Bài báo cáo thực tập-tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ ccr

  • Số trang: 36 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 49 |
  • Lượt tải: 0
quangtran

Đã đăng 3720 tài liệu

Mô tả:

Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR MỤC LỤC 1. Các số liệu ban đầu.............................................................................................. 2 2. Tính toán các phản ứng chính xảy ra trong quá trình reforming xúc tác………………………………………………………………………………………2 2.1. Tính năng suất thiết bị ......................................................................................... 5 2.2. Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết ...................................................................... 6 2.3. Tính toán phân bố áp suất của các cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu và thành phần khí tuần hoàn. ...................................................................................................... 7 3. Tính toán cho lò thứ nhất..................................................................................... 8 3.1. Tính cân bằng vật chất......................................................................................... 8 3.2. Tính cân bằng nhiệt lượng ................................................................................. 12 4. Tính toán cho lò thứ 2 ....................................................................................... 15 4.1. Tính toán cân bằng vật chất ............................................................................... 15 4.2. Tính toán cân bằng nhiệt lượng ......................................................................... 19 5. Tính toán cho lò thứ 3 ....................................................................................... 22 5.1. Tính cân bằng vật chất....................................................................................... 22 5.2. Tính cân bằng nhiệt lượng ................................................................................. 26 6. Tính toán cho lò thứ 4 ....................................................................................... 29 6.1. Tính cân bằng vật chất....................................................................................... 29 6.2. Tính cân bằng nhiệt lượng ................................................................................. 34 BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 1 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR 1. Các số liệu ban đầu Công suất : 1.500.000 tấn/ năm. Nhiệt độ : 470 5300C. Tốc độ thể tích : 1,5 h-1. áp suất : 3,5 kg/ cm2 = 343.234,5 pa. Tỷ lệ H2/ RH : 2,5 kmol. Phân bố xúc tác trong lò phản ứng lần lượt là: 1/1,5/2,5/5. Bảng 1: Thành phần nguyên liệu. Khối lượng riêng Thành phần phân đoạn 293 277 T0s đầu T0s 10% T0s 50% T0s 90% T0scuối P N A 3290K 50 38 12 0,7288 3480K 3850K % khối lượng 4280K 4530K 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. CnH2n  CnH2n-6 + 3H2 (1) - Phản ứng chuyển hóa hydrocacbon naphten thành parafin CnH2n + H2  CnH2n+2 - (2) Phản ứng hydro cracking naphten CnH2n + n/3 H2  n/15 (CH4 + C2H6 + C3H8 + C4H10 + C5H12) (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 : (4) (5) BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 2 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR (6) Trong đó: PP : áp suất của parafin [pa]. PA: áp suất của các hợp chất thơm. [pa] PH2: áp suất của hydro [pa] PN: áp suất của naphten [pa]. P : áp suất của hệ [pa]. NN, NP: Lần lượt là phần mol của hydrocacbon naphten và parafin trong nguyên liệu bị chuyển hoá (kmol/ kmol). VR: Đại lượng nghịch đảo của tốc độ nạp liệu theo mol (kg xúc tác/h.nguyên liệu) K1: Hằng số tốc độ phản ứng (1) được xác định bằng đồ thị (kg xúc tác/h.pa.nguyên liệu). K2: Hằng số tốc độ phản ứng (2) được xác định bằng đồ thị kg xúc tác/h.nguyên liệu. K3: Hằng số tốc độ phản ứng (3) được xác định bằng đồ thị kg xúc tác/h.nguyên liệu. KP1, KP2 lần lượt là hằng số cân bằng hóa học của phản ứng (1), (2) được xác định theo phương trình sau : KP1 = 9,813 . 1012 . e46,15 - 25600/T KP2 = 98,1-1 . 10-3 . e(4450/T) - 7,12 Bảng 2: Thành phần khí tuần hoàn. Cấu tử H2 CH4 C2H6 C3H8 C4H10 C5H12 % mol 86 4 5 3 1 1 Để tính toán thành phần của hỗp hợp dùng công thức: BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 3 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Me . yi = Mi . yi’ Trong đó : Me : khối lượng phân tử trung bình của nguyên liệu . Mi: khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon trong nguyên liệu . yi, y’i lần lượt là phần khối lượng và phần mol của cấu tử i trong nguyên liệu Mặt khác thì M = 0,4.T50 - 45 Trong đó: T50 là nhiệt độ sôi tại 50% thể tích của nguyên liệu . Vậy ta tính được Me = 0,4 x 385 - 45 = 109 . Bảng 3: Khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu. Hydrocacbon Công thức hóa học Công thức khối lượng Parafin (P) CnH2n +2 Mp = 14n + 2 Naphaten (N) CnH2n MN = 14n Aromatic (A) CnH2n - 6 MA = 14n - 6 Ngoài ra Me còn tính theo công thức : Me = YA MA + 1 YN + MN YP MP Trong đó : YP,YN,YA lần lượt là phần khối lượng của các hydrocacbon trong nguyên liệu MA MN , MP là khối lượng phân tử của các hydrocacbon: Aromatic, naphten và parafin trong nguyên liệu : Me = BTL Công nghệ Chế biến dầu YA + 14n - 6 1 YN YP + 14n 14n+2 Page 4 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Biến đổi ta được phương trình sau : n3 - (Me + 4)n2 - [6 + ( YA - 2YN - 3 YP)Me]n + YNMe = 0 Giải phương trình trên ta được n = 7,77 Vậy khối lượng phân tử trung bình của các hydrocacbon như sau : MP = 14n + 2 = 14x 7,77 + 2 = 110,78, MN = 14n = 14 x 7,77 = 108,78, MA = 14n - 6 = 14x 7,77 - 6 = 102,78, Bảng 4: Thành phần của nguyên liệu. Hàm lượng trong nguyên liệu Cấu tử Khối lượng phân tử Cn H2n + 2 yi phần khối lượng yi' =yi .Me/Mi 110,78 0,50 0,492 Cn H2n 108,78 0,38 0,381 Cn H2n – 6 102,78 0,12 0,127 Tổng --- 1,000 1,000 2.1. Tính năng suất thiết bị Gc = L/(24 x 340) , kg/h. Với L: là năng suất năm, L = 1.500.000 tấn/năm . Trong đó số ngày hoạt động trong năm là 340 ngày (có 25 ngày nghỉ để sửa chữa và bảo dưỡng thiết bị). Vậy ta tính được năng suất của thiết bị trên giờ là : Gc = (15x 108 )/(24 x 340) = 183.823,529 (kg/h) Năng suất thiết bị tính ra (Kmol/h) NC = Gc/Me = 183.823,529 / 109 = 1686,454 (Kmol/h) BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 5 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Bảng 5: Thành phần các cấu tử trong nguyên liệu. 2.2. Cấu tử y’i (phần mol) Ni = NC . y'i (kmol/h) Cn H2n + 2 0,492 829,735 Cn H2n 0,381 642,539 Cn H2n - 6 0,127 214,180 Tổng 1,000 1686,454 Tính lượng khí tuần hoàn cần thiết Ta có H2/ RH = 2,5 Kmol. Năng suất H2 là: nH2 = 2,5 . NC = 2,5 x 1686,454 = 4216,135 (kmol/h). Vậy lượng khí tuần hoàn lại là: nkth = nH2 . 100/86 = 4216,135 x 100/86 = 4902,483 (kmol/h). Bảng 6: Thành phần các cấu tử trong khí tuần hoàn. - Cấu tử Mi yi Mi . yi ni = nkth . yi H2 2 0,86 1,72 4216,134 CH4 16 0,04 0,64 196,099 C 2 H6 30 0,05 1,50 245,124 C 3 H8 44 0,03 1,32 147,075 C4H10 58 0,01 0,58 49,025 C5H12 72 0,01 0,72 49,025 Tổng - 1,00 6,48 4902,483 Lượng hydrocacbon trong khí tuần hoàn là: P* = 4902,483 - 4216,135 = 686,348 (kmol/h). BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 6 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR - Lượng chất xúc tác cho quá trình là: Thể tích xúc tác: Vxt = Gc / c V0 (m3) Trong đó : V0 là tốc độ thể tích = 1,5h-1 C : Khối lượng riêng của nguyên liệu ở thể lỏng. Lấy C = 728,8 (kg/m3). Lượng xúc tác: mXT = VXT .XT Trong đó: XT khối lượng riêng xúc tác; XT = 550  650 (kg/m3).Chọn XT = 600 (kg/m3). Suy ra mXT = 168,152 x 600 = 100.891,270 (kg). Tính toán phân bố áp suất của các cấu tử trong hỗn hợp nguyên liệu và 2.3. thành phần khí tuần hoàn. Ta có công thức: Pi = P . y’i Trong đó: Pi : áp suất riêng phần cấu tử i [pa]. P: áp suất chung của lò phản ứng [pa]. Chọn P = 3,5 kg/cm2 = 343234,5 (pa). y’i: nồng độ phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp. Bảng 7: Thành phần áp suất. Cấu tử ni (Kmol/h) y'i = ni/ ni Pi= 343.234,5. y'i (Pa) P 829,735 0,1259 43213,223 N 642,539 0,0975 33465,364 A 214,180 0,0325 11155,121 H2 4216,135 0,6399 219635,757 P* 686,348 0,1040 35765,035 Tổng 6588,937 1,0000 343.234,500 BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 7 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Phân bố xúc tác trong các lò phản ứng theo tỷ lệnhư sau: 1/1,5/2,5/5. Bảng 8: Sự phân bố xúc tác trong các lò phản ứng. Lò phản ứng VXT ( m3 ) MXT = VXT x 600 (kg) 1 16,8152 10089,12 2 25,2228 15133,68 3 42,0380 25222,80 4 84,0760 50445,60 Tổng 168,1520 100.891,20 3. Tính toán cho lò thứ nhất 3.1. Tính cân bằng vật chất Hằng số tốc độ phản ứng chuyển hoá naphten thành aromatic. T = 8030K 1000/ T = 1000/803 = 1,245 Tra đồ thị phụ lục [1] ta được K1 = 11. 10-7 (kmol/h.pa3.kg xúc tác). Phương trình tính hằng số cân bằng phản ứng: KP1 = 9,813 . 1012 . e46,15 - 25600/T = 9,813 . 1012 . e46,15 - 25600/803 = 14,866 . 1020 (pa3). Độ giảm tương đối hàm lượng naphten do phản ứng thơm hoá (phản ứng 1). dN1 dVR1 = K 1 . PN K1 . PA .PH3 2 = 0,0368 KP1 Mà VR1 = mxt 1/NC Trong đó : mxt 1 = 10089,120 (kg) NC: Lượng nguyên liệu vào lò phản ứng thứ nhất (kmol/h). VR1 = 10089,120 / 1686,454 = 5,9824 (kg/kmol). Vậy: N1 = 0,0368 x 5,9824 = 0,2202 BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 8 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Lượng naphten tham gia phản ứng (1) là: nN1 = 0,2202 x 1686,454 = 371,273 (kmol/h) Vậy lượng naphten còn lại sau phản ứng (1) là. nN1 = ( y’i - N1) x NC = ( 0,381 - 0,2202 )x 1686,454 = 271,266 (kmol/h) Hằng số tốc độ phản ứng chuyển hoá naphten thành parafin ở(2)T = 8030K 1000/T = 1000/803 = 1,245 Tra đồ thị phụ lục [2] ta đượcK2 = 100.10-15 (kmol/h.kg xúc tác). KP2 = 98,1-1 . 10-3 . e(4450/T) - 7,12 = 98,1-1 . 10-3 . e(4450/803) - 7,12 = 0,0021.10-3 [pa-1]. Do KP2 << 1 nên chứng tỏ phản ứng nghịch xảy ra chiếm ưu thế hơn cả.Như vậy trong lò phản ứng nhất thì ngoài phản ứng chuyển hoá naphten thành aromatic thì còn xảy ra phản ứng chuyển hoá parafin thành naphten. Sự tăng hàm lượng naphten trong lò phản ứng(2) là: dN12 dVR = K2. PN K 2 . PP KP2 = - 0,00206 N12 = 0,00206 x VR1 = 0,00206 x 5,9824 = 0,0123 Lượng naphten tạo thành do phản ứng (2) là. nN12 = 0,0123 x 1686,454 = 20,760 Lượng naphten còn lại sau phản ứng (1) và (2) là. nN12 = ( y’N1 - NN1 + NN12 ) . NC = ( 0,381 - 0,2202 + 0,0123) x 1686,454 = 292,026 (kmol/h). BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 9 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR 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 CnH2n 371,273 CnH2n 20,760CnH2n+2 - 6 + 371,273x 3H2 20,760CnH2n + 20,760H2 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 829,735 829,735 - 20,76 = 808,975 N 642,539 642,539 - 371,273 + 20,76 = 292,026 A 214,180 214,180 + 371,273 = 585,453 Tổng 1686,454 1686,454 Bảng 11: Tính lượng khí tuần hoàn. H2 4216,135 4216,135 + 371,273x3 + 20,76 = 5350,714 CH4 196,099 196,099 C2H6 245,124 245,124 C3H8 147,075 147,075 C4H10 49,025 49,025 C5H12 49,025 49,025 Tổng 4902,483 6037,062 Lượng khí tuần hoàn: ( 5350,714 + 686,348 )x 5,637 = 34030,918 (kg/h) Lượng hydrocacbon trong khí tuần hoàn là: 215594,945 - 34030,18 = 181564,027 (kg/h) Vậy ta có phương trình sau: BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 10 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR 585,453x(14n - 6) + 292,026x14n + 808,975x(14n + 2) = 181564,027 suy ra MP = 14n +2 n = 7,7703 MA = 14n - 6 = 14 x 7,7703 - 6 MN = 14n = 14 x 7,7703 = 14 x 7,7703 + 2 = 102,784 = 108,784 = 110,784 Bảng 12: Lượng khí tuần hoàn ra khỏi lò phản ứng thứ nhất. Cấu tử Mi ni (kmol/h) H2 2 CH4 y'i = n'i/ni Miy'i 5350,714 0,8863 1,773 16 196,099 0,0325 0,520 C2H6 30 245,124 0,0406 1,218 C3H8 44 147,075 0,0244 1,074 C4H10 58 49,025 0,0081 0,469 C5H12 72 49,025 0,0081 0,583 Tổng - 6037,062 1,0000 5,637 Bảng 13: Cân bằng vật chất của lò phản ứng thứ nhất. Cấu tử ni (kmol/h) y’i Mi Gi = M i . n i Đầu vào P 829,735 0,1259 110,780 91918,043 N 642,539 0,0975 108,780 69895,392 A 214,180 0,0325 102,780 22013,420 H2 4216,135 0,6399 6,480 27320,555 P* 686,348 0,1042 6,480 4447,535 Tổng 6588,937 1,0000 - 215594,945 110,784 89621,486 Đầu ra P 808,975 BTL Công nghệ Chế biến dầu 0,1050 Page 11 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR N 292,026 0,0378 108,784 31767,756 A 585,453 0,0758 102,784 60175,201 H2 5350,714 0,6930 5,637 30161,975 P* 686,348 0,0889 5,637 3868,944 Tổng 7723,516 1,0000 - 215594,945 3.2. Tính cân bằng nhiệt lượng Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q11 + Q21 = Q31 + Q41 + Q51 + Q61 Trong đó: Q11: Nhiệt lượng hỗn hợp khí nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào (kj/h) Q21: Nhiệt lượng do xúc tác mang vào lò phản ứng (kj/h) Q31: Nhiệt lượng do khí sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h). Q41: Nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h); Q51: Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng reforming (kj/h). Q61: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài (kj/h).  Tính Q21: Q21 = mXT . q21 = mXT. CPxt .T Trong đó: q21 = CPxt .T : hàm nhiệt xúc tác (kj/h) CPxt: nhiệt dung riêng của xúc tác ở nhiệt độ T(0K) CPxt = a0 + a1.T - a2. T -2 (kj/kgh) Tra sổ tay hoá lý CPxt(Al203) CPxt = 22,08 + 8,971.10-3 .T - 5,225. 105T -2 Tại nhiệt độ T = 8030K thay vào ta có CPxt = 28,473 (kcal/kmol) = 1,1685 (kj/kg.0K) q21 = CPxt.T = 1,1685 x 803 = 938,3055(kj/kg) Vậy Q21 = mxt 1 .q21 = 10089,12 x 938,3055 = 9466676,786 (kj/h) BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 12 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR  Tính Q41: Giả thiết nhiệt độ tại lò phản ứng thứ nhất giảm điT = 700K Q41 = mXT2. CPxt .T Trong đó: mxt2 lượng xúc tác ra khỏi lò phản ứng thứ nhất. CPxt: Nhiệt dung riêng xúc tác ở T = 803 - 70 = 7330K CPxt = 22,08 + 8,91.10-3 x 733 - 5,225.105x(733)-2 = 28,654 (kcal/kmol.0K) CPxt = 1,1759 (kj/kg.0K) Q41 = mxt 1CPxt.T = 10089,12 x 1,1759 x 733 = 8696162,62 (kj/h)  Tính Q11: Ta cần xác định entanpi của dòng hơi nguyên liệu ở cửa vào của lò phản ứng thứ nhất. Số liệu entanpi của H2, CH4, C2H6, C3H8, C4H10, C5H12 tra ở sổ tay hoá lý. 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. 298 298 Cấu tử Đầu vào Đầu ra P 0,733 0,737 N 0,721 0,733 A 0,718 0,722 Để tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ta dùng công thức sau: qP = - 355.b Trong đó: b. hiệu suất tạo hydro tinh khiết theo khối lượng nguyên liệu ban đầu (% kl). NH2 = 5350,714 - 4216,135 = 1134,579 (kmol/h) GH2 = MH2 .1134,579 = 1134,579 x 2 = 2269,158 (kg/h) b = GH2100%/GC = 2269,158 x 100%/183823,529 = 1,23% Vậy qp = - 355 . b = - 355 x 1,23 = - 436,65 (KJ/kg) Nhiệt lượng do hỗm hợp nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào lò phản ứng thứ nhất. BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 13 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Q11 = Gc . qtr1 = 1908,71x 215594,945 = 411508227,5 (kj/h) Bảng 15: Entanpi của hỗn hợp hơi vào lò phản ứng thứ nhất. Cấu tử Mi ni y'i = ni/  ni Mi.y'i yi = Miy'/Miy'i Entanpi qt qtyi (KJ/kg) (KJ/h) H2 2 4216,135 0,6400 1,280 0,0319 7700 301,07 CH4 16 196,099 0,0298 0,477 0,0146 1618 23,62 C2H6 30 245,124 0,0371 1,113 0,0339 1434 48,76 C3H8 44 147,075 0,0223 0,981 0,0300 1405 42,15 C4H10 58 49,025 0,0074 0,432 0,0132 1400 18,48 C5H12 72 49,025 0,0074 0,536 0,0160 1392 22,27 A 102,78 214,180 0,0325 3,340 0,1020 1715 174,93 N 108,78 642,539 0,0975 10,606 0,3240 1704 552,10 P 110,78 829,735 0,1226 13,958 0,4260 170,3 725,48 6588,937 1,0000 32,723 1,0000 - 1908,71 Tổng -  Tính Q61. Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài. Q61 = 0,01 x(Q11 + Q 21) = 0,01x(9466676,786 + 411508227,5) = 4209749,04 (kj/h)  Tính Q51. Nhiệt lượng tiêu tốn do phản ứng reforming. Q51 = Gc.qP = 436,65 x 183823,529 = 80266543,94 (kj/h).  Tính Q31 . Nhiệt lượng do sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra. Q31 = Q11 + Q21 - Q41 - Q51 - Q61 Q31 = 411508227,5 + 9466676,786 - 8696162,62 - 80266543,94 - 4209749,04 = 335602448,4(kj/h) Q31 = 335602448,4 (kj/h); mà ta có Q31 = 215594,945 qtr1 qtr1 = 1556,634 (kj/h) BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 14 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR qtr1: hàm nhiệt của sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra. Bảng 16: Cân bằng nhiệt lượng của lò phản ứng thứ nhất . Dòng Nhiệt độ (oK) Lượng (Kg/h) Entanpi (KJ/kg) Nhiệt lượng(KJ/h) Dòng vào Q11 803 Q21 803 Tổng --- 215594,945 1908,710 411508227,5 9466676,8 --- --- 420974904,3 1556,634 335602448,4 Dòng ra Q31 733 215594,945 Q41 733 8696162,7 Q51 733 80266543,9 Q61 4209749,3 Tổng --- --- --- 420974904,3 4. Tính toán cho lò thứ 2 4.1. Tính toán cân bằng vật chất Bảng 17: Thành phần các cấu tử của lò phản ứng thứ hai. Cấu tử nc (kmol/h) y’C2i = nci/nc2i Cn H2n + 2 808,975 0,4797 Cn H2n 292,026 0,1732 Cn H2n - 6 585,453 0,3471 Tổng 1686,454 1,0000 Độ giảm áp suất giữa các lò phản ứng thường 0,15 0,35 (kg/cm2). Chọn độ giảm áp suất ở lò phản ứng thứ hai là 0,2 (kg/cm2). Khi đó áp suất chung của hỗn hợp khí nguyên liệu vào lò phản ứng thứ hai là: P2 = 3,5 - 0,2 = 3,3 (kg/cm2) = 3,3 x 98067 = 323621,1 (pa) BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 15 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Bảng 18: Thành phần áp suất. Cấu tử y'i = ni/ ni Pi = 323621,1. y'i (Pa) P 0,105 33980,22 N 0,037 11973,98 A 0,076 24595,20 H2 0,693 224269,42 P* 0,089 28802,28 Tổng 1,000 323621,10 Hằng số tốc độ phản ứng chuyển hoá naphten thành aromatic. Ta có nhiệt độ đầu vào của lò phản ứng thứ hai là T = 8030K T = 8030K 1000/ T = 1000/803 = 1,245 Tra đồ thị phụ lục [1] ta được K1 = 11. 10-7 (kmol/h.pa3.kg xúc tác). Phương trình tính hằng số cân bằng phản ứng: KP1 = 9,813 . 1012 . e46,15 - 25600/T = 9,813 . 1012 . e46,15 - 25600/803 = 14,866 . 1020 (pa3). Độ giảm tương đối hàm lượng naphten do phản ứng thơm hoá: dN12 dVR2 = K 1 . PN K1 . PA .PH3 = 0,01317 2 KP1 Mà VR2 = m2/NC Trong đó : mxt2 : lượng xúc tác vào lò phản ứng thứ hai; mxt2 = 15133,68 (kg) NC: Lượng nguyên liệu vào lò phản ứng thứ hai (kmol/h). VR2 = 15133,68/1686,454 = 8,974 (kg/kmol). Vậy N21 = 0,01317 x 8,974 = 0,1185 (kmol/h) Lượng naphten tham gia phản ứng (1) là: BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 16 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR nN12 = 0,1185 x 1686,454 = 199,845 (kmol/h) Hằng số tốc độ phản ứng chuyển hoá naphten thành parafin ở T = 803 0K Tra đồ thị phụ lục [2] ta đượcK2 = 100.10-15 (kmol/h.Pa2 kg xúc tác). KP2 = 98,1-1 . 10-3 . e(4450/T) - 7,12 = 98,1-1 . 10-3 . e(4450/803) dN22 = K 2 . PN dVR2 - 7,12 K 2 . PP KP2 = 0,0021.10-3 [pa-1]. = - 0,0017 Do KP2 << 1 nên hàm lượng naphten tăng do phản ứng nghịch xảy ra chiếm ưu thế. Suy ra NN22 = 0,0017 x VR2 = 0,0017 x 8,974 = 0,0153. Hàm lượng naphten tăng do phản ứng (2) là: nN22 = 0,0153 x1686,454 = 25,803. Bảng 19: Cân bằng hoá học của lò phản ứng thứ hai. Lượng chất tham gia phản ứng (kmol/h) 199,845 CnH2n 25,803 CnH2n+2 Lượng sản phẩm (kmol/h) 199,845 CnH2n - 6 + 199,845x 3H2 25,803 CnH2n + 25,803 H2 Bảng 20: Tính lượng chất ở dòng vào và dòng ra của lò phản ứng thứ hai. Cấu tử Lượng vào(kmol/h) Lượng ra (kmol/h) P 808,975 808,975 - 25,803 = 783,172 N 292,026 292,026 + 25,803 - 199,845 = 117,984 A 585,453 585,453 + 199,845 = 785,298 Tổng 1686,454 1686,454 BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 17 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Bảng 21: Tính lượng khí tuần hoàn. H2 5350,714 5350,714 + 199,845x3 + 25,803= 5976,052 CH4 196,099 196,099 C2H6 245,124 245,124 C3H8 147,075 147,075 C4H10 49,025 49,025 C5H12 49,025 49,025 Tổng 6037,062 6662,400 Bảng 22: Khí tuần hoàn ra khỏi lò phản ứng thứ hai. Cấu tử Mi ni (kmol/h) y'i = n'i/ni Miy'i H2 2 5976,052 0,8970 1,794 CH4 16 196,099 0,0294 0,470 C2H6 30 245,124 0,0368 1,104 C3H8 44 147,075 0,0220 0,968 C4H10 58 49,025 0,0074 0,429 C5H12 72 49,025 0,0074 0,533 Tổng - 6662,400 1,0000 5,299 Lượng khí tuần hoàn: (5976,052 + 686,348) x 5,299 = 35304,058 (kg/h) Lượng hydrocacbon trong khí tuần hoàn là: 215594,945 - 35304,058 = 180290,887 (kg/h) Vậy ta có phương trình sau; 785,298 x(14n - 6) + 117,984 x14n + 783,172 x(14n + 2) = 186746,753 suy ra n = 7,769 MA = 14n - 6 = 14x 7,769 - 6 = 102,766 MN = 14n = 14 x 7,769 = 108,766 BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 18 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR MP = 14n +2 = 14 x7,769+ 2 = 110,766 Bảng 23: Cân bằng vật chất của lò phản ứng thứ hai. Cấu tử ni (kmol/h) y’i Mi Gi = M i . n i Đầu vào P 808,975 0,105 110,784 89621,487 N 292,026 0,039 108,784 31767,756 A 585,453 0,076 102,784 60175,202 H2 5350,714 0,692 5,637 30161,976 P* 686,348 0,088 5,637 3868,944 Tổng 7723,516 1,000 - 215594,945 0,094 110,766 86748,30 Đầu ra P 783,172 N 117,984 0,014 108,766 12832,648 A 785,298 0,094 102,766 80701,934 H2 5976,052 0,716 5,299 31667,099 P* 686,348 0,082 5,299 3636,956 Tổng 8348,854 1,000 4.2. 215594,922 Tính toán cân bằng nhiệt lượng Ta có phương trình cân bằng nhiệt lượng: Q12 + Q22 = Q32 + Q42 + Q52 + Q62 Trong đó: Q12: Nhiệt lượng hỗn hợp khí nguyên liệu và khí tuần hoàn mang vào (kj/h) Q22: Nhiệt lượng do xúc tác mang vào lò phản ứng (kj/h) Q32: Nhiệt lượng do khí sản phẩm và khí tuần hoàn mang ra (kj/h). Q42: Nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng (kj/h); Q52: Nhiệt lượng tổn thất do phản ứng reforming (kj/h). Q62: Nhiệt lượng mất mát ra môi trường bên ngoài (kj/h).  Tính Q22: BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 19 Tính toán cân bằng vật chất và cân bằng nhiệt lượng của công nghệ CCR Nhiệt lượng Q22 do xúc tác mang vào lò phản ứng thứ hai chính là nhiệt lượng do xúc tác mang ra khỏi lò phản ứng thứ nhất. Q22 = Q41 = 8696162,62 (kj/h)  Tính Q42 Giả thiết nhiệt độ tại lò phản ứng thứ hai giảm điT = 600K Q42 = mXT2. CPxt .T Trong đó: mxt2 lượng xúc tác ra khỏi lò phản ứng thứ hai. CPxt: nhiệt dung riêng xúc tác ở T = 803 - 60 = 7430K CPxt = 22,08 + 8,91.10-3 x 743 - 5,225.105x(743)-2 = 27,80 (kcal/kmol.0K) CPxt = 27,80 x 4,186 /102 = 1,1409 (kcal/kg0K) Q42 = mxt2CPxt.T = 15133,68 x 1,1409 x 743 = 12828649,53 (kj/h)  Tính Q12: Ta cần xác định entanpi của dòng hơi nguyên liệu ở cửa vào lò phản ứng thứ hai. Bảng 24: Entanpi của hỗn hợp hơi vào lò phản ứng thứ hai . Cấu tử Mi ni y'i = ni/  ni Mi.y'i Entanpi yi = Miy'/Miy'i qt qtyi (KJ/kg) (KJ/h) H2 2 5350,714 0,6928 1,387 0,0497 7700 382,69 CH4 16 196,099 0,0254 0,406 0,0146 1618 23,62 C2H6 30 245,124 0,0317 0,951 0,0341 1434 48,90 C3H8 44 147,075 0,0190 0,836 0,0299 1405 42,01 C4H10 58 49,025 0,0063 0,359 0,0129 1400 18,06 C5H12 72 49,025 0,0063 0,454 0,0163 1392 22,69 A 102,784 585,453 0,0758 7,791 0,2793 1715 479,00 N 108,784 292,026 0,0378 4,112 0,1474 1704 251,17 P 110,784 808,975 0,1047 11,599 0,4158 1703 708,11 1,0000 27,894 1,0000 Tổng - 7723,516 1976,25 Để tính hiệu ứng nhiệt của các phản ứng ta dùng công thức sau: BTL Công nghệ Chế biến dầu Page 20
- Xem thêm -