Материальный баланс установки

Установка работает 340 дней в году, ее производительность по сырью 375,4 тыс.т/год.

Таблица 8 – Материальный баланс установки

2.2 Расчёт теплообменника Т-2

Расчет теплообменника для подогрева газопродуктовой смеси (нестабильный гидрогенизат) кубовым продуктом (стабильный гидрогенизат) колонны К-1.

Принимаем следующие данные:

Холодный теплоноситель – газопродуктовая смесь;

Горячий теплоноситель – стабильный гидрогенизат;

Расход газопродуктовой смеси G_СМ= 42454 кг/ч; 11,79 кг/с;

Начальная температура газопродуктовой смеси t_нач^СМ= 150⁰ С;

Конечная температура газопродуктовой смеси t_кон^СМ= 270⁰ С;

Начальная температура стабильного гидрогенизата t_нач^СГ=400⁰С;

Конечная температура стабильного гидрогенизата t_кон^СГ=289⁰С;

Расход стабильного гидрогенизатаG_СГ= 41095 кг/ч; 11,415 кг/с;

1.Определение тепловой нагрузки на аппарат ведем по уравнению теплового баланса:

,кВт, где (1)

Q – тепловая нагрузка на аппарат, кВт ;

G – массовый расход теплоносителя, кг/с;

С– удельная теплоемкость теплоносителя при средней температуре, кДж/кгК;

Δt – разность между конечной и начальной температурами теплоносителя,⁰ С.

Тепловую нагрузку на аппарат рассчитываем по газопродуктовой смеси:

, кВт (2)

По закону сохранения энергии:

Q_СМ=Q_СГ

Вт, где

– конечная температура газопродуктовой смеси;

– начальная температура газопродуктовой смеси;

Вт;

2.Ориентировочная площадь поверхности аппарата.

м²,где (3)

Δt_ср – средний температурный напор,⁰С;

К – коэффициент теплопередачи, принимаем 300 Вт/м²∙К

Определение среднего температурного напора:

стабильный гидрогенизат

400⁰С 289⁰С

газопродуктовая смесь

270⁰С 150⁰С

Рис.1.Схема движения – противоток.

Δt_м = 130⁰С Δt_б = 139⁰С

, ⁰С (4)

⁰С

Принимаем коэффициент теплопередачи К = 300 Вт /м²К и определяем ориентировочную поверхность теплообмена:

.

Принимаем по ГОСТ 14246 – 79 теплообменник кожухотрубный с плавающей головкой со следующими характеристиками:

поверхность теплообмена F = 131м ²;

диаметр корпуса D = 600 мм;

диаметр труб d = 20 х 2 мм;

длина труб L = 6000 мм;

число ходов по трубам Z = 2 х 2;

число труб n=370

площадь проходного сечения по трубам f_тр= 34∙10^-3м ²;

площадь проходных сечений по межтрубному пр-ву f_мтр= 42∙10^-3 м²;

3.Определение истинного коэффициента теплопередачи.

межтрубное пространство трубное пространство

(стабильный гидрогенизат) (газопродуктовая смесь)

Рис.2.Схема теплопередачи тепла через плоскую стенку.

q₁=α_мтр∙(t_ср^СГ–t_ст1) q₂=α_тр∙(t_ст2–t^СМ_ср)

q₃=λ_ст/δ∙(t_ст1–t_ст2)

;

Определим частные коэффициенты теплопередачи в трубном и межтрубном пространствах, принимая температуру стенки t_ст1= 268⁰С

Межтрубное пространство.

Коэффициент теплопередачи от стабильного гидрогенизата к стенке.

Критерий Рейнольдса, характеризует соотношение сил инерции и трения в потоке:

(5)

где ω_СГ– скорость движения стабильного гидрогенизата по межтрубному пространству, м/с;

d_нар – наружный диаметр труб, м;

µ_СГ– коэффициент динамической вязкости стабильного гидрогенизата при t_ср;

Скорость стабильного гидрогенизата в межтрубном пространстве:

, м/с, (6)

где G_СГ – массовый расход стабильного гидрогенизата, кг/с;

f_мтр – площадь проходных сечений по межтрубному пространству, м²;

ρ_СГ– плотность стабильного гидрогенизата при t_ср , кг/м³

м/с

т.кRе> 10000 для межтрубного пространства, режим движения – устойчивый турбулентный.

Коэффициент теплопередачи от стабильного гидрогенизата к стенке для устойчивого турбулентного режима в межтрубном пространстве:

, Вт/м²К , (7)

где λ_ст – теплопроводность стабильного гидрогенизата при средней температуре, Вт/мК;

Еφ – коэффициент, учитывающий угол атаки пучка труб, принимаем Еφ=0,6;

Рr - критерий Прандтля для стабильного гидрогенизата, характеризующий отношение вязкостных и температуропроводных свойств теплоносителя при средней температуре.

Рr_ст1 - критерий Прандтля для стабильного гидрогенизата при t_ст1

Вт/м²К;

Удельная тепловая нагрузка по межтрубному пространству.

; Вт/м², (8)

Вт/м²

Определяем температуру стенки t_ст2 исходя из равенства q₁=q₃

,⁰С ; (9)

где δ – толщина стенки трубки теплообменника, м;

λ_ст– теплопроводность стали, Вт/м∙К;

⁰С;

Трубное пространство.

Скорость газопродуктовой смеси в трубном пространстве:

, м/с; (10)

где G_СМ – расход газосырьевой смеси, кг/с;

ρ _НР – плотность газосырьевой смеси, кг/м³;

f_тр – площадь проходного сечения по трубному пространству, м²;

м/с,

Критерий Рейнольдса, характеризует соотношение сил инерции и трения в потоке:

_, где (11)

d_вн – внутренний диаметр труб, м;

µ_см– динамическая вязкость газопродуктовой смеси при средней температуре, Па∙с

Режим движения – устойчивый турбулентный, т.к. Re> 10000.

Рассчитываем коэффициент теплопередачи от стенки к газопродуктовой смеси при устойчивом турбулентном движении:

, Вт/м²К; (12)

Вт/м²К;

Удельная тепловая нагрузка по трубному пространству.

,Вт/м²; (13)

Вт/м²

Полученное значение тепловой нагрузки q₃большее рассчитанной ранее тепловой нагрузки q₁ на:

,

, что находится в допустимых пределах (не более ±5%)

4. Рассчитываем истинный коэффициент теплопередачи.

, (14)

где r₁ и r₂ – термические сопротивления загрязнений со стороны теплоносителей, r₁ = r₂ = 0,0003Вт/м²К

Вт/м²К

5. Определение истинной поверхности теплообмена.

Необходимая поверхность теплообмена:

,м²; (15)

По ГОСТ 14246-79 принимаем кожухотрубный теплообменник с плавающей головкой с ранее выбранными характеристиками, с поверхностью теплообмена F =200 м ²

Длина 6920 мм

Диаметр 630 мм

Запас поверхности составляет:

(200-103) / 200∙100% =48,5%

2.3 Расчёт реактора Р-1

Аппарат предназначен для проведения реакций гидроочистки

Для расчёта реактора гидроочистки необходимы следующие данные:

Таблица 9.

Параметр	значение	источник информации
Производительность установки, т/год по сырью		на установке
Установка работает, дней в году		на установке
Количество дней на ремонт		на установке
Количество дней на регенерацию катализатора		на установке
Гидроочистка проводится: - при давлении Р, МПа - при кратности циркулирующего водородсодержащего газа ,нм3/м3 - на алюмокобальтмолибденовом катализаторе марки		в операторной в операторной или в режимном листе на установке
Характеристика сырья: фракционный состав плотность при 20°С , кг/м3 Содержание серы в исходном сырье Sо, масс. дол., % в том числе: меркаптановой серы SМ, масс.дол.%; сульфидной серы SС, масс.дол.%; дисульфидной серы SД, масс.дол.%; тиофеновой серы SТ,масс.дол.%;		в ЦЗЛ или НТЦ в ЦЗЛ или НТЦ в ЦЗЛ или НТЦ     в ЦЗЛ или НТЦ в ЦЗЛ или НТЦ в ЦЗЛ или НТЦ в ЦЗЛ или НТЦ
Остаточное содержание серы в очищенном дизельном топливе , масс.дол., %		0,0005
Содержание непредельных углеводородов СН, масс.дол.,% на сырьё		в ЦЗЛ или НТЦ
Температура сырья на входе в реактор, °С		в режимном листе
Состав ЦВСГ, объм. дол.%,		в ЦЗЛ или НТЦ
А также справочные данные: Диаметр реактора, м Высота реактора, м Тип реактора Количество реакторов, шт   Чертёж реактора общего вида со спецификацией.		у механика установки у механика установки у механика установки из технологической схемы у механика установки

Исходные данные, полученные на производстве, представлены в таблице 10.

Таблица 10.

Параметр	значение
Производительность установки, т/год по сырью	375,96
Установка работает, дней в году
Количество дней на ремонт
Количество дней на регенерацию катализатора
Гидроочистка проводится: - при давлении Р, МПа - при кратности циркулирующего водородсодержащего газа ,нм3/м3 - на рений-платиновом катализаторе марки S12G
Характеристика сырья: фракционный состав плотность при 20°С , кг/м3 Содержание серы в исходном сырье Sо, масс. дол., %	420-423°С   0,9
Остаточное содержание серы в очищенном бензине , масс. дол., %	0,2

Продолжение таблицы 10.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС УСТАНОВКИ ГИДРООЧИСТКИ

Производительность установки 375,96 т/год по сырью.

Процентное соотношение компонентов (масс. дол.,%) берут на производстве либо на самой установке либо в цеху.

Таблица 11.

СОСТАВ ЦВСГ (ЦИРКУЛИРУЮЩЕГО ВОДОРОДСОДЕРЖАЩЕГО ГАЗА)

На производстве состав циркулирующего водородсодержащего газа определяют в объёмных процентах. Содержание водорода в циркулирующем водородсодержащем газе (ЦВСГ) не должно быть ниже 70 - 75 объёмных процентов. Состав ЦВСГ в объемных процентах и долях приведён в таблице 12.

Таблица 12.

Для расчётов необходимо знать состав ЦВСГ в мольных и массовых долях.

По формуле (8) переведём состав ЦВСГ в массовые доли:

(8)[10]

где: массовая доля i-го компонента в смеси;

мольная доля i-го компонента в смеси;

молекулярная масса i-го компонента в смеси.

(8)[10]

Данные пересчёта сводим в таблицу 13.

Таблица 13.

МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС РЕАКТОРА

В реактор поступает сырьё, свежий водородсодержащий газ (ВСГ) и циркулирующий водородсодержащий газ (ЦВСГ).

Определяем среднюю молекулярную массу ЦВСГ по формуле:

(9)[10]

где: средняя молекулярная масса ЦВСГ, кг/моль;

молекулярная масса i-го компонента, кг/моль (таблица 4);

мольная доля i-го компонента (таблица 5).

кг/моль (9) [10]

Расход ЦВСГ на 100 кг сырья G_Ц можно найти по формуле (10):

(10)[10]

где: расход ЦВСГ на 100 кг сырья, кг;

кратность циркуляции водородсодержащего газа, нм³/м³ (таблица 2);

средняя молекулярная масса ЦВСГ, кг/моль (определена по формуле 9);

плотность сырья, кг/м³ (таблица 2).

кг (10)[10]

Среднюю молекулярную массу сырья рассчитываем по эмпирической формуле Крэга:

(11)[10]

где: М – средняя молекулярная масса сырья, кг/моль;

- плотность нефтепродукта при 15 ºС , определенная относительно плотности воды при при 15 ºС.

Абсолютной плотностью вещества называют количество массы, содержащейся в единице объёма. В системе СИ плотность выражается в кг/м³. Относительной плотностью вещества называется отношение его массы к массе чистой воды при 4°С, взятой в том же объеме. Численные значения абсолютной и относительной плотности совпа­дают, но относительная плотность — величина безразмерная.

= (12)[10]

где: относительная плотность сырья.

плотность сырья, кг/м³ (из исходных данных таблица 2).

плотность воды , кг/м³.

= (12)[10]

5 (13)[10]

где: - температурная поправка на 1°С (приложение А).

- плотность нефтепродукта при 15 ºС, определенная относительно плотности воды при при 15 ºС.

(13)[10]

(11)[10]

На основе данных материального баланса гидроочистки (таблица 3) составляем материальный баланс реактора. Материальный баланс реактора представлен в таблице 14

Материальный баланс реактора.

Таблица 14.

ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС РЕАКТОРА ГИДРООЧИСТКИ

Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки можно записать так:

(14)[10]

где: тепло, вносимое в реактор со свежим ВСГ, кДж;

тепло, вносимое в реактор с ЦВСГ, кДж;

тепло, вносимое в реактор с сырьем, кДж;

тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых соединений, кДж;

тепло, выделяемое при протекании реакций гидрирования непредельных соединений, кДж;

тепло, отводимое из реактора реакционной смесью, кДж.

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

(15)[10]

где: суммарное количество реакционной смеси, масс.дол.,%;

средняя теплоёмкость реакционной смеси, кДж/(кг*К)

температура на входе в реактор, °С;

температура при удалении серы, °С;

количество серы удалённой из сырья, масс.дол.,%;

количество непредельных удалённых из сырья, масс.дол.,%;

тепловой эффект гидрирования сернистых соединений, кДж/кг;

тепловой эффект гидрирования непредельных соединений, кДж/кг.

Температуру, при которой удаляется сера определяем по формуле (16):

(15)[10]

где: суммарное количество реакционной смеси, масс.дол.,%;

средняя теплоёмкость реакционной смеси, кДж/(кг*К)

температура на входе в реактор, °С;

температура при удалении серы, °С;

количество серы удалённой из сырья, масс.дол.,%;

количество непредельных удалённых из сырья, масс.дол.,%;

тепловой эффект гидрирования сернистых соединений, кДж/кг;

тепловой эффект гидрирования непредельных соединений, кДж/кг.

Суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор составляет 117,44 кг (из таблицы 6).

Определяем количество серы, удалённой из сырья .

(16) [10]

где: количество серы удалённой из сырья, масс.дол.,%;

начальное содержание серы в сырье, масс.дол.,%;

остаточное содержание серы в очищенном дизельном топливе, масс.дол.,%.

масс.дол.,% (16)[10]

Определяем глубину гидрообессеривания.

(17)[10]

где: глубина гидрообессеривания, доли;

количество серы удалённой из сырья, масс.дол.,%;

начальное содержание серы в сырье, масс.дол.,%.

(17) [10]

т.е. глубина гидрообессеривания должна быть 90%.

Глубину гидрирования непредельных углеводородов можно принять равной глубине обессеривания.

(18) [10]

где: количество непредельных удалённых из сырья, масс.дол.,%;

С_Н – содержание непредельных углеводородов , масс.дол.,%;

степень (глубина) гидрообессеривания, доли.

масс. дол.,%. (19) [10]

Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, равной 0,9 составит:

(20) [10]

где: количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений, кДж;

количество разложившихся сероорганических соединений, кг;

При расчёте на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений в масс. дол.%. (из исходных данных).

тепловые эффекты гидрогенолиза гетероорганических соединений, кДж/кг

Таким образом по формуле (20) и справочным данным приложения Б находим количество теплоты, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений.

к Дж

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

(21) [10]

где: количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных соединений, кДж;

тепловой эффект гидрирования непредельных соединений, кДж/кг;

количество непредельных удалённых из сырья, масс.дол.,%;

М – средняя молекулярная масса сырья.

кДж (21) [10]

Среднюю теплоёмкость ЦВСГ находят по формуле:

(22) [10]

где: средняя теплоёмкость ЦВСГ, кДж/(кг*К);

теплоёмкость отдельных компонентов с учётом поправок на температуру и давление, кДж/(кг*К); (приложение В)

массовые доли компонента в ЦВСГ (таблица 4).

кДж/(кг*К) (22)[10]

Энтальпию паров сырья при 350°С определяют по графику.

кДж/кг

Поправку на давление находим по значениям приведённых температуры и давления. Абсолютная критическая температура сырья определяется с использованием графика.

График для определения псевдокритических параметров нефтяных фракций в зависимости от их молекулярной массы М и характеризующего фактора К.

(23) [10]

где: К – характеризующий фактор;

относительная плотность;

Т_ср – температура, К.

(24) [10]

t_н.к. – температура начала кипения сырья, °С;

t_к.к. – температура конца кипения сырья, °С;

(24) [10]

(23)[10]

По графику приложения Д по найденным значениям молекулярной массы сырья (формула 11) и характеризующего фактора (формула 23) определяем абсолютную критическую температуру.

Т_кр=733К

Приведённая температура равна:

(25)[10]

где: температура на входе в реактор, °С;

Т_кр – абсолютная критическая температура, К.

(25) [10] Критическое давление сырья вычисляют по формуле (26):

(26)[10]

где: критическое давление сырья, МПа;

К – характеризующий фактор;

Т_кр – критическая температура сырья;

М_с – молекулярная масса сырья.

МПа (26) [10]

Тогда приведённое давление определяем по формуле (27):

(27)[10]

Р – давление в реакторе, МПа (из исходных данных);

приведённое давление;

критическое давление сырья, МПа.

(27) [10]

Для найденных значений Т_пр. и Р_пр.

(28)[10]

где: поправка на давление;

М_с – молекулярная масса сырья;

Т - температура на входе в реактор, К;

Преобразуя формулу (28) определим значение поправки энтальпии на давление.

кДж/кг (28)[10]

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна

кДж/кг (29)[10]

Теплоёмкость сырья с поправкой на давление равна:

(30)[10]

где: теплоёмкость сырья с поправкой на давление, кДж/кг;

температура на входе в реактор, °С;

энтальпия сырья с поправкой на давление, кДж/кг.

кДж/кг (30)[10]

Средняя теплоёмкость реакционной смеси составляет:

(31) [10] где: средняя теплоёмкость реакционной смеси, кДж/(кг*К)

теплоёмкость сырья с поправкой на давление, кДж/кг;

средняя теплоёмкость ЦВСГ, кДж/(кг*К);

- массовый процент водородсодержащего газа и циркулирующего водородсодержащего газа поступающего на установку.масс.%.(из мат. баланса реактора);

- общее количество поступающих на переработку веществ, масс.%. (из мат. баланса реактора).

кДж/(кг*К) (31)[10]

Подставляем найденные величины в уравнение (16):

°С

Для определения температуры реакционной смеси при разных глубинах обессеривания необходимо построить график зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине. Теплоёмкость реакционной среды не изменяется, поэтому зависимость t от S линейная, и для построения графика достаточно двух точек.

Данные для построения графика зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине представлены в таблице 15.

Таблица 15.

График зависимости температуры реакционной смеси от остаточного содержания серы в бензине.

рисунок 1.

Скорость гидрогенолиза r сернистых соединений описывается уравнением:

(32)[10]

где: r - скорость гидрогенолиза сернистых соединений;

S – содержание серы в продукте, масс.дол.,%;

k – константа скорости реакции;

n – порядок реакции.

При гидрировании индивидуальных сернистых соединений n=1, при гидрогенолизе нефтяных фракции обычно .

(33)[10]

где: элемент объёма реактора, м;

подача сырья в реактор, м³/ч.

Подставив выражение в уравнение (32) получим уравнение для расчёта реакционного объёма при гидроочистке нефтяных фракций.

(34)[10]

где: r - скорость гидрогенолиза сернистых соединений;

S – содержание серы в продукте, масс. дол. ,%;

k – константа скорости реакции;

n – порядок реакции;

элемент объёма реактора, м;

подача сырья в реактор, м³/ч.

По справочным данным определяем кинетические константы процесса:

кДж/моль

n=2.

Второй порядок реакции объясняется неодинаковой реакционной способностью сернистых соединений, содержащихся в нефтяных фракциях.

Данные необходимые для расчёта скорости r и обратной скорости при разных глубинах обессеривания, сводят в таблицу 16.

Таблица 16.

Показатели	содержание серы, масс. дол.,%
0,9	0,85	0,8	0,75	0,7
t , °С		420,6	421,5	422,2
Т, К		693,6	694,5	695,2
S2	0,81	0,72	0,64	0,56	0,49
	116,3*103	112,1*103	111*103	109,9*103	107,7*103
	522,9*103	517,9*103	512,8*103	507,7*103	497,5*103
	423,6*103	372,9*103	328,2*103	284,3*103	243,8*103
,	2,36	2,68	3,05	3,52	4,10

(35) [10]

где: константа скорости реакции;

основание натурального логарифма;

энергия активации, кДж/моль;

универсальная газовая постоянная, кДж/моль*К;

температура, К.

При температуре 623К:

(35)[10]

Скорость реакции определяют по формуле:

(36)[10]

скорость реакции;

константа скорости реакции;

S – содержание серы в продукте, масс. дол. ,%;

(36)[10]

По полученным данным строят график в координатах - S зависимости обратной скорости реакции от остаточного содержания серы в гидроочищаемом бензине (рисунок 2).

рисунок 2.

Графическим интегрированием находят площадь под полученной кривой в пределах содержания серы от 2 масс.дол.,% до 0,2 масс.дол.,% .

Эта площадь численно равна интегралу:

(37) [10]

где:S – содержание серы в продукте, масс. дол. ,%;

скорость реакции.

Определяем численное значение интеграла по одному из двух способов представленных в приложении Ж.

(38)[10]

ОБЪЁМ КАТАЛИЗАТОРА И ГЕОМЕТРИЧЕСКИЕ РАЗМЕРЫ РЕАКТОРА

Требуемый объём катализатора в реакторе вычисляют по формуле:

(39)[10]

где: объём катализатора в реакторе, м³;

S – содержание серы в продукте, масс. дол. ,%;

скорость реакции.

Значение находят из соотношения:

(40) [10]

где: плотность сырья, кг/м³ (из исходных данных);

количество топлива поступающего на очистку, кг/ч (из мат баланса реактора);

м³/ч (40)[10]

35,85 м³ (39)[10]

Объёмную скорость подачи сырья, т.е. отношение объёма жидкого сырья, подаваемого на объём катализатора в час определяем по формуле:

(41)[10]

объёмная скорость подачи сырья, ч^-1;

объём катализатора в реакторах, м³.

(41) [10]

По найденному значению вычисляют геометрические размеры реактора гидроочистки.

Принимают цилиндрическую форму реактора и соотношение высоты к диаметру равным 2:1 или Н=2D.

Тогда:

(42)[10]

Принимаем к установке 2 последовательно установленных реактора.

Объём катализатора на один реактор равен:

(43)[10]

где: объём катализатора в реакторах, м³;

объём катализатора в одном реакторе, м³;

число реакторов, шт.

м³ (43)[10]

Диаметр реактора равен:

(44)[10]

где: диаметр реактора, м;

объём катализатора в одном реакторе, м³.

м (44)[10]

Высота слоя катализатора составляет:

Н=2D (45)[10]

где: диаметр реактора, м;

Н – высота слоя катализатора, м.

м (45)[10]

Приемлемость принятой формы реактора дополнительно проверяется гидравлическим расчётом реактора.

ГИДРАВЛИЧЕСКИЙ РАСЧЁТ РЕАКТОРА

Потери напора не должны превышать 0,2 – 0,3 МПа.

Расчёт потери напора в слое катализатора.

Потери напора в слое катализатора вычисляют по формуле:

(46)[10]

где: потеря напора на слое катализатора,кг/м²;

Н – высота слоя катализатора, м;

порозность слоя катализатора;

динамическая вязкость, Па*с;

линейная скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализатора, м/с;

d – средний диаметр частиц, м;

плотность газа, кг/м³;

ускорение силы тяжести, кг/с²;

Пористость слоя вычисляют по формуле:

(47)[10]

где: порозность слоя;

насыпная плотность катализатора, кг/м³;

кажущаяся плотность катализатора, кг/м³.

кг/м³;

кг/м³

(47)[10]

Линейная скорость потока равна:

(48)[10]

где: линейная скорость потока,м/с;

диаметр реактора, м;

V- объём реакционной смеси, включающий объём сырья V_с, и объём циркулирующего водородсодержащего газа V_Ц, м³/ч.

Определяем объём реакционной смеси.

(49)[10]

где:V –объём реакционной смеси, м³/ч;

V_с –объём сырья, м³/ч;

V_Ц – объём циркулирующего водородсодержащего газа, м³/ч;

Объём сырья рассчитывают по формуле:

(50)[10]

где:V_с –объём сырья,м³/ч;

расход сырья в реактор, кг/ч;

средняя температура в реакторе, °С.

коэффициент сжимаемости.

Коэффициент сжимаемости определяем по приложению Ж.

При Т_пр=0,845 и Р_пр=0,98 коэффициент сжимаемости равен 0,25.

Величина может быть найдена как средняя арифметическая между температурой ввода сырья =350°С и температурой на выходе из реактора, равной 386,65 °С.

°С

м³/ч (50)[10]

Объём циркулирующего водородсодержащего газа рассчитывают по формуле:

(51)[10]

где:V_Ц – объём циркулирующего водородсодержащего газа, м³/ч;

расход циркулирующего водородсодержащего газа в реактор, кг/ч;

коэффициент сжимаемости (коэффициент сжимаемости равен 1)

средняя температура в реакторе, °С.

м³/ч (51)[10]

м³/ч (49)[10]

м/с (48)[10]

Динамическую вязкость смеси определяют по её средней молекулярной массе, равной:

(52)[10]

где: расход циркулирующего водородсодержащего газа в реактор, кг/ч;

расход сырья в реактор, кг/ч;

Мс – молекулярная масса сырья;

М_Ц – молекулярная масса ЦВСГ.

(52)[10]

По уравнению Фроста находят динамическую вязкость смеси:

кг*с/м² (53)[10]

Средний диаметр частиц катализатора d=4*10^-3м (из паспорта катализатора).

Плотность реакционной смеси в условиях процесса равна:

(54) [10]

кг/м³

Таким образом:

кг/(м²*м) (46) [10]

кг/м²

Таким образом, потеря напора катализатора не превышает предельно допустимых значений 0,2-0,3 МПа.

Поэтому принимаем к установке реактор цилиндрической формы с высотой реакционной зоны 3,9 м и диаметром реакционной зоны 2,2 м.