Каталитический риформинг

 

Количество углеводородов, покидающих реактор:

 

239500-101200=138300кг/ч

 

Напишем уравнение материального  баланса для углеводородов, покидающих реактор:

 

138300=602,8 С_nH_2n-6+64,1 С_nH_2n+616,8 С_nH_2n+2

 

138300=602,8(14n-6) + 64,1·14n+616,8(14n+2)

после вычисления n=7,82

Числовые значения молекулярных масс углеводородов, покидающих реактор

 

М_а=14n-6=14·7,82-6=103,3

 

М_н=14n=14·7,82=109,3

 

Мn=14n+2=14·7,82+2=111,3

4. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС ПЕРВОГО РЕАКТОРА

 

Основные реакции риформинга протекают  с поглощением тепла. Перепад  температуры в реакторах зависит  от группового углеводородного состава  сырья и от температуры реакции.

Уравнение теплового баланса реактора

 

         (2.9)

 

где: Q₁- приход тепла с сырьем и циркулирующим газом, кВт

Q₂- расход тепла на реакции риформинга, кВт

Q₃- расход тепла с продуктами реакции и циркулирующим газом

Q₄- потери тепла в окружающей среде.

 

РАСЧЕТ ЭНТАЛЬПИИ ПИТАЮЩЕЙ СМЕСИ

Таблица 2.8

 

Компо-ненты	Молеку-ляр- ная масса Mi	Количество ni, кмоль/ч	Содержа-ние y´=	Miyi´	Содержание yi= масс. доли	Энтальпия, кДж/кг
							y
1	2	3	4	5	6	7	8
Н2 СН4 С2Н6 С3Н8 С4Н10 С5Н12 СnH2n-6 СnH2n СnH2n+2 Сумма	2 16 30 44 58 72 101,8 107,8 109,8 -	11840,0 551,0 668,0 415,6 137,7 137,7 174,8 526,0 676,2 15147,0	0,7820 0,0363 0,0454 0,0274 0,091 0,091 0,0114 0,0347 0,446 1,0000	1,56 0,58 1,36 1,21 0,53 0,66 1,16 3,74 4,88 15,7	0,0999 0,0371 0,0870 0,0770 0,0337 0,0418 0,0742 0,2387 0,3106 1,0000	7700 1618 1434 1405 1400 1392 1713 1704 1703 -	769,0 59,9 124,8 108,2 47,2 58,2 127,0 407,5 528,8 2230,6

Тепловой эффект реакции

 

       (2.10)

 

где: в- выход водорода в расчете на исходное сырье, масс%

В результате риформинга получен Н₂

 

 

или

 

тогда   

 

 

Определяем количество потери тепла  в окружающую среду

 

      (2.11)

 

кДж/час

 

Определяем приход тепла с продуктами реакции и циркулирующим газом:

 

     (2.12)

 

 

Тепловой  баланс реактора

Таблица 2.5

 

Наименование потоков	Температура К	Количество, кг/ч	Энтальпия кДж/кг	Количество тепла, кДж/кг
1	2		3	4
Приход Сумма Расход Q4   Сумма	Т вх=803 -   Твых1     -	239500 239500 239500     Принимается 239500	2230,6 -   493,2     - -	148,3·103 148,3·103   20,5·103 1,48·103 1,48·103

 

 

5. Основные размеры реактора

 

Диаметр реактора рассчитаем так, чтобы перепад давления в слое катализатора не превышал допустимого значения.

Величину  для реактора примем:

 

    (2.13)

где, 0,5-доля гидравлического сопротивления слоя в общем гидравлическом сопротивлении реактора.

 

 

Для расчета величины воспользуемся формулой:

  (2.14)

 

где,  - потери напора на 1м высоты слоя катализатора в реакторе, Па/М

- порозность слоя 

- скорость фильтрования, м/с

- плотность газов, кг/м³

- кинематическая  вязкость, м²/с

- эквивалентный диаметр частиц  катализатора, м.

 

Порозность слоя катализатора при  допущении упорядоченного расположения частиц катализатора равна:

 

         (2.15)

где,  - объем катализатора цилиндрической формы, м³

- объем куба, описанного вокруг шара, м³

 

Сторона куба, описанного вокруг шара, равна эквивалентному диаметру этого шара:

 

       (2.16)

 

 

Числовое значение порозности при 

 

Скорость реального фильтрования газовой смеси в наиболее узком  сечении у сетки трубы:

 

       (2.17)

 

где,  - объем газов, проходящих через свободное сечение реактора, м³/с

- площадь сетки у трубы,м²

 

Величину  найдем по формуле:

 

     (2.18)

 

где,  - количество газовой смеси в реактре, кг/ч

- средняя температура в реакторе,К

-1 коэффициент сжимаемости газа, значительно разбавленного водородом

- средняя молекулярная масса газовой смеси

- средняя давление в реакторе,Па

 

Средняя температура в реакторе равна:

 

      (2.19)

 

 

Среднее давление в реакторе примем равным :

 

     (2.20)

 

 

тогда,

 

 

Площадь сетки у трубы:

 

       (2.21)

 

где,  - диаметр сетки у трубы, м

- высота сетки,м

 

Примем диаметр реактора , диаметр сетки . Высоту сетки вычислим по формуле:

 

      (2.22)

 

где,  - высота слоя катализатора в реакторе, м

 

Высота слоя катализатора в стакане:

 

        (2.23)

 

где,  -площадь кольцевого сечения между стаканом, м²

 

Величину найдем следующим образом :

    (2.24)

 

 

тогда:

 

 

а площадь сетки у трубы :

 

 

Подставив числовые значения величин в формулу для расчета скорости фильтрации, получим:

 

 

Толщина слоя катализатора в стакане:

 

     (2.25)

 

 

Потери напора в слое катализатора :

 

 

Полная высота реактора равна

  (2.26)

 

 

6. Расчет второго реактора

 

Давление на втором реакторе ниже, чем в первом реакторе на величину 

 

Состав смеси подвергаемой риформингу

Таблица 2.6

 

Компоненты	Количество  кмоль/ч	Содержание  мол.доли
1	2	3
Сумма	602,8 64,1 616,8 1283,7	0,4694 0,0499 0,4807 1,000

 

Расчет парциальных давлении компонентов

 газовой загрузки реактора

Таблица 2.7

 

Компоненты	Содержание мол.доли	Парциальное давление 103 Па
1	2	3
Сумма	0,0402 0,0341 0,1407 0,7850 0,1407	115,25 11,15 117,7 2472 413,9 3130

 

Состав газа покидающиЙ  реактор

Таблица 2.8

 

Компоненты	Приход кмоль/ч	Расход, кмоль/ч
1	2	3
Циркулирующий газ Сумма Всего	602,8 64,1 616,8   12,943,7 598,9 735,9 463,5 185,6 185,6   15113,2 16396,9	60,28+64,1=666,9 - 616,8-63,3=553,5   12943+64,1· 3 – 7,82 – 3 /3=13034,3 598,9+33=631,9 735,9+33=768,9 463,5+33=496,5 185,6+33=218,6 185,6+33=218,6   15368,8 16589,2

 

 

 

Количество углеводородного  газа

Таблица 2.9

 

Компоненты	Молекулярная масса Мi	Количество ni, кмоль/ч	Содержание
1	2	3	4	5
	2 16 30 44	13034,3 631,9 768,9 496,5	0,84 0,04 0,05 00,03	1,70 0,66 1,50 1,42
Сумма	58 72	218,6 218,6 15368,8	0,01 0,01 1,000	0,84 1,04 7,16 7,2

 

Материальный баланс второго реактора

Таблица 2.10

 

Компоненты	Количество , кмоль/ч	Содержание  мол.доли	Средняя молекулярная масса	Количество кг/ч
1	2	3	4	5
Приход Сумма Расход Сумма	60,28 64,1 616,8 12943,7 2169,5   16396,9   666,9 553,5 13034,3 2334,5 16589,2	0,0368 0,0033 0,0376 0,7900 0,1323   1,0000   0,0402 0,0341 0,7850 0,1407 1,0000	103,3 109,3 111,3 6,7 6,7   -   109,3 117,3 7,2 7,2 -	62350 7140 68810 101200 101200   239500   72900 64900 10700 101700 239500