Тепловой баланс реактора

Уравнение теплового баланса реактора гидроочистки можно записать так:

где Q_c, Q_ц — тепло, вносимое в реактор со свежим сырьем и циркулирующим водородсодержащим газом;

Q_s,Q_г.п. —тепло, выделяемое при протекании реакций гидрогенолиза сернистых и гидрирования непредельных соединений;

∑Q_c_м. — тепло, отводимое из реактора реакционной смесью.

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

где G — суммарное количество реакционной смеси, % (масс.);

с —средняя теплоемкость реакционной смеси, кДж/(кг∙К);

ΔS,ΔC_H —количество серы и непредельных, удаленных из сырья, % (масс);

t,t₀—температуры на входе в реактор и при удалении серы ΔS, °C;

q_s,q_H — тепловые эффекты гидрирования сернистых и непредельных соединений, кДж/кг.

1. t₀, катализатор — сырье 350 °С.

2. Суммарное количество реакционной смеси на входе в реактор составляет 116,79 кг.

3. Количество серы, удаленное из сырья, ΔS = 0,75% (масс).

4. Количество тепла, выделяемое при гидрогенолизе сернистых соединений (на 100 кг сырья) при заданной глубине обессеривания, составит

Таблица 4

Тепловой эффект реакции гидрирования органических соединений серы*.

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

g_si- количество разложенных сероорганических соединений, кг (при расчете на 100 кг сырья оно численно равно содержанию отдельных сероорганических соединений в % масс.).

5. Количество тепла, выделяемое при гидрировании непредельных углеводородов, равно 126000 кДж/моль. Тогда.

6. Среднюю теплоемкость циркулирующего водородсодержащего газа находим на основании данных по теплоемкости отдельных компонентов (табл. 4).

Таблица 5.

Теплоемкость индивидуальных компонентов.

	H₂	CH₄	C₂H₆	C₃H₈	C₄H₁₀
С_p, кДж/(кг∙К)	14,57	3,35	3,29	3,23	3,18
С_p, ккал/(кг∙С⁰)	3,48	0,800	0,786	0,772	0,760

где с_pi—теплоемкость отдельных компонентов с учетом поправок на температуру и давление, кДж/(кг-К);

y_i — массовая доля каждого компонента в циркулирующем газе.

Тогда

7. Энтальпию паров сырья при 350 °С равнаI³⁵⁰=997,4 кДж/кг.

Поправку на давление находим по значениям приведенных температуры и давления.

Абсолютная критическая температура сырья Т_кр=497+273=770 К,

Приведенная температура равна Т_ПР = 350+273/770=0,809.

Критическое давление сырья вычисляют по формуле

Р_кр = 0,1Т_KP/М_c = 0,1∙9,26∙770/215 = 3,32 МПа,

где

Тогда

Для найденных значений Т_пр и Р_пр.

Энтальпия сырья с поправкой на давление равна I³⁵⁰=997,4-34,6 = 962,8 кДж/кг.

Теплоемкость сырья с поправкой на давление равна С_с=962,8:350= =2,75кДж/(кг∙К).

8. Средняя теплоемкость реакционной смеси составляет

Имея найденные значения, находим температуру на выходе из реактора t:

Для определения температуры реакционной смеси при разных глубинах обессеривания строим график зависимости температуры реакционной смеси t от остаточного содержания серы в дизельном топливе S.

Рис.2.

Зависимость температуры реакционной смеси t от остаточного содержания серы в дизельном топливе S.

Таблица 5.

Данные для кинетического расчета процесса обессеривания.

Показатели	0,75	0,5	0,2	0,1	0,05
Т,К 10⁸∙e^-E/RT k=k₀∙e^-E/RT S² r=k∙S² 1/r	623 237,8 10,99 0,56 6,1544 0,163	630,8 279,1 12,89 0,25 3,2225 0,310	641,6 346,1 15,99 0,04 0,6396 1,563	644,1 346,1 16,79 0,01 0,1679 5,956	646 377,1 17,42 0,0025 0,0436 22,936

Графическим интегрированием находим площадь под полученной кривой в пределах содержания серы от 0,8 до 0,05% (масс). Эта площадь численно равна интегралу