 788/222 = 28,4 кДж/кг

Тг = 0,84

= 7 ΔН = 7 х 788/222 = 24,8 кДж/кг

Тг = 0,88

= 5 ΔН = 5 х 788/222 = 17,8 кДж/кг

Н₁₅₀^п = 605 – 153 = 452 кДж/кг

Н₂₀₀^п = 687 – 85,2 = 601,8 кДж/кг

Н₃₀₀^п = 957 – 53,2 = 903,8 кДж/кг

Н₃₆₀^п = 1113 – 28,4 = 1084,6 кДж/кг

Н₃₉₀^п = 1197 – 24 = 1172,2 кДж/кг

Н₄₂₀^п = 1286 – 17,8 = 1268,2 кДж/кг

Расчеты сведем в табл.

Таблица 2.8

Определение энтальпии сырья при 4,5 МПа

Показатели	Значение показателей
Температура, 0С	150	200	300	360	390	420
Температура, К	423	473	573	633	663	693
Приведенная температура	0,54	0,60	0,73	0,80	0,84	0,88
Приведенное давление	0,34	0,34	0,34	0,34	0,34	0,34
Поправка на давление , кДж/(моль·К)	43	24	15	8	7	5
Поправка на давление ΔН, кДж/кг	153	85,2	53,2	28,4	24,8	17,8
Энтальпия при нормальном давлении, кДж/кг	605	687	957	1113	1197	1286,2
Энтальпия при повышенном давлении, кДж/кг	452	601,8	903,8	1084,6	1172,2	1269

Дальнейший расчет ведем аналогично

Определение энтальпии гидрогенизата

Исходные данные

= 0,847

t_ср = 275 ⁰С

= 0,847 + 5 х 0,000699 = 0,850

Характеризующий фактор

К= =12

Молекулярная масса

М_г/г = (7 х 12 – 21,5) + (0,76 – 0,04 х 12) х 275 + (0,0003 х 12 – 0,00245) х 275² = 209

Псевдокритические параметры

Т_пс.кр = 446 ⁰С = 719 К

Р_пс.кр = 18 х 10⁵ Па = 1,8 МПа

Приведенная температура.

Т₁₅₀ = 423/719 = 0,59

Т₂₀₀ = 473/719 = 0,66

Т₃₀₀ = 573/719 = 0,80

Т₃₆₀ = 633/719 = 0,88

Т₃₉₀ = 663/719 = 0,92

Т₄₂₀ = 693/719 = 0,96

Приведенное давление

Р_г = 0,59_./1,8 = 0,33

Дальнейший расчет сведем в табл.

Таблица 2.9

Определение энтальпии гидрогенизата при 4,5 МПа

Показатели	Значения показателей
Температура, 0С	150	200	300	360	390	420
Температура, К	423	473	573	633	663	693
Приведенная температура	0,59	0,66	0,80	0,88	0,92	0,96
Приведенное давление	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33	0,33
Поправка на давление , кДж/(моль  К)	52	35	21	8	7	5
Поправка на давление ΔН, кДж/кг	178,9	120	72,2	25	22	16
Энтальпия при нормальном давлении, кДж/кг	633	726	980	1115	1200	1289
Энтальпия при повышенном давлении, кДж/кг	454,1	606	907,8	1090	1178	1273

Определение энтальпии бензина-отгона.

Исходные данные

= 0,724 кг/м³

t_ср = 124 ⁰С

= 0,724 + 5 х 0,000870 = 0,728 т/м³

Характеризующий фактор

К= =12

Молекулярная масса

М_с = (7 х 12 – 21,5) + (0,76 – 0,04 х 12) х 124 + (0,0003 х 12 – 0,00245) х 124² = 106

Так как парциальное давление бензина-отгона равно 0,4 МПа, то поправкой на давление можно пренебречь. Находим энтальпию паров бензина-отгона.

Таблица 2.10

Определение энтальпии бензина при атмосферном давлении

Показатели	Значения показателей
Температура, 0С	150	200	300	360	390	420
Температура, К	423	473	573	633	663	693
Энтальпия, кДж/кг	485	647	970	1164	1252	1343

Определение энтальпии СВСГ, ЦВСГ, УВГ

Энтальпия водорода находится по формуле:

q_H2 = С_Н2 х t,

где С_Н2 – теплоемкость водорода

С_Н2 = 4,19(6,8397 + 0,00043868Т – 1,8 х 10^-7Т²)

С_Н2 = 14,6 кДж/кг⁰С

q_H2¹⁵⁰ = 14,6 х 150 = 2190 кДж/кг

q_H2²⁰⁰ = 14,6 х 200 = 2920 кДж/кг

q_H2³⁰⁰ = 14,6 х 300 = 4380 кДж/кг

q_H2³⁶⁰ = 14,6 х 360 = 5256 кДж/кг

q_H2³⁹⁰ = 14,6 х 390 = 5694 кДж/кг

q_H2⁴²⁰ = 14,6 х 420 = 6132 кДж/кг

Энтальпии СВСГ, ЦВСГ и газов реакции представлены в таблицах

Таблица 2.11

Определение энтальпии циркулирующего водородосодержащего газа при 7,0 МПа

Компоненты	Мольная доля, y	1500С		2000С		3000С		360 0С		390 0С			420 0С
		энтальпия	yii	энтальпия	yii	энтальпия	yii	энтальпия	yii		энтальпия	yii		энтальпия	yii
H2	0,9	2190	1971	2920	2628	4380	3942	5256	4730		5694	0,9		2190	1971
CH4	0,032	609	19	812	26	1218	39	1462	47		1586	0,032		609	19
C2H6	0,027	556	15	741	20	1112	30	1334	36		1460	0,027		556	15
C3H8	0,019	521	10	694	13	1042	20	1250	24		1376	0,019		521	10
i-C4H10	0,005	486	2	648	3	972	5	1166	6		1292	0,005		486	2
n-C4H10	0,005	486	2	648	3	972	5	1166	6		1292	0,005		486	2
i-C5H12	0,004	468	2	624	2	937	4	1124	4		1208	0,004		468	2
n-C5H12	0,005	468	2	624	3	937	5	1124	6		1208	0,005		468	2
Итого	1		2024		2699		4049		4859			1			2024

Таблица 2.12

Определение энтальпии свежего водородосодержащего газа при 7,0 МПа

Компоненты	Мольная доля, y	1500С			2000С			3000С			360 0С			390 0С			420 0С
		энтальпия	yii	энтальпия		yii	энтальпия		yii	энтальпия		yii	энтальпия		yii	энтальпия		yii
H2	0,9992	2190	2188	2920		2918	4380		4376	5256		5255	5694		5693	6132		6131
CH4	0,0008	609	0	812		1	1218		1	1462		1	1586		1	1700		1
Итого	1		2189			2918			4377			5256			5694			6132

Таблица 2.13

Определение энтальпии газов реакции при 7,0 МПа

Компоненты	Мольная доля, y	1500С		2000С		3000С		360 0С		390 0С			420 0С
		энтальпия	yii	энтальпия	yii	энтальпия	yii	энтальпия	yii		энтальпия	yii		энтальпия	yii
H2	0,18	2190	394	2920	526	4380	788	5256	946		5694	1025		6132	1104
CH4	0,384	626	240	834	320	1252	481	1502	577		1607	617		1680	645
C2H6	0,162	573	93	764	124	1147	186	1376	223		1460	236		1544	250
C3H8	0,176	538	95	718	126	1077	189	1292	227		1397	246		1470	259
i-C4H10	0,04	508	20	678	27	1017	41	1220	49		1302	52		1397	56
n-C4H10	0,04	508	20	678	27	1017	41	1220	49		1302	52		1397	56
i-C5H12	0,009	495	4	659	6	989	9	1187	11		1271	11		1324	12
n-C5H12	0,009	495	4	659	6	989	9	1187	11		1271	11		1324	12
Итого	1		872		1162		1743		2093			2250			0

Таблица 2.14

Энтальпия газообразного сероводорода при избыточном давлении 7,0 МПа

Температура, С	0	100	200	300	400	500
Энтальпия, кДж/кг	0	101	206	316	431	551

По данным 5.6-5.12 построим графики зависимости энтальпии от температуры для сырья, гидрогенизата, СВСГ, ЦВСГ, газов реакции, сероводорода (рис. 5.1-5.7).

Рис. 2.1

Рис. 2.2

Рис. 2.3

Рис. 2.4

Рис. 2.5

Рис. 2.6

Рис. 2.7

q_р = ,

где q_р – тепловой эффект процесса, кДж/кг

М_с – молекулярная масса сырья

М_гоi – молекулярная масса продуктов гидроочистки

α_i – массовые выходы продуктов гидроочистки, доли единицы

q_р = = 34 кДж/кг