установки гидроочистки вакуумного газойля
.pdf
Сероводород |
4881 |
400 |
476 |
2323 |
ЦВСГ |
12941 |
400 |
3278 |
42421 |
Потери тепла |
|
|
|
1631 |
Итого |
202746 |
- |
- |
245651 |
где Н2 и Н1– энтальпии охлаждающего ЦВСГ при температурах t2 и t1, кДж/кг;
t1 и t2 - соответственно температуры циркулирующего охлаждающего газа на входе в реактор и выходе из него, t1
= 50 0С, t2 = 4000С.
G |
охл |
|
ЦСВГ |
||
|
=
625
кг/ч.
2.4.4 Гидравлический расчет реакторов Правильность выбора диаметра и высоты слоя катализатора проверяем гидравлическим расчетом. Цель
гидравлического расчета - определение перепада давлений в слое катализатора и сравнение расчетных перепадов с практическими данными.
Гидравлический расчет ведем по формуле Эргуна:
P |
|
150 (1 − ) |
|
0,1 W |
|
1,75 (1 − ) W |
|
|
||||
|
|
|
|
2 |
|
|
|
|
|
|
2 |
|
H |
= |
|
3 |
d |
2 |
+ |
|
3 |
d g |
, |
(2.26) |
|
|
|
|
|
|||||||||
где Р - перепад давлений в слое катализатора, Па;
Н - высота слоя катализатора, м;
d - диаметр шарика катализатора, м;
W - скорость газопаровой смеси, отнесенная к полному сечению аппарата, м/с; ρ- плотность потока при рабочих условиях, кг/м3;
консорциум « Н е д р а».
69
μ- динамическая вязкость парогазовой смеси, Па*с; ε - порозность катализатора (доли от единицы).
За диаметр гранул, не имеющих форму шара, обычно принимается величина,
|
d = d |
р.ш. |
|
|
|
где dр.ш. - диаметр равновесного по объему шара, м; |
|
|
ф |
- фактор гранул или коэффициент несферичности. |
|
определяемая из уравнения:
ф |
, |
(2.27)
Коэффициент несферичности равен отношению поверхности таблетки катализатора (FT) к поверхности равновеликого по объему шара (Fр.ш.):
|
|
|
|
ф |
= |
F |
|
, |
|
||
|
|
|
|
T |
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
F |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
р.ш. |
|
|
|
|
Объем гранулы катализатора рассчитываем по формуле: |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
VT |
= |
d |
2 |
l |
|
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
T |
T |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
4 |
|
|
|
|
где dT - диаметр таблетки катализатора, dT = 0,0012 м; |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
lT - длина таблетки катализатора, lT = 0,006 м. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3,14 0,0012 |
2 |
0,006 |
|
|
|
|
|
|
|
|
VT = |
|
= 6,8 10 |
−9 |
м |
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
(2.28)
(2.29)
Рассчитываем поверхность гранулы катализатора:
F = 2 |
d2 |
+ d |
l |
|
, |
(2.30) |
T |
T |
|||||
гр |
4 |
|
T |
|
|
|
|
ф |
|
|
|
|
консорциум « Н е д р а».
70
|
|
|
Fгр |
= 22,6 10 |
−6 |
м2. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
Рассчитываем поверхность равного по объему шара: |
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
FР.Ш. |
2 |
, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
= dР.Ш. |
||
FР.Ш. |
|
|
|
2 |
|
|
|
−6 |
м2, |
|
|
= 3,14 0,0024. =18,1 10 |
|
|
|
||||||||
|
|
|
= |
22,6 10−6 |
|
= 1,25 , |
|
|
|
|
|
|
ф |
18,1 10−6 |
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
(2.31)
d = 0,0024 1,25 = 0,003 |
м. |
Находим средние арифметические значения скорости, плотности и динамической вязкости ГСС на входе в реактор и
ГПС на выходе из него.
Состав и расход холодного ЦВСГ представлен в таблице 2.37.
Таблица 2.37
Состав холодного ЦВСГ
Компоненты |
Mi |
_ |
|
кг/ч |
кмоль/ч |
y |
i |
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Н2 |
2 |
0,429 |
269 |
64,0 |
|
СН4 |
16 |
0,261 |
163 |
38,8 |
|
С2Н6 |
30 |
0,167 |
104 |
24,8 |
|
С3Н8 |
44 |
0,095 |
59 |
14,0 |
|
Изо-С4Н10 |
58 |
0,024 |
15 |
3,6 |
|
Н-С4Н10 |
58 |
0,024 |
15 |
3,6 |
|
Итого |
- |
1,000 |
625 |
148,8 |
|
Объемный расход паров ГСС на входе в реактор и ГПС на выходе из него находим по формуле:
консорциум « Н е д р а».
71
VП
=
Ni |
22,4 ZC (t + 273) 0,1 |
|
273 3600 P |
,
(2.32)
где VП –объемный расход паров, м3/с;
ΣNi - число кмолей ГСС на входе в реактор, ГПС на выходе из него и число кмолей холодного ЦВСГ, ΣNГСС = 4136,8 кмоль/ч, ΣNГПС = 3454,3кмоль/ч, ΣNХЦВСГ = 148,8 кмоль/ч;
t - температура ГСС на входе в реактор и ГПС на выходе из него, 0С;
Zc - коэффициент сжимаемости.
Для определения коэффициента сжимаемости паров ГСС и ГПС необходимо предварительно вычислить
приведённые температуру и давление для ГПС и ГСС. |
|
|
ТпрГСС= 273 |
+370 = 643 К, |
|
ТпрГПС = 273 |
+ 400 = 673 К. |
|
Псевдокритические температуру и давление находим по формулам: |
|
|
|
Тпс.кр. = ∑Ткр.i·yi, |
(2.33) |
|
Pпc.кp = ∑Pkp. I ·yi, |
(2.34) |
где yi - мольная концентрация компонентов смеси. |
|
|
Критическая температура и давление для сырья Ткр=909 К, Ркр=12,4 МПа Критическая температура и давление для гидроочищенного вакуумного газойля Ткр=892 К, Ркр=16,1 МПа Найдем критическую температуру и давление для дизельного топлива:
tср=273 °С, tкр=1,05∙273+160= 447 °С,
консорциум « Н е д р а».
72
Ткр =447+273=720 К, Ркр = 16,1 Мпа.
Найдем критическую температуру и давление для бензина-отгона: tср= 108 °С,
tкр=1,05∙108+160= 273 °С,
Ткр =273+273=546 К,
Ркр =27,6 МПа.
Критические температуры и давления сероводорода, водорода и индивидуальных углеводородов берем из справочной литературы [7]. Расчет критических температур и давления ГСС и ГПС представлены в таблице 2.38 и 2.39
соответственно.
Таблица 2.38
Расчет критических температур и давлений ГСС
|
|
Критические параметры |
|
|
|
Компоненты |
уi |
|
|
|
|
Температура, |
Давление, |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
К |
МПа |
|
|
Н2 |
0,8879 |
33 |
1,82 |
29,3 |
1,616 |
СН4 |
0,0516 |
190,5 |
4,68 |
9,8 |
0,241 |
С2Н6 |
0,0169 |
305,2 |
4,92 |
5,2 |
0,083 |
С3Н8 |
0,0066 |
369,8 |
4,28 |
2,4 |
0,028 |
консорциум « Н е д р а».
73
Изо-С4Н10 |
0,0013 |
426,1 |
3,67 |
0,6 |
0,005 |
Н-С4Н10 |
0,0012 |
407 |
3,76 |
0,5 |
0,005 |
Сырье |
0,0345 |
909 |
12,4 |
31,4 |
0,428 |
Итого |
1,0000 |
- |
- |
79,2 |
2,406 |
Таблица 2.39
Расчет критических температур и давлений ГПС
|
|
Критические параметры |
|
|
|
Компоненты |
уi |
|
|
|
|
Температура, |
Давление, |
|
|
||
|
|
|
|
||
|
|
К |
МПа |
|
|
Н2 |
0,7912 |
33 |
1,82 |
26,1 |
1,44 |
СН4 |
0,059 |
190,5 |
4,68 |
11,2 |
0,276 |
С2Н6 |
0,0202 |
305,2 |
4,92 |
6,2 |
0,099 |
С3Н8 |
0,0092 |
369,8 |
4,28 |
3,4 |
0,039 |
Изо-С4Н10 |
0,0046 |
426,1 |
3,67 |
2 |
0,017 |
Н-С4Н10 |
0,0031 |
407 |
3,76 |
1,3 |
0,012 |
H2S |
0,0396 |
892 |
14,9 |
35,3 |
0,59 |
Бензин |
0,0035 |
546 |
27,6 |
1,9 |
0,097 |
Дизельное топливо |
0,0224 |
720 |
16,1 |
16,1 |
0,361 |
Остаток |
0,0472 |
892 |
16,1 |
42,1 |
0,76 |
Итого |
1,0000 |
- |
- |
145,6 |
3,691 |
Найдем приведенные температуру и давление для ГСС:
Т |
ГСС |
= |
643 |
= 8,1 |
, |
|
|||||
ПР |
79,2 |
||||
|
|
|
|
|
РГССПР = 2,4067,5 = 3,1.
По графику [7] определяем коэффициент сжимаемости ГСС. Коэффициент сжимаемости для ГСС равен 1.
консорциум « Н е д р а».
74
Найдем приведенные температуру и давление для ГПС:
ТГСС
ПР
= |
643 |
|
145,6 |
||
|
=
4,6
,
РГСС
ПР
=
7,3 |
= |
|
3,691 |
||
|
2
.
По графику [7] определяем коэффициент сжимаемости ГПС. Коэффициент сжимаемости для ГПС равен 1.
V |
= |
22,4 4136,8 (370 + 273) 1 0,1 |
= 0,8 |
|
|
|
|||
ПГСС |
|
273 3600 |
7,3 |
|
|
|
|
||
м3/с,
V |
= |
22,4 (3454,3 +148,8) (400 + 273) 1 0,1 |
= 0,8 |
|
|||
ПГПС |
|
273 3600 7,3 |
|
|
|
||
V |
= |
СР |
|
Скорость парогазовой смеси находим по формуле:
где S - полное сечение аппарата, м2; R - радиус реактора, м, R = 2,43 м.
Полное сечение реактора определяем :
0,8 + 0,8 |
= 0,8 |
м3/с. |
|
2 |
|||
|
|
W =
S =
S = 3,14∙2,432,
75
м3/с,
V |
, |
|
СР |
||
|
||
S |
|
πR2,
(2.35)
(2.36)
консорциум « Н е д р а».
W = |
0,8 |
|
18,54 |
||
|
=
0,04
м/c.
Плотность газового потока определяем по формуле:
= |
G + G |
ЦВСГ |
, |
|
|||
|
3600V |
|
|
|
|
П |
|
(2.37)
где G - массовый расход газопаровой смеси на входе и выходе из реактора, кг/ч, GГСС = 72150 кг/ч, GГПС = 88497 кг/ч,
GХЦВСГ = 625 кг/ч;
VП – объемный расход паров на входе и выходе из реактора, м3/с.
= |
72150 |
= 25,1 |
||
3600 |
0,8 |
|||
|
|
|||
кг/м3,
= |
88497 + 625 |
= 30,9 |
||
3600 |
0,8 |
|||
|
|
|||
кг/м3.
Средняя плотность парогазовой смеси:
= 25,1+ 30,9 = 28,0 кг/м3. 2
Для определения вязкости парогазовой смеси используем формулу:
= Т (6,6 − 2,25 lg M )10 −8 ,
где μ - динамическая вязкость, Па*с;
Т - температура, К;
М - молярная масса парогазовой смеси, кг/кмоль.
76
(2.38)
консорциум « Н е д р а».
Молярную массу парогазовой смеси определяем по формуле:
М = |
G |
, |
(2.39) |
2Ni |
где G - массовый расход парогазовой смеси на входе и на выходе из реактора, кг/ч;
ΣNi - число кмолей парогазовой смеси на входе, на выходе из реактора и число кмолей холодного ЦВСГ (таблица
2.25, 2.26и 2.36), кмоль/ч.
М |
вх |
|
= |
72150 |
=17,4 |
|
4136,8 |
|||
|
|
кг/моль,
М |
вых |
|
= |
88497 + 625 |
= 24,7 |
||
3454,3 |
+148,8 |
|||
|
|
|||
кг/моль,
μвх = 643·(6,6-2,25·lg17,4)·10-8= 24,5 ·10-6 Па·с, μвых = 673·(6,6-2,25·lg24,7)·10-8= 23,3 ·10-6 Па·с,
μср = 23,9 ·10-6 Па·с.
Порозность катализатора находим по формуле:
=1 − |
|
н |
, |
|
|||
|
|
|
|
|
|
к |
|
|
|
|
где |
н |
- насыпная плотность катализатора, кг/м3; |
|
|
|
к |
- кажущаяся плотность катализатора, кг/м3. |
|
|
|
|
|
|
= 1 − |
|
750 |
= 0,25 |
|
|
1000 |
|||
|
|
|
|
||
|
|
|
77 |
|
|
(2.40)
консорциум « Н е д р а».
Р |
|
|
(1 − 0,25 |
2 |
) |
0,04 23,9 10 |
−6 |
|
(1 − 0,25) 28 0,04 |
2 |
||||||
= 150 |
|
|
|
+1,75 |
|
|||||||||||
Н |
0,25 |
3 |
0,0024 |
2 |
|
0,25 |
3 |
|
0,0024 |
2 |
|
|||||
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
=
2210
Па/м.
Гидравлическое сопротивление составляет
∆Р = 2210·17,8 = 39338 Па = 0,04 МПа.
Высота слоя катализатора 17,8 м взята как сумма высот двух слоев катализатора.
Вывод: расчетный перепад давлений ниже допустимого перепада давлений по практическим данным. 2.4.5 Расчет сепарации ГПС Расчет горячего газосепаратора высокого давления С-1
Газосепаратор предназначен для разделения ГПС, поступающей из теплообменника, на газовую (паровую) и жидкую
фазы.
Условия сепарации:
-Температура 280оС.
-Давление 7,1 МПа.
Состав холодного ЦВСГ представлен в таблице 2.37. Состав продуктов на входе в сепаратор представлен в табл.2.40.
Расчет состава паровой и жидкой фаз в сепараторе С-1 представлен в таблице 2.41.
Материальный баланс газосепаратора представлен в таблице 2.42.
Таблица 2.41
Состав паровой и жидкой фаз ГПС в условиях однократного испарения в сепараторе С-1 (температура 280 0С, давление 7,1МПа, е= 0,831).
Компоненты |
кг/ч |
Mi |
Ni |
i |
Ki |
Xi |
Yi |
Н2 |
5820 |
2 |
2910,0 |
0,7187 |
9,4 |
0,0900 |
0,8460 |
СН4 |
3547 |
16 |
221,7 |
0,0548 |
3,8 |
0,0165 |
0,0627 |
консорциум « Н е д р а».
78