Расчёт реакторного блока проводится для параметров:
ü температура ввода сырья 445°С,
ü температура вывода продуктов 400°С,
ü давление в реакторе 3.5 МПа.
Объём паров смеси сырья и циркулирующего газа, проходящих через сечение реактора определяем:
см. = V c + V всг
где V c - сырья, м3/с;
V всг - объём циркулирующего водородсодержащего газа, м/с;
22,4 • (t + 273) • Р0 • Z c = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ Σ(G i / М i)
273 • П • 3600
где t - средняя температура в реакторе (в данном случае 442,5°);
Р0 - атмосферное давление, равное 0,1 МПа;
П - рабочее давление в аппарате (3,5МПа);- коэффициент сжимаемости;
G i - расход i- го компонента, кг/час
М i - молекулярная масса i- го компонента
Аналогичное выражение для ВСГ имеет вид:
22,4 • (t + 273) • Р0 • Z G j
V всг = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾ • S
273 • П • 3600 М j
Коэффициент сжимаемости для сырья рассчитываем через приведенные параметры процесса (Т пр, Р пр).
Тпр = Т/Ткр Рпр =Р/Ркр,
где Ткр и Ркр - критическая температура сырья, рассчитанная по правилу аддитивности через критические параметры индивидуальных компонентов, значения которых приведены в литературе (Н.В.Бусыгина, И.Г.Бусыгин. Технология переработки природного газа и газового конденсата. Оренбург: ИПК «Газпромпечать», 2002. с.403).
Z = 0,990 + (Рпр -0,0681) / (-26,481 Тпр2 + 49,11 Тпр - 25,17) =0,9325
Для ВСГ коэффициент сжимаемости газов может быть принят равным 1, так как водород относится к несжимаемым в этих условиях газам.
Рассчитываем площадь поперечного сечения реактора (м2):
V см.
S = ¾¾¾,
U
где U - линейная скорость движения сырья и ВСГ, м/с;
из практических данных принимаем U = 2 м/с.
Рассчитываем объём катализатора (м3) в реакторе:
V см.
V к = ¾¾¾,
W • rс
где W - объёмная скорость подачи сырья, ч-1; W = 1,8 ч-1; rс - плотность сырья.
Расчеты сводим в таблицу:
| компоненты | Мi | Gi | VC | VВСГ | VСМ | S | VK |
| С4Н10 | 0,0092087 | ||||||
| i-C5H12 | 0,0095375 | ||||||
| н-C5H12 | 0,1226255 | ||||||
| i-C6H14 | 0,0013942 | ||||||
| н-C6H14 | 0,0050698 | ||||||
| С7+ | 0,0029430 | ||||||
| сумма | 0,1507786 | 1,3757 | 1,5265 | 0,7632 | 1,3540 |
Диаметр реактора (м) рассчитываем по формуле:
D = (4 S/ p)0,5, D = 0,986 м
Общую высоту слоя (м) реактора во всех реакторах определяем по формуле:
V к
h к = ¾¾¾, h к = 1,774 м
S
Принимаем число реакторов n = 3, тогда высоту слоя (м) катализатора в каждом реакторе рассчитываем:
h к
h 1 = ¾¾¾, h 1 = 0,591 м
n
Высоту цилиндрической части (м) реактора рассчитываем:
2 = h 1•3/2, h 2 = 0,887 м
Высота реактора (м) связана с диаметром и определяем:
Н = h 2 + D = 1,873 м
Гидравлический расчёт реактора.
Определяем фактор формы шара, равновеликого по объему грануле катализатора:
p • d т • h т + 2 • p • d т2/4
jср = ¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾¾
p • d т2
где dт=2,8+0,2-диаметр таблетки катализатора, ммт=5+2 -высота таблетки катализатора, мм
jср = 2,2857
| Определяем объем таблетки катализатора,мм3 | V=(пdт2hт)/4= | 30,772 |
| Определяем диаметр равновеликого по объему шара, мм: | dр.ш.=(V/п)1/3= | 2,139975 |
| Определяем эквивалентный диаметр гранулы катализатора: dэ=dр.ш./ ср= | 0,936239 |
Определяем средне-эквивалентный объем смеси,м3/с, согласно формуле:
| VВХ,ВЫХ= | 22,4*(t+273)*0,1*Z*Gi | ||||||
| 3*П*Mi | |||||||
| VВХ= | 1,37 | VВЫХ= | 1,30 | VСР= | 1,335 |
Определяем скорость смеси (м/с) на входе и выходе из слоя катализатора и их среднюю
| wвх.=VВХ/п*R= | 0,1863383 | ||||||
| wвых=VВЫХ/п*R= | 0,1768174 | ||||||
| wср=(wвх+wвых)/2= | 0,1815778 | ||||||
| Определяем динамическую вязкость смеси (Па*с): | |||||||
| M= | 68,8666667= | 1,769E-05 | m =Т(6,6-2,25*lg*M)*10-8 = | ||||
| где Т-температура ввода сырья, К, М - средняя молекулярная масса углеводородов сырья и продуктов. | |||||||
| Определяем линейную скорость потока: u=(4*VСР)/(п*D2)=0,7754м/с | |||||||
изомеризация углеводород каталитический реактор
Перепад давления в слое катализатора рассчитываем по формуле Эргуна:
DР (1 - e)2 •0,1 U •m 1,75 • (1 - х) •r • U 2
¾¾¾ = 150• ¾¾¾¾¾¾¾¾ + ¾¾¾¾¾¾¾¾¾
h 1 e 3 • d 2 e 2 • d • g
| DР- | перепад давления в слое катализатора, Па | ||||||
| h1- | высота слоя катализатора, м | ||||||
| d- | средний диаметр частиц, м | ||||||
| u- | линейная скорость потока, м/с | ||||||
| p- | плотность потока при рабочих условиях, кг/м3 | ||||||
| динамическая вязкость парогазовой смеси, Па*с | |||||||
| g- | ускорение свободного падения, м/с2 | ||||||
| порозность слоя катализатора: e = 1 - gн/gк где gн - насыпная плотность катализатора, кг/м3; gк - кажущаяся плотность катализатора, кг/м3. | |||||||
| DР /h1= | 0,00019777 | DР = | 0,001077048 | ||||
Литература
1. Адельсон С.В., Вишнякова Т.П., Паушкин Я.М. Технология нефтехимического синтеза. М.: Химия, 1985.
2. Кузнецов А.А., Кагерманов С.М., Судаков Е.Н. Расчеты процессов и аппаратов нефтеперерабатывающей промышленности. Л.: Химия, 1974.
. Николаев В.В., Бусыгин И.Г., Бусыгина Н.В., Паламарчук В.С., Туманян Б.П. Основные процессы химической переработки газа. М.: Недра, 1996.
. Сарданашвили А.Г., Львова А.И. Примеры и задачи по технологии переработки нефти и газа. М.: Химия, 1973.