II. Tính toán cho từng lò phản ứng
II.1 Tính toán cho lò phản ứng thứ nhất
Với giả thiết là các phản ứng xảy ra trong lò phản ứng có tác dụng là làm no hoá các hydrocacbon vòng, vì rằng là phản ứng hydro hoá benzen tỏa nhiệt lớn hơn những phản ứng khác do đó ta phải thực hiện ở nhiệt độ thấp hơn để tránh xảy ra những phản ứng reforming. Thật vậy quá trình hai lò cho phép phản ứng xảy ra ở lò 1 gồm phản ứng (3) và (4). nhiệt độ xảy ra ở lò này là 230oC.
II.1.1. Tính cân bằng vật chất lò 1
Hằng số tốc độ của phản ứng chuyển hoá hydrocacbon thơm thành Naphten: k4 được
tra ở đồ thị (3.13).
Tv: Nhiệt độ trung bình ở trong lò phản ứng là 230oC. Tv = 503oK ⇒ 1000/Tv = 1,988.
Áp dụng phương trình Arrhenius về hằng số vận tốc:
- k: Là hằng số vận tốc phản ứng ở nhiệt độ T.
- kOư: Là hằng số.
- E: Là năng lượng hoạt hoá.
- C: Là hằng số. Theo đồ thị (3.13): 1000/Tv=1,3 tra được k= 2,55.10-7 1000/Tv=1,35 tra được k= 2,00.10-7 ⇒ k4 = 1,35.10-7, [kmol/h.Pa.kgxt¸c]. Tính hằng số cân bằng KP4. - Theo (14) ta có:
-Độ giảm tương đối hàm lượng các hydrocacbon thơm do phản ứng chuyển hoá aromatic thành naphten.
Độ giảm này là rất lớn điều đó chứng tỏ lượng hydrocacbon thơm chuyển hoá thành naphten là gần như hoàn toàn. Ta coi toàn bộ lượng hydrocacbon thơm đã chuyển hoá toàn bộ thành naphten.
Vậy lượng H2 phản ứng ở phản ứng (4) là: H2(4) = 3. nar = 3. 12,997 = 38,991 (kmol/h).
Lượng naphten tạo ra ở phản ứng (4) là: nN(4) = nar= 12,997 (kmol/h).
Hằng số tốc độ của phản ứng chuyển hoá Naphten thành Parafin.
Tv = 503oK ⇒ 1000/Tv = 1,988. Theo đồ thị (3.14) 1000/Tv=1,25 tra được k= 2,45.10-15 1000/Tv=1,3 tra được k= 1,45.10-15 ⇒ k3 = 0,975.10-15 , [kmol/h.Pa.kgxt¸c]. Hằng số cân bằng KP3. - Theo (13) ta có:
Điều đó chứng tỏ phản ứng thuận chuyển từ naphten sang parafin chiếm ưu thế hơn.
- Sự giảm hàm lượng naphten do phản ứng (3) là:
Mặt khác
∆nN(3) = -2,939.10-5.1,9996 = - 0,000058768 (kmol/h).
Lượng H2(3) tham gia phản ứng 3 chính bằng lượng naphten tham gia phản ứng: H2(3) = ∆nN(3).nc=0,000058768.680,494= 0,03999 (kmol/h).
Vậy sau phản ứng (3) thì hàm lượng naphten sẽ là:
nN(3) = (yN’ - ∆nN(3)).nc = (0,0505 - 0,000058768).680,494 = 34,325 (kmol/h).
Vậy hàm lượng naphten tổng cộng sau phản ứng (4) là:
nN tổng = nN(3) + ar = 34,325 + 12,997 = 47,332 (kmol/h). Vậy tổng lượng Parafin C6 là:
nP6=0,4126.680,494+0,000058768.680,494=280,8118 (kmol/h) Vậy ta có khối lượng phân tử trung bình của parafin là:
MP =
Mà MP = 14.n + 2 = 78,2 ⇒n = 5,4432.
Bảng 19. Cân bằng vật chất cho lò phản ứng 1 Cấ u tử ni (kmol/h) yi Mi Gi=Mi.ni (kg/h) Đầu vào A 12,997 0,0038 78 1013,766 N 34,365 0,0101 84 2886,66 P 633,132 0,1861 78,205 49528,165 H2 2721,976 0,8000 2 5443,952 3402,47 1,0000 58872,543 Đầu ra A 0,0000 - - 0,00 N 47,332 0,0141 84 3975,888 P5 352,3998 0,1048 72 25372,786 P6 280,8118 0,0835 86 24149,815 H2 2682,945 0,7976 2 5365,89 3363,4886 1,0000 58864,379