5.1 Каталитикалық риформингтің материалды балансы

w*G/100 = т/жыл

w - масса шығымы, %

G – өнімділік, т/жыл

т/жыл : 320 = т/тәулік

т/тәулік : 24*1000 = кг/сағ

Изопентан:

т/жыл

т/тәулік

кг/сағ

КС газы:

т/жыл

т/тәулі

кг/сағ

Шығындар:

т/жыл

т/тәулік

кг/сағ

Жеңіл бензин фракциясының мөлшері:

т/жыл

т/тәулік

кг/сағ

Сутек мөлшері:

т/жыл

т/тәулік

кг/сағ

5.2 Жылу балансы

Бірінші реактордың жылу балансы.

Риформингтің негізгі реакциялары 1 және 2 жылуды сіңірумен жүреді, реакторлардағы температуралардың ауытқуы шикізаттың топтық көмірсутектік құрамына және реакция температурасына тәуелді болады. Бірінші реактордағы температураның ауытқуы 35 – 80К, екінші реакторда 8 – 40К, ал үшінші реакторда 0 – 17К болуы мүмкін.

Реактордың жылу балансының жалпы түрдегі теңдеуі

Q₁ = Q₂ + Q₃ + Q_{4 (28)}

мұндағы Q₁ – шикізатпен және циркуляциялық газбен келетін жылу, кВт;

Q₂ – риформинг реакциясындағы жылу шығыны, кВт;

Q₃ – реакция өнімдерімен және циркуляциялық газбен кететін

жылу шығыны, кВт;

Q₄ – жылудың қоршаған ортаға жоғалулары, кВт.

Аппаратқа кірер жердегі газ ағынының энтальпиясын есептейміз. Алдын ала орындалған есептеу қысымның өте жоғары болмауынан және сутекпен жеткілікті сұйылтуынан энтольпия шамасын қысымға түзету қажет емес екенін көрсетеді. Мольдік үлеспен берілген ағынның құрамын массалық үлеске есептейміз. Температура Т_кіру = 803К кезіндегі сутек, метан, этан, пропан, бутан және пентан үшін энтальпия мәндерін анықтамалық әдебиеттерден табуға болады. Шикізаттың ароматты C_nH_2n-6, нафтенді C_nH2n және парафинді C_nH_2n+2 көмірсутектері үшін энтальпияның сандық мәндерін кестеден алуға болады, бірақ көмірсутектердің 288К кезіндегі салыстырмалы тығыздықтарын олардың белгілі молекулалық массалары бойынша есептеу қажет болады. Көмірсутектердің табылған салыстырмалы тығыздықтарының мәндері кестеде 23 берілген.

Кесте 4 – Көмірсутектердің салыстырмалы тығыздықтары

Көмірсутектер	Салыстырмалы тығыздықт ρ288
	Реакторға кірерде	Реактордан шығарда
Ароматты	0,718	0,722
Нафтенді	0,731	0,733
Парафинді	0,733	0,737

Қоректендіретін қоспаның энтальриясының есептеулерін кестеде 24 берілген.

Кесте 5 – Қоректендіретін қоспаның энтальпиясы

Компонент тер	Молеку лалық масса Mi	Мөлшері,ni, кмоль/сағ	Мөлшері уi=ni/ni, мол. үлестер	Mi уi	Мөлшері уi=Miуi/Мсм, масс. үлестер	Энтальпия, кДж/кг
						qгТi	qгTiyi
1	2	3	4	5	6	7	8
Н2	2	11840,0	0,7820	1,56	0,0999	7700	769,0
СH4	16	551,0	0,0363	0,58	0,0371	1618	59,9
C2H6	30	668,0	0,0454	1,36	0,0870	1434	124,8
C3H8	44	415,6	0,0274	1,21	0,0770	1405	108,2
C4H10	58	137,7	0,0091	0,53	0,0337	1400	47,2
C5H12	72	137,7	0,0091	0,66	0,0418	1392	58,2
CnH2n-6	101,8	174,8	0,0114	1,16	0,0742	1713	127,0
Кесте 8 жалғасы
1	2	3	4	5	6	7	8
CnH2n	107,8	526,0	0,0247	3,74	0,2387	1704	407,5
CnH2n+2	109,8	676,2	0,0446	4,88	0,3106	1703	528,8
Қосынды	-	15147,0	1,0000	15,68 15,7	1,0000	-	2230,6

Реакцияның жылу эффектісін Гесс заңын қолданып есептеу мүмкін емес, себебі шикізат пен реакция өнімдерінің химиялық құрамдары толық айқын емес. Сондықтан келесі теңдеу қолданылады

q_p = – 335 · b (29)

мұндағы b – алғашқы шикізатқа есептегендегі сутегінің шығуы, масс %.

Реактордың материалдық балансынан риформинг нәтижесінде сутек келесі мөлшерде алынатынын көруге болады

G_H2 = 12943,7 – 11840 = 1103,7 кмоль/сағ.

Немесе

Gн₂ = 1103,7 · Мн₂ = 1103,7 · 2 = 2207,4 кг/сағ.

Q₃ тең болады

Q₃ = 239500q^г Т_шығу1 (30)

Реактордың жылу балансынан аламыз және кестеге 25 еңгіземіз

Q₃ = Q₁ – Q₂ – Q₄ (31)

Q₃ = 148,3 · 10³ – 20,5 ·10³ – 1,48 ·10³ = 126,3 ·10³ кВт

Сонда

q^г_Тшығ1 = = 1900 кДж/кг

Жылу мөлшерлерні кестеге 25 еңгіземіз

Кесте 6 – Жылу мөлшері

Ағындар	Температура, К	Мөлшері, кг/сағ	Энтальпия, кДж/кг	Жылу мөлшері,кВт
Q1	Ткіру = 803	239500	2230,6	148,3 . 103
Қосынды	-	239500	-	148,3 . 103
Шығын
Q2	-	-	493,2	20,5 . 103
Q3	724	239500	1900	126,3 . 103
Q4			-	1,48 . 103
Қосынды	-	239500	-	148,3 . 103

Реактордан кететін ағынның температурасын анықтау үшін реактордан шығатын қоспаның құрамын есептеу қажет және q^г_Ткіру1 = f(Т_кіру1) тәуелділігін көрсететін қосымша график салу қажет.

Реактордан кететін газ құрамы кесте 25 мәліметтеріне сәйкес есептелген және кестеде 26 берілген.

Кесте 7 – Реактордан кететін газ құрамы

Компо ненттер	Молекулалық масса Mi	Мөлшері ni, кмоль/сағ	Мөлшеріуi=ni/ni, мольд. үлестер	Mi уi	Мөлшеріуi=Miуi/Мсм, масс.
Н2 СН 4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 СnH2n-6 CnH2n CnH2n+2 Қосынды	2 16 30 44 58 72 103.3 109.3 111.3 ---	12943.7 598.9 735.9 463.5 185.6 185.6 602.8 64.1 616.8 16396.9	0.7893 0.0366 0.0499 0.0283 0.0113 0.0113 0.0368 0.0039 0.0376 1.0000	1.58 0.58 1.35 1.25 0.65 0.81 3.80 0.43 4.19 14.64=14.6	0.1079 0.0400 0.0921 0.0851 0.0447 0.0556 0.2585 0.0304 0.2857 1.0000

q^г_Твых1 = f(Т_вых1) тәуелділігінің қосымша графигін салу үшін температураның екі болжамды сандық мәндерін 713К және 743К қабылдаймыз. Осы температуралар кезіндегі энтальпиялар мәндері есептеліп кестеге 27 еңгізілген.

Кесте 8 – Энтальпиялар мәндері

Компо ненттер	Мөлшері уi, масс.үлес тер	Энтальпия, кДж/кг
		713 К		743 К
		qгТi	qгТiуi	qгТi	qгТiуi
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 CnH2n-6 CnH2n CnH2n+2 Қосынды	0.1079 0.0400 0.0921 0.0851 0.0447 0.0556 0.2585 0.0304 0.2857 1.0000	6374 1274 1120 1098 1095 1090 1408 1402 1399 -	687.0 51.0 103.1 93.4 49.2 61.6 364.0 42.6 400.0 1851.9	6818 1383 1223 1196 1193 1186 1504 1500 1497 -	735.2 55.3 112.5 101.8 53.6 65.9 388.8 45.6 427.8 1986.5

Графиктен энтальпияның q^г_Твых1 = 1900 кДж/кг мәні Т_шығу1=724К тең боатынын анықтаймыз.

Бірінші реатордағы температуралардың ауытқуы тең болады

Т₁ = Т_кіру – Т_шығу1 = 803 – 724 = 79К.

Бірінші реактордағы температураның тиімді төмендеуі 40 – 50 К, екінші реакторда 20 – 25К және үшіншіде 7 – 10 К болады. Бұл жағдайда екінші және үшінші реакторлардағы есептеулерді қысқарту мақсатында температураның ауытқуының максималды мәні алынды.