- Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 1 M Ụ C L Ụ C 1. - Tính toán các phản ứng chính xảy ra trong quá trình reforming xúc tác. - Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết. - Tính toán phân bố áp suất của các cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu và thành phần khí tuần hoàn. - Tính toán cho lò thứ nhất. - Tính cân bằng vật chất. - Tính cân bằng nhiệt lượng. - Tính toán cho lò thứ 2. - Tính toán cân bằng vật chất. - Tính toán cân bằng nhiệt lượng. - Tính toán cho lò thứ 3. - Tính toán cho lò thứ 4. - 34 Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 2 1. - Nhiệt độ C. - Phân bố xúc tác trong lò phản ứng lần lượt là . - 1: Thành phần nguyên liệu. - Khối lượng riêng Thành phần phân đoạn % khối lượng 293 T 0s đầu T 0s 10% T 0s 50% T 0s 90% T 0s cuối P N A K 348 0 K 385 0 K 428 0 K 453 0 K 50 38 12 2. - Tính toán các phản ứng chính xảy ra trong quá trình reforming xúc tác - Phản ứng chính chuyển hoá hydrocacbon naphten thành RH thơm. - Phản ứng chuyển hóa hydrocacbon naphten thành parafin C n H 2n + H 2 C n H 2n+2 (2. - Phản ứng hydro cracking naphten C n H 2n + n/3 H 2 n/15 (CH 4 + C 2 H 6 + C 3 H 8 + C 4 H 10 + C 5 H 12 ) (3) Ta có thể mô ta sự giảm hàm lượng hydrocacbon do chuyển hóa hoá học ở các phản ứng trên bằng các phương trình vi phân sau. - (5) 277 Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 3. - P A : áp suất của các hợp chất thơm. - N N , N P : Lần lượt là phần mol của hydrocacbon naphten và parafin trong nguyên liệu bị chuyển hoá (kmol/ kmol). - V R : Đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol (kg xúc tác/h.nguyên liệu) K 1 : Hằng số tốc độ phản ứng (1) được xác định bằng đồ thị (kg xúc tác/h.pa.nguyên liệu). - K 2 : Hằng số tốc độ phản ứng (2) được xác định bằng đồ thị kg xúc tác/h.nguyên liệu. - K 3 : Hằng số tốc độ phản ứng (3) được xác định bằng đồ thị kg xúc tác/h.nguyên liệu. - K P1 , K P2 lần lượt là hằng số cân bằng hóa học của phản ứng (1), (2) được xác định theo phương trình sau : K P1 = 9,81 3 . - Bảng 2: Thành phần khí tuần hoàn. - Cấu tử H 2 CH 4 C 2 H 6 C 3 H 8 C 4 H 10 C 5 H 12 % mol Để tính toán thành phần của hỗp hợp dùng công thức: Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 4 M e . - y i ’ Trong đó : M e : khối lượng phân tử trung bình của nguyên liệu . - M i : khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon trong nguyên liệu . - y i , y’ i lần lượt là phần khối lượng và phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu Mặt khác thì M = 0,4.T 50 - 45 Trong đó: T 50 là nhiệt độ sôi tại 50% thể tích của nguyên liệu . - Bảng 3: Khối lượng. - của các hydrocacbon trong nguyên liệu. - Hydrocacbon Công thức hóa học Công thức khối lượng Parafin (P) C n H 2n +2 Mp = 14n + 2 Naphaten (N) C n H 2n M N = 14n Aromatic (A) C n H 2n - 6 M A = 14n - 6 Ngoài ra M e còn tính theo công thức : Trong đó : Y P ,Y N ,Y A lần lượt là phần khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu M A M N , M P là khối lượng phân tử của các hydrocacbon: Aromatic, naphten và parafin trong nguyên liệu : M e = 1 Y A Y N Y P 14n - 6 14n 14n+2. - Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 5 Biến đổi ta được phương trình sau : n 3 - (M e + 4)n 2 - [6. - Y A - 2Y N - 3 Y P )M e ]n + Y N M e = 0 Giải phương trình trên ta được n = 7,77 Vậy khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon như sau : M P = 14n + 2 = 14x M N = 14n = 14 x M A = 14n - 6 = 14x Bảng 4: Thành phần của nguyên liệu. - Cấu tử Khối lượng phân tử Hàm lượng trong nguyên liệu y i. - phần khối lượng y i ' =y i .Me/Mi C n H 2n C n H 2n C n H 2n Tổng. - Trong đó số ngày hoạt động trong năm là 340 ngày (có 25 ngày nghỉ để sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị). - kg/h) Năng suất thiết bị tính ra (Kmol/h) N C = G c /Me Kmol/h) Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 6 Bảng 5: Thành phần các cấu tử trong nguyên liệu. - Cấu tử y’ i (phần mol) N i = N C . - Vậy lượng khí tuần hoàn lại là: n kth = n H2 . - Bảng 6: Thành phần các cấu tử trong khí tuần hoàn. - Cấu tử M i y i M i . - y i H CH C 2 H C 3 H C 4 H C 5 H Tổng Lượng hydrocacbon trong khí tuần hoàn là: P. - Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 10 Bảng 9: Cân bằng hoá học cho lò phản ứng thứ nhất. - Lượng chất tham gia phản ứng (kmol/h) Lượng sản phẩm (kmol/h) 371,273 C n H 2n 371,273 C n H 2n x 3H 2 20,760C n H 2n+2 20,760C n H 2n + 20,760H 2 Bảng 10: Tính lượng chất ở dòng vào và dòng ra của lò phản ứng thứ nhất. - Cấu tử Lượng vào(kmol/h) Lượng ra (kmol/h) P N A Tổng Bảng 11: Tính lượng khí tuần hoàn. - H x CH C 2 H C 3 H C 4 H C 5 H Tổng Lượng khí tuần hoàn. - x kg/h) Lượng hydrocacbon trong khí tuần hoàn là kg/h) Vậy ta có phương trình sau: Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 11 585,453x(14n - 6. - 181564,027 suy ra n = 7,7703 M A = 14n - 6 = 14 x M N = 14n = 14 x M P = 14n +2 = 14 x Bảng 12: Lượng khí tuần hoàn ra khỏi lò phản ứng thứ nhất. - Cấu tử M i n i (kmol/h) y' i = n' i. - n i M i y' i H CH C 2 H C 3 H C 4 H C 5 H Tổng Bảng 13: Cân bằng vật chất của lò phản ứng thứ nhất. - Cấu tử n i (kmol/h) y’ i M i G i = M i . - n i Đầu vào P N A H P Tổng Đầu ra P Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 12 N A H P Tổng . - Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q 11 + Q 21 = Q 31 + Q 41 + Q 51 + Q 61 Trong đó: Q 11 : Nhiệt lượng hỗn hợp khí nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào (kj/h) Q 21 : Nhiệt lượng do xúc tác mang vào lò phản ứng (kj/h) Q 31 : Nhiệt lượng do khí sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h). - Q 41 : Nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h). - Q 51 : Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng reforming (kj/h). - Q 61 : Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài (kj/h. - C Pxt .T Trong đó: q 21 = C Pxt .T : hàm nhiệt xúc tác (kj/h) C Pxt : nhiệt dung riêng của xúc tác ở nhiệt độ T( 0 K) C Pxt = a 0 + a 1 .T - a 2 . - 0 K) q 21 = C Pxt .T = 1,1685 x kj/kg) Vậy Q 21 = m xt 1 .q x kj/h) Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 13 Tính Q 41 : Giả thiết nhiệt độ tại lò phản ứng thứ nhất giảm đi T = 70 0 K Q 41 = m XT2 . - C Pxt .T Trong đó: m xt2 lượng xúc tác ra khỏi lò phản ứng thứ nhất. - C Pxt : Nhiệt dung riêng xúc tác ở T K C Pxt x x kcal/kmol. - Tính Q 11 : Ta cần xác định entanpi của dòng hơi nguyên liệu ở cửa vào của lò phản ứng thứ nhất. - Để xác định entanpi của aromatic, naphten, parafin, ta dựa vào trọng lượngphân tử trung bình của các cấu tử. - Bảng 14: Tỷ trọng của các cấu tử. - Cấu tử Đầu vào Đầu ra P N A Để tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ta dùng công thức sau: q P. - 355.b Trong đó:. - hiệu suất tạo hydro tinh khiết theo khối lượng nguyên liệu ban đầu. - 436,65 (KJ/kg) Nhiệt lượng do hỗm hợp nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào lò phản ứng thứ nhất. - 298 298 Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 14 Q 11 = G c . - q tr1 = 1908,71x kj/h) Bảng 15: Entanpi của hỗn hợp hơi vào lò phản ứng thứ nhất. - Cấu tử Mi n i y' i = n i. - Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài. - Nhiệt lượng tiêu tốn do phản ứng reforming. - N hiệt lượng do sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra. - mà ta có Q q tr1 q tr kj/h) Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 15 q tr1 : hàm nhiệt của sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra.. - Bảng 16: Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng thứ nhất . - Tính toán cho lò thứ 2 4.1. - Bảng 17: Thành phần các cấu tử của lò phản ứng thứ hai. - Cấu tử n c (kmol/h) y’ C2i = n ci. - n c2i C n H 2n C n H 2n C n H 2n Tổng Độ giảm áp suất giữa các lò phản ứng thường kg/cm 2. - Chọn độ giảm áp suất ở lò phản ứng thứ hai là 0,2 (kg/cm 2. - Khi đó áp suất chung của hỗn hợp khí nguyên liệu vào lò phản ứng thứ hai là: P kg/cm 2. - 3,3 x pa) Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 34 6.2. - Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q 14 + Q 24 = Q 34 + Q 44 + Q 54 + Q 64 Trong đó: Q 14 : Nhiệt do hỗn hợp khí nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào (kj/h) Q 24 : Nhiệt lượng do xúc tác mang vào lò phản ứng (kj/h) Q 34 : Nhiệt do khí sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra (kj/h). - Q 44 : Nhiệt do lượng xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h). - Q 54 : Nhiệt tổn thất do phản ứng reforming (kj/h). - Tính Q 24 : Nhiệt lượng Q 24 do xúc tác mang vào lò phản ứng thứ tư chính là nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng ba. - Tính Q 44 Giả thiết nhiệt độ tại lò phản ứng thứ tư giảm đi T = 40 0 K Q 44 = m XT4 . - C Pxt .T Trong đó: m xt4 lượng xúc tác ra khỏi lò phản ứng thứ tư. - C Pxt : nhiệt dung riêng xúc tác ở T K C Pxt x x kcal/kmol. - Tính Q 14 : Ta cần xác đinh entanpi của dòng hơi nguyên liệu vào lò phản ứng thứ tư.. - Bảng 43: Entanpi của hỗn hợp hơi vào lò phản ứng thứ tư. - Cấu tử Mi n i Y' i = n i. - Miy' i Entanpi q t (KJ/kg) q t yi (KJ/h) H CH Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 35 C 2 H C 3 H C 4 H C 5 H A N P Tổng Để tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ta dùng công thức sau: q P. - 355x KJ/kg) Nhiệt do hỗm hợp nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào lò phản ứng thứ tư. - Tính Q 54 : Nhiệt tiêu tốn do phản ứng reforming. - Tính Q 34 : nhiệt do sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra. - Q 34 = Q 14 + Q 24 - Q 44 - Q 54 - Q 64 Q kj/h) Q qtr 4 q tr kj/h) Tính toán cân b ằ ng v ậ t ch ấ t và cân b ằ ng nhi ệt lượ ng c ủ a công ngh ệ CCR BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 36 q tr4 : hàm nhiệt của sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra.. - Bảng 44: Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng thứ tư
Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn hoặc xem
Tóm tắt