Тепловой баланс

5.2 Тепловой баланс

Целью теплового расчета является определение температуры газопродуктовой смеси на выходе из реактора. Гидроочистка вакуумного газойля протекает в реакторе, который является реактором адиабатического типа, близким к модели идеального вытеснения. Для реакторов такого типа температура на выходе рассчитывается их уравнения теплового баланса. Учитывая, что средняя теплоемкость смеси при гидроочистке изменяется незначительно, уравнение теплового баланса реактора можно записать в виде [7]

, (28)

, (29)

где t, t₀ – температуры на входе в реактор при удалении серы, ºС,

Q_S, Q_H – количество серы и олефинов, удаленных из сырья, % мас.;

G – суммарное количество реакционной смеси, % мас.;

– средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг·К).

Последовательно определим все численные значения членов, входящих в уравнение (29).

1. Значение t₀ определяют для каждой пары катализатор-сырье в

интервале температур 250-380ºC.

При оптимизации данного параметра учитывают два фактора, действующих в противоположных направлениях, с повышением t₀ уменьшается загрузка катализатора, требуемая для достижения заданной глубины гидрообессеривания, но с другой стороны избирательность процесса снижается, увеличивается образование легких продуктов отложений кокса на катализаторе.

Катализатор данного состава в паре с сырьем показал необходимый нам результат при температуре 375 ºС, поэтому принимаем t₀ = 375 ºС.

2. Суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор состав-

ляет: 119,674% мас. (таблица 4).

3. Количество серы, удаленной из сырья, ΔS = 1,584% масс. Глубину гид-

рирования непредельных углеводородов ΔС_Н принимают равной глубине обессеривания.

ΔС_Н = 0,99· С_Н, (30)

где С_Н – содержание непредельных углеводородов в сырье, % мас.

ΔС_Н = 0,99·8 = 7,92 % мас.

4. Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соедине-

ний (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, равной 0,99 получим:

Q_S = (31)

где – тепловые эффекты гидрогенолиза отдельных сероорганических соединений, кДж/кг;

– количество разлоденных сероорганических соединений, кг (при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений, % мас.

Таким образом,

Q_S = 0,082·2100 + 0,8·3810 + 0,16·5060 + 0,544·8700 = 8762,6 кДж.

5. Количество тепла q_n, выделяемое при гидрировании непредельных уг-

леводородов, равно 126000 кДж/моль. Тогда

Q_H, (32)

Q_HкДж.

6. Среднюю теплоемкость ЦВСГ находим на основании данных теплоем-

кости отдельных компонентов.

Данные теплоемкостей сведены в таблице 5.

Таблица 5 – Теплоемкость индивидуальных компонентов

Теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа с_Ц можно вычислить по формуле

С_Ц = , (33)

где – теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление, кДж/(кг·К);

y_i – массовая доля каждого компонента в циркулирующем газе.

с_Ц = 14,57·0,192 + 3,35·0,427 + 3,29·0,201 + 3,23·0,103 + 3,18·0,077 = 5,45 кДж/(кг·К).

7. Энтальпию паров сырья при 375ºС кДж/кг определяют по формуле [4]

, (34)

где а – коэффициент зависимости энтальпии нефтяных паров от температуры. При t₀ = 375 ºС она равняется 464,08 [10].

= 464,08(4 - 0,923) - 308,99 = 1119 кДж/кг.

Поправку на давление находят по значениям приведенных температуры и давления (Т_пр и Р_пр соответственно), рассчитываемых по формулам (35) и (37) соответственно.

Т_пр = , (35)

где Т_{процесса} – абсолютная температура процесса, равная 375+273 = 648 К;

Т_кр – абсолютная критическая температура сырья, рассчитываемая по формуле [10].

Т_кр = 1,05t_CP + 160 + 273, (36)

где t_CP – средняя температура кипения фракции, ºС. Для заданной фракции составляет 437 ºС [14].

Т_кр = 1,05·437 + 160 + 273 = 891,85 К.

Т_пр = = 0,762 К.

Р_пр = , (37)

где Р_{процесса} – давление, под которым происходит процесс, 6 МПа;

Р_кр – критические давление сырья, рассчитываемоя по формуле [10].

Р_{кр. =}, (38)

где К – характеризующий фактор:

, (39)

Р_кр. = = 2,744 Мпа.

Тогда давление приведенного давления будет равно

Р_пр = =2,19.

Для значений Т_пр и Р_пр находим значение выражения ΔIM/T_кр [10]:

Отсюда:

, (40)

кДж/кг.

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна:

(41)

= 1119 – 98,06 = 1020,94 кДж/(кг·К).

Отсюда теплоемкость сырья с поправкой на давление:

с_С = , (42)

кДж/(кг·К).