Материальный баланс реактора

II. Материальный баланс реакций в реакторе

На основе рассчитанного количества прореагировавшего сырья и стехиометрических уравнений (1)-(4) в табл. 9 сделан расчет материального баланса

Количество компонентов, вступивших в реакцию, кмоль/ч	Количество продуктов реакции, кмоль/ч
428СnH2n	428CnH2n-6
7CnH2n+2	7CnH2n+7H2
40.9CnH2n+2+52.4n-3/2H2	40.9n/15(CH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12)
	52.4n/15(XCH4+C2H6+C3H8+C4H10+C5H12)

Из таблицы видно что в результате гидрокрекинга получается углеводородный газ, который обогатит циркулирующий газ.

1. Количество углеволородного газа, образовавшегося в реакторе при n=7.7:

(40,9+52,4)*7,7/15*(СН4+С2Н6+СНР8+С4Н10+С5Н12)=47,9*(СН4+С2Н6+СНР8+С4Н10+С5Н12)

2. Состав газа, покидающего реактор (табл. 10)

Компоненты	Приход, кмоль/ч	Расход, кмоль/ч
CnH2n-6	174,8	174,8+428=602,8
CnH2n	526,0	526,0-428+7-40,9=64,1
CnH2n+2	676,2	676,2-7-52,4=616,8
Сумма	1377,0	1283,7
Н2	11840,0	11840+428*3+7-40,9*7,7/3-52,4*(7,7-3/3)=12943,7
СН4	551,0	551,0+47,9=598,9
С2Н6	688,0	688,0+47,9=735,9
С3Н8	415,6	415,6+47,9=463,5
С4Н10	137,7	137,7+47,9=185,6
С5Н12	137,7	137,7+47,9=185,6
Сумма	13770,0	15113,2
Всего	15147,0	16396,9

Материальный баланс составляется для определения выхода продуктов риформинга (табл. 11)

Компоненты	Молекулярная масса, Mi	Количество ni, кмоль/ч	Содержание Yг1i=ni/Sni мол доли	MiYг1i
Н2		12943,7	0,8570	1,72
СН4		598,9	0,396	0,63
С2Н		735,9	0,0486	1,46
С3Н8		463,5	0,0306	1,35
С4Н10		185,6	0,0121	0,70
С5Н12		185,6	0,0121	0,87
Сумма	-	15113,2	1,0000	6,73=6,7

Средние молекулярные массы углеводородов, покидающих реактор не будут равны соответствующим числовым значениям средних молекулярных масс углеводородов. Рассчитаем новые числовые значения средних молекулярных масс.

3. Количество обогащенного циркулирующего газа на выходе из реактора (табл. 11)

Компоненты	Количество ni, кмоль/ч	Содержание Yг1i=ni/Sni мол доли	Средняя молекулярная масса, Мi	Количество Gi=ni*Mi, кг/ч
Приход
CnH2n-6	174,8	0,0114	101,8
CnH2n	526,0	0,0347	107,8
CnH2n+2	676,2	0,0446	109,8
H2	11840,0	0,7820	6,5
CnН2n+2*	13300,0	0,1273	6,5
Сумма	15147,0	1,0000	-
Расход
CnH2n-6	602,8	0,0368	103,3
CnH2n	64,1	0,033	109,3
CnH2n+2	616,8	0,0376	111,3
H2	12943,7	0,79	6,7
CnH2n+2	2169,5	0,1323	6,7
Cумма	16396,9	1,0000	-

Из материального баланса реактора следует, что количество углеводородов, покидающих реактор, равно разности количества всего годового потока и количеством обогащенного водородсодержащего газа:

239500-101200=138300 кг/ч

4. Уравнение материального баланса для углеводородов, покидающих реактор:

138300=602,8CnH2n-6+64.1CnH2n+616.8CnH2n+2

138300=602.8*914Т-6)+64.1*14Т+616,8*(14Т+2)

После вычисления найдем, что углеродное число равно n=7,82, что совпадает с принятым ранее n=7.7

5. Числовые значения молекулярных масс, покидающих реактор:

Ма=14n-6=14*7,82-6=103,3

Мн=14n=14*7.82=109.3 Мп=14n+2=14*7,82+2=111,3

III. Тепловой баланс реактора

Основные реакции (1)-(2) протекают с поглощением тепла. Перепад температуры в реакторах зависит от группового углеводородного состава сырья и от температуры реакции. В первом реакторе перепад температуры может достигать 35-80 К, во втором 8-40 К и в третьем 0-17 К.

1. Уравннеие теплового баланса реактора в общем виде:

Q1=Q2+Q3+Q4

Левая часть уравнения учитывает приход тепла с сырьем и циркулирующим газом (кВт)

Правая часть – расход тепла (кВт): Q2 – на реакции риформинга; Q3 – с продуктами реакций и циркулирующим газом; Q4 – потери в окружающую среду.

Рассчитаем энтальпию газового потока на входе в аппарат. Предварительный расчет показывает, что ввиду не очень высокого давления и значительного разбавления водородом поправка на давление величины энтальпии не требуется. Состав потока (табл. 1,2,12) в мольных долях пересчитаем в массовые доли.

Расчет относительной плотности углеводородов ( табл. 13)

Углеводороды	Относительная плотность на входе в реактор	Относительная плотность на выходе из реактора
Ароматические	0,718	0,722
Нафтеновые	0,731	0,733
Парафиновые	0,733	0,737

Расчет энтальпии питающей смеси (табл. 14)

Компоненты	Молекулярная масса, Mi	Количество ni кмоль/ч	Содержание Yi=ni/Sni мол доли	MiYi	Содержание Yi=MiYi/Мсм масс доли	Энтальпия кДж/кг qгTi	Энтальпия кДж/кг qгTiYi
H2		11840,0	0,7820	1,56	0,0999		769,0
CH4		551,0	0,0363	0,58	0,0371		59,9
C2H6		668,0	0,0454	1,36	0,0870		124,8
C3H8		415,6	0,0274	1,21	0,0770		108,2
C4H10		137,7	0,0091	0,53	0,0337		47,2
C5H12		137,7	0,0091	0,66	0,0418		58,2
CnH2n-6	101,8	174,8	0,0114	1,16	0,0742		127,0
CnH2n	107,8	526,0	0,0347	3,74	0,2387		407,5
CnH2n+2	109,8	676,2	0,0446	4,88	0,3106		528,8
Сумма	-	15147,0	1,00000	15,68=15,7	1,0000	-	2230,6

Тепловой эффект реакции рассчитать, пользуясь законом Гесса нельзя из-за незнания детального химического состава сырья и продуктов реакции. Поэтому воспользуемся формулой:

qp=-335*b

b – выход водорода в расчете на исходное сырье, % масс.

Из материального баланса реактора (табл. 12) следует, что в результате риформинга получен водород в количестве:

GH2=12943,7-11840=1103,7 кмоль/ч

Или

GH2=1103,7*МН2=1103,7*2=2207,4 кг/ч

Тогда

b=2207.4*100/150000=1.473 % масс.

2. Тепловой эффект реакции:

qp=-335*1.473=-493.2 кДж/кг

Тепловой баланс реактора с учетом принятой величины теплопотерь в окружающую среду в количестве:

Q4=0.01*Q1=0.01*5.34*106=5.34*106 кДж/ч приведен в (табл. 15)

Величина Q3 равна:

Q3=239500*qTвых1

Из теплового баланса реактора имеем:

Q3=Q1-Q2-Q4=148.3* 103 -20.5* 103 -1.48* 103 =126.3* 103 кВт

qгТвых1=126,3*10:3*2000/239500=1900 кДж/кг

Потоки	Температура, К	Количество, кг/ч	Количество тепла, кВт	Энтальпия кДж/кг
Приход
Q1	Твх=803		148,3*103	2230,6
Сумма	-		148*103	-
Расход
Q2	-	-	20.5*103	493,2
Q3	Твых1		Q3	qтвых1
Q4	Принимается	Принимается	1.48*103	-
Сумма	-	-	148.3*103	-

Для определения числового значения температуры Твых1 потока, покидающего реактор, необходимо рассчитать состав смеси на выходе из реактора.

Состав газа, покидающего реактор, рассчитан на основе данных табл. 10 и представлен в табл. 16.

Компоненты	Молекулярная масса	Количество ni кмоль/ч	Содержание Yi=ni/Sni мол доли	MiYi	Cодержание Yi=MiYi/Мсм масс доли
H2		12943,7	0,7893	1,58	0,1079
CH4		598,9	0,0366	0,58	0,0400
C2H6		735,9	0,0499	1,35	0,0921
C3H8		463,5	0,0283	1,25	0,0851
C4H10		185,6	0,0113	0,65	0,0447
C5H12		185,6	0,0113	0,81	0,0556
CnH2n-6	103,3	602,8	0,0368	3,80	0,2585
CnH2n	109,3	64,1	0,0039	0,43	0,0304
CnH2n+2	111,3	616,8	0,0376	4,19	0,2857
Сумма	-	16396,9	1,000	14,64=14,6	1,0000

Табл. 17

Компоненты	Содержание Yi масс. доли	Энтальпия, кДж/кг 713 К qгТi	Энтальпия, кДж/кг 713 К qгТiYi	Энтальпия, кДж/кг 743 К qгТi	Энтальпия, кДж/кг 713 К qгТiYi
H2	0,1079		687,0		735,2
CH4	0,0400		51,0		55,3
C2H6	0,0921		103,1		112,5
C3H8	0,0851		93,4		101,8
C4H10	0,0447		49,2		53,6
C5H12	0,0556		61,6		65,9
CnH2n-6	0,2585		364,0		388,8
CnH2n	0,0304		42,6		45,6
CnH2n+2	0,2857		400,0		427,8
Сумма	1,0000	-	1851,9	-	1986,5

Энтальпии qгТвых1=1900 кДж/кг соответствует температура Твых1=724 К.

3. Перепад температуры в первом реакторе равен:

∆Т1=Твх1-Твых1=803-724=79 К

Оптимальное снижение температуры процесса в первом реакторе составляет 40-50 К, во втором – 20-25, в третьем – 7-10 К.

Дата добавления: 2015-06-04