2.4.2. Определение скорости реакции

Для описания крекинга нефтяных фракций используют скорость процесса по определенному образующемуся веществу или по фракции (например, по бензину). Скорость реакции в виброреакторе вычисляется последовательно по ряду формул исходя из традиционного вида [11]:

(2.9)

Где C_сырья – количество одновременно находящегося сырья в реакторе, кг;

k – константа скорости образования данного вещества в виброреакторе, с^-1;

k₀ – предэкспоненциальный множитель;

Более детализированная формула, учитывающая влияние параметров вибрации [11]:

(2.10)

Где: k_в – параметры вибрации: частота (f), амплитуда (h) и др.

k_в = к * fⁿ * h^m и др (2.11)

к – константа вибрации;

n и m –показатели степени.

Каждый из параметров вибрации исследуется отдельно путем его варьирования при неизменности всех прочих условий. То есть используется принцип, заложенный в исследование влияния температуры и вычисления энергии активации. По результатам определяются зависимости типа (2.12).

Количество находящегося в реакторе сырья определяют по формуле [11]:

(2.12)

Где G_сырья – расход сырья, (кг/с);

 – время пребывания сырья в реакционной зоне, с.

Скорость реакции образования вещества или фракции можно определить экспериментально по формулам [11]:

(2.13)

(2.14)

Где m_В-ВА – масса вещества или фракции, образовавшаяся за время эксперимента, кг;

t – время эксперимента, с.

Таким образом, определив экспериментально скорость образования вещества или фракции в каждом эксперименте зная концентрацию сырья в реакторе можно определить константу скорости k_в образования этого продукта. (Здесь также используется заложенное ранее положение применения в расчетах k, а не k₀). Это позволит рассчитать время пребывания сырья в предполагаемом промышленном реакторе вытеснения при заданной или принятой степени превращения сырья в целевой продукт [17]. Величина  является основным параметром для оценки габаритов возможного реактора AnCVB и сравнения его с промышленными образцами [11].

Рассмотрим пример расчета:

Рассчитываем время пребывания сырья в реакционной зоне реактора АС (τ), рассчитывается по формуле:

τ = V_р.св./ (V_г*β) (2.15)

где V_р.св – объем реактора, м³;

V_г – расход реагентов в газовой фазе – м³/с;

β – коэффициент увеличения объема продуктов реакции. Для данного эксперимента (катализатор (тип Y), температура 550 ^оС, частота колебаний 5,0 Гц, объем реактор 38 см³) он составляет 1,1

V_р.св = 2,6*10^-5м³

V_г = 4,38*10^-5м³/с

τ = 2,6*10^-5_./ (4,38*10^-5*1,1) = 0,54 с

На этой базе рассчитывается для каждого опыта кинетические параметры реакции: скорость реакции (W), константа скорости реакции (k) и энергия активации (Е):

W = G*Х

где G – расход вакуумного газойля кг/(м³_р-ра*ч) = 4,3*10^-5

Х – степень превращения сырья, в светлые нефтепродукты = 20,37%

W = 4,3*10^-5*(20,37/100*88,32) = 7,7*10^-4 кг/(м³_р-ра*ч)

Константы скорости реакции (k) вычислялась по уравнению:

k_эф = W/ (С_0г*(1 – Х_б)) (2.16)

где: С_0г – концентрация вакуумного газойля, кг/м³

С_0г=(m_B.Г*τ)/V_р-ра

С_0г = (1,1/0,8832)*10^-5*0,54*(2,6*10^-5)=0,26 кг/м³

k_эф = 7,7*10^-4/ (0,26*(1 – 0,28)) = 4,09*10^-3 c^-1