2.2.3 Тепловой баланс реактора

Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки можно записать:

, (2.26)

где Q_c, Q_ц - тепло вносимое в реактор со свежим сырьем и ЦВСГ; Q_S, Q_г.н. - тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных соединений; Q_см - тепло, отводимое из реактора реакционной смесью.

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

; (2.27)

t = t_o + ( ΔS q_S + ΔC_нq_н) / G c , (2.28)

где G - суммарное количество реакционной смеси, % масс; с - средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/ кг∙К; ΔS, ΔС_н - количество серы и непредельных углеводородов, удаленных из сырья, % масс.; t, t_o - температуры на входе в реактор и при удалении серы ΔS, ^оС; q_s , q_{н -} тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж /кг.

Минимум суммарных затрат, как показано на рисунке 4, определит оптимальное значение t_о.. Для заданной пары катализатор - сырье t_о = 340 ^оС.

Глубину гидрирования непредельных углеводородов можно принять равной глубине обессеривания:

ΔС_н = С_н ^. 0,998 = 2 ^. 0,998 = 1,99 % масс.

Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений при заданной глубине обессеривания, равной 0,998, рассчитывается по формуле

, (2.29)

где g_{si -} тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сераорганических соединений, кДж/кг; q_si - количество разложенных сераорганических соединений, кг.

Q_s =0,0039^.2100+0,039^.3810+0,0078^.5060+(0,0273-0,0001)^.8700= 432,88 кДж.

1 – Затраты на катализатор; 2 – затраты на регенерацию катализатора;

3 – суммарные затраты

Рисунок 4 – Зависимость затрат от температуры на входе в реактор

Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов, равно 126 кДж / моль, тогда

Q_н = ΔС_н q_н / М; (2.30)

Q_н =кДж.

Среднюю теплоемкость ЦВСГ находят на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов, приведенных в таблице 2.2.

Теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа можно найти по формуле

, (2.31)

где с_рi - теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление , кДж / кг∙К;y_i - массовая доля каждого компонента в циркулирующем водородсодержащем газе.

c_ц = 14,57 ^. 0,275 + 3,35 ^. 0,392 + 3,29 ^. 0,216 + 3,23 ^. 0,072 + 2 ^. 3,18 ^. 0,021 =

= 6,414 кДж /кг∙К.

Энтальпию паров сырья при 340 ^оС определяем по расчетной формуле

I³⁴⁰ = ; (2.32)

I³⁴⁰ =1099,19 кДж/кг.

Поправку на давление находим по значениям температур и давлений.

Определяем характеризующий фактор:

(2.33)

где Тср – средняя температура выкипания фракции, К.

.

Абсолютная критическая температура сырья определяется с использованием графика, представленного на рисунке 5.

Рисунок 5 – График для определения критических параметров нефтяных фракций в зависимости от их молекулярной массы М и характеризующего фактора К

Принимаем Т _кр = 630К.

Приведенная температура равна:

Т_пр =.

Критическое давление сырья вычисляют по формуле

Р_кр = ; (2.34)

Р_кр = МПа.

Приведенное давление рассчитываем по формуле

Р_пр = ; (2.35)

Р_пр = .

Для найденных значений Т_пр и Р_пр (рисунок 6) находим поправку на энтальпию ΔIМ / (4,2·Ткр) = 12,61 кДж/(кмоль·К).

Рисунок 6 – График для определения поправки к энтальпии паров в зависимости от приведенных параметров

ΔI = кДж /кг.

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна:

I³⁴⁰ = 1099,19-260,21=838,98 кДж/ кг.

Теплоемкость сырья с поправкой на давление равна:

с_с = кДж/кг∙К.

Средняя теплоемкость реакционной смеси составляет:

; (2.36)

кДж/кг∙К.

Подставив найденные величины в уравнение (2.28), находим температуру на выходе из реактора:

^оС.