Расчетная часть изомеризации. 2 Расчетная часть 1 Материальный баланс процесса изомеризации
 Скачать 57.48 Kb.
|
 2 Расчетная часть 2.1 Материальный баланс процесса изомеризации По данным об имеющимся сырье принимаем производительность установки 326000 тонн в год. Сырьем установки является фракция НК-70 °С, которая вырабатывается на установке 22-4 четкой ректификации бензинов. Число рабочих дней установки принимаем 340.
Таблица 2.1 - Материальный баланс секции гидроочистки Таблица 2.2 - Материальный баланс секции изомеризации
Таблица 2.3 – Материальный баланс установки изомеризации
Продолжение таблицы 2.3
Таблица 2.3 - Состав сырья
2.2 Материальный баланс реактора Р-201 По данным с существующих установок с использованием катализатора СИ-2 принимаем степень конверсии н-парафинов н-пентана-98,4% н-гексан-98,7% Также принимаем выход побочных продуктов в % масс на продукт: Углеводороды ниже С5-2.2%, Углеводороды ниже С6-1.3%, Потери-0,004%, Материальный баланс реактора Аналогично по данным с существующих установок принимаем, что блок подготовки сырья изомеризации обеспечивает выделение фракции, содержащей 90,30% н-пентана. Состав сырья реактора Р-201 представлены в таблице 2.4 Таблица 2.4 - Состав сырья в реакторе Р-201
Таблица 2.5- Состав сырья реактора Р-201
Плотность смеси рассчитаем исходя из массовых долей компонентов  (2.1)где r - мольная доля i-компонента. Pcm=(0,021242∙0,5)+(0,874000∙0,659)+(0,014000∙0,62)+(0,076000∙0,656)+ +(0,000230∙0,659)+(0,012600∙0,7)=0,654 2.3 Технологический расчет реактора Р-201, теплообменника Т-201 Основная задача расчета теплового баланса заключается в нахождении температуры сырья на входе в реактор. Так как процесс изомеризации происходит с выделением тепла от 6 до 8 кДж/моль, то для поддержания температуры реакции необходимо найти количество тепла, выделившегося в процессе реакций изомеризации. Примем конечную температуру продуктов изомеризации 157℃, теплоту реакции изомеризации 7 кДж/ч. Принимая, что в процессе изомеризации подвергаются только пентаны и гексаны, с учетом количества молей углеводородов общее количество тепла, выделяющееся при изомеризации пентанов и гексанов составит Qреак=(Gm(C5)× k(C5) +Cm(C6) × k(C6)) × qэф, (2.2) где Gm - количество углеводорода, поступающего с сырьем, моль/ч; qэф - тепловой эффект реакции (7кДж/моль). Qреак=142580,97×0,984×7/1000+2379,42×0,987×7/1000=982,10+16,44=998,54 Мдж/ч По известным конечной температуре процесса и составу продукта рассчитаем теплосодержание продукта на выходе из реактора. Теплосодержание жидкой фазы углеводородов определяем по уравнению Qпр=(1,689+t2+0,0017×(t22)×((0,9943×p204+0,00915)0.5)-1, (2.3) где t2 - конечная температура процесса (157 ℃); p204 - средняя плотность компонентов сырья. Qпр=377,696 кДж/кг, Теплосодержание ВСГ при температуре t2 определим по формуле qВСГ=10,976×t2+492,68 (2.4) qВСГ=2215,91 кДж/кг Общее теплосодержание смеси на выходе из реактора Qпр=qВСГ×GВСГ+qпр×Gпр (2.5) где GВСГ - расход ВСГ на выходе из реактора, кг/ч; Gпр - расход смеси углеводородов без ВСГ и потерь на выходе из реактора, кг/ч. Qпр=2215,91×21,92+(11368,58-0,15-21,92)×377,696=4334,10 МДж/ч Зная тепловой эффект реакции, а также энтальпию продуктов на выходе из реактора можно определить теплосодержание сырьевой смеси(Qс) поступающей в реактор по формуле Qc=Qпр-Qреак, (2.6) Qс=4334,10 -998,54=3335,56 МДж/ч. Методом подбора температуры на входе сырья в реактор и рассчитывая значение энтальпии смеси, необходимо добиться, чтобы значение рассчитанной энтальпии было равно ранее полученному, исходя из теплового баланса (Qс). Пусть температура сырья на входе в реактор составит t=121,6℃. Среднюю плотность углеводородов сырья рассчитываем исходя из массовых долей. Теплосодержание углеводородной смеси на входе в реактор составит Qсыр=(1,689×121,6+0,0017×(121,62))×((0,9943×0,6235+0,00915)0,5)-1=290,460 кДж/кг Таблица 2.6 – Расчет плотности углеводородов в сырье
Теплосодержание ВСГ QВСГ=10,976×121,6+492,68=1827,36 кДж/кг Общее теплосодержание углеводородов с ВСГ с учетом массового расхода Qc=290,460×11345,84+1827,36×22,74=3337,07 МДж/ч Для определения правильности выбранной температуры определим расхождение теплосодержания сырья реактора, рассчитанного по тепловому балансу (Qс), и теплосодержания сырья, рассчитанного по принятой температуре t на входе в реактор (Q`0c). Q=100%×(Qc-Q`0c)/Qc (2.7) (3337,07-3335,56)×100/3337,07 =0,04% Таким образом, температура t принята с достаточной точностью и может использоваться для дальнейших расчетов. Геометрические размеры реактора Для расчета размеров реактора зададимся некоторыми технологическими параметрами и определим характеристики принятого катализатора СИ-2 Таблица 2.7 - Технологические параметры процесса и характеристика катализатора
Определим объем поступающего сырья без учета ВСГ. Среднее значение плотности углеводородод сырья и их массовый расход указаны в таблице 2.6. Объемный расход составит Gvсыр=Gсыр/pсыр, (2.8) Gvсыр=11345,84/623,5=18,20 м3/ч Для определения объемного расхода ВСГ зададимся компонентным составом газа (таблица 2.8) и рассчитаем его плотность при нормальных условиях. Таблица 2.8 – Компонентный состав ВСГ
Плотность ВСГ при нормальных условиях составит  , (2.9)где i - индекс компонента в ВСГ; x1 - массовая доля i-го компонента в ВСГ; Мi - молекулярная масса i-го компонента в ВСГ: PВСГ (н.у) =1,071 кг/м3. Найдем плотность ВСГ при давлении и температуре процесса для определения его объемного расхода через реактор   (2.10)где Р1-давление на входе в реактор, МПа; tср-средняя температура процесса ℃. Pвсг=1,071×273,15/0,1×2,8/139,30+273,15=1,071×18,543=19,860 кг/м3 Определяем объем ВСГ, проходящий через реактор Gвсг=22,04/19,860=1,11 м3/ч Я не поняла…зачем вы исправили не на свою цифру? Общий объем сырьевой смеси с учетом ВСГ определяется как сумма Gc=Gсыр+Gвсг, (2.11) Gc=18,20+1,11=19,31 м3/ч Объем реакционного пространства определяем по формуле V=G/v, (2.12) где v - объемная скорость подачи сырья в реактор, ч-1 V1=19,31/2,0=9,66 м2 Требуемая масса катализатора составит Mk=V-Pk, (2.13) где Pk - насыпная плотность принятого катализатора, кг/м3 Mk=1400×9,66=13524 кг/м3 зачем испавили все? У вас было верно….чужие ошибки зачем повторяете? Массу находите….проверьте ед. измерения Принимаем диаметр реактора изомеризации, исходя из полученного реакционного объема 9,66 м3 D=2,2 м Площадь поперечного сечения составит S=0,25  2, (2.14)S=0,25×3,14×2,22=3,80 м2 Полезная высота реактора составит H=V/S, (2.15) H=9,66/3,80=2,542 м Верхнее над катализаторное пространство(Н1) и нижнее под катализаторное пространство (Н2), необходимое для качественного проведения процесса, определяется по диаметру реактора следующими зависимостями H=0,5×D (2.16) H1=0,5×2,2=1,1 м H2=0,667×D (2.17) H2=0,667×2,2=1,467 м Общая высота цилиндрической части реактора составит H2=H0+H1+H2, (2.18) H2=2,542+1,1+1,467=6 м Для определения правильности принятых и рассчитанных параметров реактора произведем расчет линейной скорости паров, проходящих через его сечение. Расчетное значение линейной скорости паров не должно превышать допустимое (0,1 м/с). U=G/(S×3600), (2.19) U=19,31/(3,80×3600) =0,001 м/с Расчетное значение U не превышает допустимой, следовательно, геометрические параметры выбраны и рассчитаны верно Расчет потери напора в слое катализатора Потерю напора в слое катализатора вычисляют по формуле
где  – потеря напора на 1 м катализатора, Па/м;ℇ – порозность слоя; µ – динамическая вязкость смеси, (принимаем 1,87×10-6 )Па×с; d – диаметр частиц катализатора, м; ρr – плотность реакционной смеси; кг/м3 g – ускорение свободного падения, 9,81 м/c2. Порозность слоя вычисляем по формуле  , (2.21)где ρ1к–кажущаяся плотность катализатора, кг/м3; ρ2к– насыпная плотность катализатора, кг/м3;  Для расчёта плотности реакционной смеси найдём среднюю плотность смеси ВСГ и жидких углеводородов в сырье реактора исходя из их массовых долей. Значение ρr составит 622,337 кг/м3 Таблица 2.8 – Расчёт плотности реакционной смеси
Потеря напора на 1 м катализатора составит  = 93,036  Величина перепада давления меньше допустимой 0,2 МПа. Таким образом, все параметры выбраны и рассчитаны верно. Давление на выходе из реактора составит P2=P1 –∆P, (2,22) P2=2,8–0,005=2,795 МПа Расчет тепловой нагрузки теплообменного аппарата Определяем конечную температуру из уравнения теплового баланса Q=G1×Cp гпс×(T1-T2)×n=G2×Cp гсс×(t2-t1), (2.23) где T1, T2 – начальная и конечная температура газо-продуктовой смеси K; t1, t2 - начальная и конечная температура газо-сырьевой смеси K; Сгпс,Сгсс – теплоёмкости газо-продуктовой и газо-сырьевой смеси кДж/(кг×К); n - коэффициент использования тепла, равный 0,93-0,95, принимаем 0,95 [1, c.97] Пересчитываем относительные плотности теплоносителей Pгпс=0,658 Pгсс=0,642  , (2.24)где a - средняя температура поправки плотности на 1℃  запятая 0,00097=0,647Определяем теплоёмкость по формуле  (2.25)где T – температура выраженная в К;  Сргсс=2,08 кДж/(кг×К) | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
