Определение основных размеров реакторов р 2 – р 4.

V_ш – объем шара, эквивалентный объему частицы катализатора цилиндрической формы, м³ ;

V_куб – объем куба, описанного вокруг шара, м³

Цилиндрические частицы катализатора ПР – 71 имеют диаметр d = 0,003 м и высоту h = 0,005 м

 d2  * 0,003²

V_ш = ------ * h = ----------- * 0,005 = 3,5 * 10^-8 м³

4 4

Сторона куба,описанного вокруг шара,равна эквивалентному d_Э диаметру этого шара

₃ 6V_{ш 3} 6 * 3,5 * 10^-8

dэ =  -------- =  ----------------- = 4,06 * 10^-3 м

 π

При V_куб = d экв - величина порозности равна :

V_Ш

λ= --------------

V_КУБ

3,5 * 10^-8

 = ----------------- = 0,524

(4,06 * 10^-3)³

Скорость радиального фильтрования газовой смеси в наиболее узком сечении у сетки трубы:

 = V_сек /F_с , где

V_сек - объем газов, проходящих через свободное сечение реактора, м³/с

F_с - площадь сетки у трубы, м²

Величина V_сек находится по формуле :

22,4G * Т_ср * 0,1 * 10⁶ * z

V_сек = ----------------------------------- , где

3600 * М_ср * 273 * _ср

G – количество газовой смеси в реакторе, кг/ч

Диаметр реактора рассчитывается так, чтобы перепад давления _сл в слое катализатора не превышал допустимого значения [_сл]

Величина [_сл] определяется по формуле :

0,435 * 10⁶

[_сл] = 0, 5 * ---------------- , где

n_р

0,5 – доля гидравлического сопротивления слоя в общем гидравлическом сопротивлении реактора

0,435 * 10⁶ - гидравлическое сопротивление реакторов риформинга

n_р - число реакторов

0,435 * 10⁶

[_сл] = 0, 5 * ---------------- =72,5 * 10³ Па

3

Поверочный расчет _сл производится по формуле :

_сл 225 (1 - )^1,35 ²_см v_см

-------- = --------------------- * ---------- ( ------ )^0,35 , где

H ^0,29 d_э d_э

_сл

------- - потери напора на 1 м высоты слоя катализатора в реакторе, Па/м

H

 - породность слоя

 - скорость фильтрования, м/с

_см - плотность газов, кг/м3

v_см - кинематическая вязкость, м³/с

d_э - эквивалентный диаметр частиц катализатора,м

Породность слоя  определяется по формуле :

V_ш

 = --------

V_куб

Т_ср – средняя температура в реакторе, К

Z = 1 - коэффициент сжимаемости газа, значительно разбавленного газа водородом

М_ср - средняя, молекулярная масса газовой смеси

_ср - среднее давление в реакторе, Па

Расчет размеров реактора р-2

Средняя температура в реакторе :

Т_вх1 + Т_вх2 773 + 728

Т_ср = -------------- = -------------- = 75,05 К

2 2

Среднее давление :

₁ + ₁ - [_сл1] 3,04 * 10⁶ + 3,04 * 10⁶ – 72,5 * 10³

_ср1 = --------------------- = --------------------------------------------- = 3 * 10⁶ Па

2 2

22,4 * 119221 * 750,5 * 0,1 * 10⁶ * 1

V_сж = ----------------------------------------------- = 4,27 м³/сек

3600 * 15,93 * 273 * 3 * 10⁶

Площадь сетки у трубы :

F_с = D_cH_c , где D_c – диаметр сетки у трубы,м ; H_c - высота сетки, м;

Диаметр реактора Р-2 : D_р1 = 2,25 м ; D_с = 0,5 м

Высота сетки определяется по формуле :

H_c = H_сл1 – 0,4 , где H_сл1 – высота слоя катализатора , м

V_к1

H_сл1 = ------- , где F - площадь кольцевого сечения между стаканами , м²

F V_к1 - объем катализатора в Р-2, м³

[(D_р1 – 2 - 2*0,02)² – D²_c] [(2,25 – 2*0,04 – 2*0,02)² – 0,3²]

F = ----------------------------------- = ------------------------------------------- = 3,35 м²

4 4

11

H_сл1 = ------ = 3,28 м

3,35

H_c = 3,28 – 0,4 = 2,88 м

F_c =D_сH_c =  * 0,5 * 2,88 = 4,51 м²

4,27

 = ------- = 0,95 м/с

4,51

Плотность газовой смеси на выходе из реактора :

_см = _iy_i , где _i - плотность компонентов смеси, кг/м

y_I - содержание компонентов в мольных долях (таб.3.34)

Плотность компонентов газовой смеси при Т_ср = 750,5 К определяется по формуле :

M_i_ср1 * 273

_i = ---------------------------

22,4 * 0,1 * 10⁶ * Т_ср1

Таблица3.45

Компоненты	Содержание yi, мол.доли	Плотность, i кг/м3	i yI , кг/м3
CnH2n-6	0,0355	52,5	18,6
CnH2n	0,0051	55,4	0,28
CnH2n+2	0,0538	56,4	3,03
H2*	0,9056	2,86	2,58
CnH2n+2
Сумма	1,0000	-	см7,75

Кинематическая вязкость газовой смеси определяется по формуле Манна :

1

_см = ----------------------

y₁ y₂ y_n

----- ----- -----

V₁ V₂ V_n

Кинематическая вязкость компонентов ВСГ дана в таблице [3.46].

Таблица3.46

Компоненты	Содержание yi, мол.доли	 при Тср1 =750,5 К 10-6 м2/с	yi/i * 106
H2	0.7727	508.8	0.00152
CH4	0.0598	86.3	0.00069
C2H6	0.0432	43.7	0.00099
C3H8	0.0183	26.5	0.00099
C4H10	0.0099	19.2	0.00052
C5H12	0.0017	15.0	0.00011
CnH2n-6	0.0355	0.200	0.12241
CnH2n	0.0051	0.255	0.02000
CnH2n+2	0.0538	0.247	0.21781
Сумма	10000	-	0.36475

1

_см = ------------------ = 2,74 * 10^-6 м²/с

0,36475 * 10⁶

_сл1 255 (1-0,524)^1,35 0,95² * 7,75 2,74 * 10^-6

------- = ---------------------* ---------------*(-------------------)^0,35 = 15,38 * 10³Па

H₁ 0,524^0,29 4,06 * 10^-3 4,06 *10^-3*0,95

Толщина слоя катализатора в стакане равна :

D_p1–2  - 2*0,02 - D_c 2,25-2*0,04-2*0,02-0,5

H₁ = --------------------------- = ----------------------------- = 0,815 м

2 2

Потеря напора в слое катализатора :

_сл1 = 15,38 * 10³ * 0,815 = 12535 Па

Полученная величина _сл1 = 12535 Па не превышает [_сл1] = 72500 Па

Полная высота реактора равна :

H_п1=H_сл1+0,2+D_р1+0,225+D_р1+0,425=3,28+0,2+2,25+0,225+2,25+0,425=8,65 м

Диаметр штуцеров рассчитываем по формуле :

4Q

d_шт =  ------ , где  - линейная скорость, м²/с

3 Q - расход, м³/ч

При Р = 3,04 * 10⁶ Па

1 кмоль газа занимает объем : Р₁V₁ = Р₂V₂ V₂ =0,75 м³

Q_вх = 6938,71 * 0,75 = 5204 м³/ч

Скорость газа на входе в реактор принимаем = 10м/с

4 * 5204

d_{шт вх} = ----------------- = 0,44 м

3* 10 * 3690

На выходе :

Q_вых1 = 7482 * 0,75 = 5612 м³/ч

4 * 5612

d_{шт вых1} = ----------------- = 0,46 м

3* 10 * 3600

Принимаем диаметр штуцеров на входе и выходе из реактора Р-2 D = 0,5 м