8 Энергетический баланс

8.1 Энергетический баланс первого реактор а

Целью расчёта является определение температуры смеси на выходе из реактора.

Исходные данные:

Температура смеси на входе в реактор t_вх = 350 ⁰C

Давление на входе в реактор Р_вх = 4,17 МПа

Температура на выходе из реактора t_вых – находим

Давление на выходе из реактора Р_вых = 4,07 МПа

Q _ГСС

Q_S

Q _потерь

Q _ГН

Q _ГПС

Уравнение энергетического баланса 1-го реактора гидроочистки запишем следующим образом:

Q_ГСС + Q_S + Q_ГН = Q_ГПС + Q_потерь, (8.1)

где Q_ГСС – тепло, поступающее в реактор с газосырьевой смесью;

Q_S, Q_ГН – тепло, выделяемое при протекании реакции гидрогенолиза сернистых соединений и гидрировании непредельных соединений;

Q_ГПС – тепло, отводимое из реактора с газопродуктовой смесью;

Q_потерь – потери тепла в окружающую среду.

Средняя теплоёмкость реакционной смеси при гидроочистке в ходе процесса изменяется незначительно, поэтому тепловой баланс реактора можно записать в следующем виде:

Gct_вх + Q_S + Q_ГН = Gct_вых + Q_потерь, (8.2)

t_вых = t_вх + (Q_S + Q_ГН – Q_потерь)/(G·c) (8.3)

где G – суммарное количество реакционной смеси, кг/ч;

с – средняя теплоёмкость реакционной смеси, кДж/(кг · К);

t_вх, t_вых – температуры реакционной смеси на входе и на выходе из реактора.

Q_S = g_S · q_S, (8.4)

Q_ГН = g_ГН · q_ГН, (8.5)

где g_S и g_ГН – количество сернистых и непредельных соединений, вступивш их в реакцию в первом реакторе, кг/ч;

q_S, q_ГН – тепловые эффекты реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных углеводородов, кДж/кг.

Из таблицы 7.4 материального баланса 1-го реактора имеем:

g_S = 2391,669+15545,851+2100,003+1886,502 = 21924,025 кг/ч;

g_ГН = 23012,527 – 5753,131 = 17259,396 кг/ч.

Тепловой эффект реакции рассчитать, пользуясь законом Гесса, нельзя из-за неизвестности детального химического состава сырья и продуктов реакции, поэтому используем экспериментальные данные ЦЗЛ:

1) Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов, составляет q_S = 603 кДж/кг;

2) Количество тепла, выделяемое при гидрировании сернистых соединений, составляет q_ГН = 850 кДж/кг;

Т.о.

Q_S = 21924,025 · 850 = 18635421,200 кДж/ч = 5176,506 кВт,

Q_ГН = 17259,396· 603 = 10407415,800 кДж/ч = 2890,949 кВт.

Энтальпия паров сырья при 350 °С I³⁵⁰ = 1050 кДж/кг; абсолютная критическая температура сырья

Т_кр = Т_max + 273 (8.6)

T_max - максимально большая температура на входе в реактор

Т_кр = 400 + 273 = 673 К;

приведённая температура

Т_пр = (Т_з + 273)/Т_кр (8.7)

Т_пр = (350 + 273) / 673 = 0,926.

Критическое давление сырья вычисляют п о формуле:

Р_кр = 0,1К · Т_кр / М_см, (8.6)

Р_кр = 0,1 · 12,37 · 673 / 198 = 4,20 МПа

где К – фактор, характеризующий содержание парафинов в топливе

_{К = (8.9)}

(8.10)

где a – средняя температурная поправка для подсчёта плотности жидких нефтепро- дуктов;

– относительная плотность сырья при 15 ⁰С, г/см³;

– относительная плотность сырья при нормальных условиях ( )

Т_ср = t_ср + 273 = (350 + 377,5) / 2 + 273 = 636,75

Тогда Р_пр = Р/Р_кр = 4/4,20 = 0,95.

Для найденных значений Т_пр и Р_пр находим изменение энтальпии /2/:

ΔI · M_см /4,2Т = 4,19 ( 8.13)

где ΔI – изменение энтальпии в зависимости от температуры;

M_см – молекулярная масса смеси, M_см = 198 (из материального баланса);

Т – температура ГСС на входе в реактор, К.

∆I = 4,19 ·4,2 ·Т_з/М_см (8.14)

ΔI = 4,19 · 4,2 · 623 / 198 = 56,70 кДж/кг.

Энтальпия сырья с поправкой на давление:

I³⁵⁰ = I₃₅₀ - ∆I (8.15)

I³⁵⁰ = 1050 – 56,70 = 993,3 кДж/кг

Теплоёмкость сырья с поправкой на давление:

с_сырья = I/t = 993,3 / 350 = 2,838 кДж/(кг · К) (8.16)

Средняя теплоёмкость ЦВСГ по данным ЦЗЛ составляет c_ЦВСГ = 5,45 кДж/(кг · К).

Средняя теплоёмкость реакционной смеси составит:

с = (с_сырья · G_с + c_ЦВСГ · G_ЦВСГ)/G_см (8.17)

По таблице 6.4 материального баланса стадии смешения ЦВСГ и сырья имеем:

G_с = 291667 кг/ч, G_ЦВСГ = 18365,104 кг/ч, G_см = 310032,104 кг/ч.

с = (2,838 · 291667 + 5,45 · 18365,104) / 310032,104 = 3,11 кДж/(кг · К)

Определяем количество тепла, поступившее в реактор с газосырьевой смесью:

Q_ГСС = с_сырья · G_см · t₀ = 3,11 · 310032,104 · 350 = 337469945 кДж/ч = 93742 кВт

Определяем потери тепла в окружающую среду. Примем, что потери составляют 1% от количества тепла, поступившего в реактор.

Q_потерь = 0,01 · (Q_ГСС + Q_S + Q_ГН) = 0,01 · (337469945+18635421,2+10407415,8) = = 3665127,82 кДж/ч = 1023,788 кВт

Подставив найденные величины в уравнение (8.3) находим температуру на выходе из 1-го реактора.

t = 350 + (18635421,2+10407415,8-3665127,82) / (310032,104 · 3,11) = 376,3 °С