3.3 Технологический расчет реактора
3.3.1 Материальный баланс реактора
Зная температуру подачи сырья в реактор Твх = 782К,, по рисунку 2.1 определяется константа скорости реакции ароматизации k1 = 2,8·10-7 кмоль/(ч·Па·кг катализатора).
По уравнению (3.9) рассчитывается константа химического равновесия реакции ароматизации:
.
Подставив числовые значения найденных величин в уравнение 3.5, определяется относительное уменьшение количества нафтеновых углеводородов в реакторе в результате первой реакции:
Величина νR для первого реактора:
.
NН11 = 0,0157·11,09 = 0,1741.
Количество нафтеновых углеводородов, которое осталось после первой реакции:
nН11 = (0,3442 - 0,1741)·1051,02 = 179,22 кмоль/ч.
Количество нафтеновых углеводородов, которое превратилось в ароматические углеводороды, равно:
nНА1 = 361,71 - 179,22 = 182,49 кмоль/ч.
По рисунку 3.2 определяется константа скорости реакции превращения нафтеновых углеводородов в парафиновые k2 = 1,7·10-15 кмоль/(ч*Па2*кг катализатора).
По уравнению (3.10) рассчитывается константа химического равновесия:
.
Подставив числовые значения величин в уравнение 2.6, вычисляется относительное увеличение количества нафтеновых углеводородов в реакторе в результате второй реакции:
,
NН12 = 3,66·10-5 ·11,09 = 0,0004.
Количество нафтеновых углеводородов после проведения первой и второй реакций:
nН12 = (0,3442 - 0,1741-0,0004)·1051,02 = 178,79 кмоль/ч .
По рисунку 3.3 определяется константа скорости реакции гидрокрекинга нафтеновых углеводородов k3 = 0,045 кмоль/(ч·кг катализатора).
Подставив числовых значений величин в уравнение (3.7), вычисляется относительное уменьшение количества нафтеновых углеводородов в реакторе в результате третьей реакции:
,
NН13 =0,0019 ·11,09 = 0,0211.
Количество нафтеновых углеводородов, которое осталось после проведения первых трех реакций:
nН13 = (0,3442 - 0,1741-0,0004-0,0211)·1051,02 = 156,21 кмоль/ч.
Количество нафтеновых углеводородов, которое подвергнуто гидрокрекингу:
nНГ1 = 178,79 – 156,21 = 22,58 кмоль/ч.
По рисунку 3.3 определяется константа скорости реакции гидрокрекинга нафтеновых углеводородов k4 = 0,045 кмоль/(ч·кг катализатора).
По уравнению (3.8) вычисляется относительное уменьшение количества парафиновых углеводородов в реакторе в результате четвертой реакции:
.
Определяется доля парафиновых углеводородов, подвергнутых гидрокрекингу:
NП14 =0,0028 ·11,09 = 0,0311.
Количество парафиновых углеводородов питания, которое осталось после реакции превращения нафтеновых и реакции гидрокрекинга:
nП14 = (0,4987 + 0,0004 – 0,0311 )·1051,02 = 491,85 кмоль/ч.
Количество парафиновых углеводородов, которое подверглось гидрокрекингу и превратилось в газ, равно:
nПГ1 = 0,0311·1051,02 = 32,71 кмоль/ч.
На основе рассчитанного количества прореагировавшего сырья и стехиометрических уравнений (3.1) – (3.4) в таблице 3.12 приведен расчет материального баланса реакций.
Таблица 3.12 – Материальный баланс реакций в первом реакторе
Количество компонентов, вступивших в реакцию,кмоль/ч |
Количество продуктов реакции, кмоль/ч |
182,49 СnН2n 0,43 СnН2n + 0,43 Н2 22,58 СnН2n + 22,58 Н2 32,71 СnН2n+2 + 32,71 (n - 3)/3Н2 |
182,49 СnН2n-6 + 3*182,49 Н2 0,43 СnН2n+2 22,58 n/15 ( СН4 + С2Н6 + С3Н8 + С4Н10 + С5Н12) 32,71 n/15 (СН4 + С2Н6 + С3Н8 + С4Н10 + С5Н12) |
Из таблицы 3.12 следует, что в результате гидрокрекинга получается углеводородный газ, который обогатит циркулирующий газ. Количество каждого компонента углеводородного газа, образовавшегося в реакторе, при n = 8,325 равно:
(22,58+32,71)·8,325/15 = 30,68 кмоль/ч.
На основе материального баланса реакций в таблице 3.13 рассчитывается состав газа, покидающего реактор.
Таблица 3.13 – Состав газа, покидающего первый реактор
Компоненты |
Приход, кмоль/ч |
Расход, кмоль/ч |
Бензиновая фракция |
||
СnН2n-6 |
165,17 |
347,66 |
СnН2n |
361,71 |
156,21 |
СnН2n+2 |
524,14 |
491,85 |
Сумма |
1051,02 |
995,72 |
Циркулирующий газ |
||
H2 |
6323,94 |
6750,26 |
CH4 |
294,14 |
324,82 |
C2H6 |
367,67 |
398,36 |
C3H8 |
220,60 |
251,29 |
C4H10 |
73,53 |
104,22 |
C5H12 |
73,53 |
104,22 |
Сумма |
7353,41 |
7933,18 |
Всего |
8404,43 |
8928,90 |
Расчет материального баланса реактора приведен в таблице 3.14.
Таблица 3.14 – Материальный баланс первого реактора
Компоненты |
Количество, кмоль/ч |
Содержание yi’, мольн. доли |
Молекулярная масса Мi, кг/кмоль |
Количество Gi, кг/ч |
Приход |
||||
СnН2n-6 |
165,17 |
0,0197 |
110,55 |
18259,80 |
СnН2n |
361,71 |
0,0430 |
116,55 |
42156,86 |
СnН2n+2 |
524,14 |
0,0624 |
118,55 |
62137,05 |
H2 |
6323,94 |
0,7525 |
2 |
12647,87 |
СnН2n+2* |
1029,47 |
0,1224 |
34,00 |
35002,25 |
Сумма |
8404,43 |
1,0000 |
- |
170203,83 |
Расход |
||||
СnН2n-6 |
347,66 |
0,0389 |
110,55 |
38434,02 |
СnН2n |
156,21 |
0,0175 |
116,55 |
18206,85 |
СnН2n+2 |
491,85 |
0,0551 |
118,55 |
58309,31 |
H2 |
6750,26 |
0,7560 |
2 |
13500,52 |
СnН2n+2* |
1182,92 |
0,1322 |
35,30 |
41753,13 |
Сумма |
8928,90 |
1,0000 |
- |
170203,83 |