IV. Основные размеры реактора

Диаметр реактора рассчитываем так, чтоб перепад давления ∆πсл1 в слое катализатора не превышал допустимого значения [∆πсл.1].

На укрупненных установках применяются реакторы с радиальным вводом сырья.

Величину [∆πсл.1] примем по данным укрупненной установки

[∆πсл.1]=0,5*(0,158*10³/np)=26300 МПа

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

Для расчета [∆πсл.1] воспользуемся формулой:

[∆πсл.1]/Н1=255*(1-)^1.35/^*ω2*ρcм/dэ*(υсм/dэш)^0.35

[∆πсл.1]/Н1 – потери напора на 1 м высоты (толщины) слоя катализатора в реакторе, Па/м

λ – порозность слоя

ω – скорость фильтрования , м/с

ρсм – плотность газов, кг/м³

υсм – кинематическая вязкость, м²/с

dэ – эквивалентный диаметр частиц катализатора, м.

Порозность слоя катализатора при допущении упорядоченного расположения частиц катализатора равна:

λ=υш/υкуб

υш – объем шара, эквивалентный объему частицы катализатора цилиндрической формы, м³

υкуб – объем куба, описанного вокруг шара, м³.

Цилиндрические частицы алюмоплатинового катализатора имеют диаметр 2-3 мм и высоту 4-5 мм. Если принять диаметр цилиндра равным d=0.003 м и высоту H=0.005 м, то

νш=(π*d2/4)*H

Cторона куба, описанного вокруг шара, равна эквивалентному диаметру dэ этого шара:

dэ=(6*νш/π)⅓=4.06*10^-3 м

Порозность:

λ=35,35*10^-9/(4.06*10^-3)³=0,524

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

ω=Vсек/Fc

Vсек – объем газов, проходящих через свободное сечение реактора, м3/с

Fс – площадь сетки у трубы, м2

Vсек=22,4*G*Tср1*0,1*10^6*z/2000*Мср*273*∆πср1

G – количество газовой смеси в реакторе (табл. 12), кг/ч

Тср1 – средняя температура в реакторе, К

Z =1 – коэффициент сжиженности газа, значительного разбавленного водородом:

Мср – средняя молекулярная масса газовой смеси (табл. 16)

πср1 – среднее давление в реакторе, Па

Тср1=(Твх1+Твых1)/2=(803+724)/2=763,5 К

Среднее давление в реакторе:

πср1=(π1+ π1-[∆πсл.1])/2=2,16*10^6 Па

Vсек=(22,4*239500*763,5*0,1*10⁶)/2000*14.6*273*2.16*10^6=8.25 м/с

Площадь сетки у трубы: Fc=π*Dc*Hc

Dc – диаметр сетки у трубы, м

Нс – высота сетки, м

Принимаем диаметр реактора D=2,4 м

Диаметр сетки Dс=0,5 м

Высота сетки:

Нс=Нсл1-0,4

Нсл1 – высота слоя катализатора в реакторе, м

Высота слоя катализатора в стакане:

Нсл1=Vк1/F

F – площадь кольцевого сечения между стаканами, м²

F=π*((Dp1-2*-2*0.02)²-Dc^2)/4=3.88 м²

Нсл1=19,6/3,88=5,06 м

Нс=5,06-0,4=4,66 м

Fс=3,14*0,5*4,66=7,31 м

ω=8,25/7,31=1,13 м/с

Плотность газовой смеси на выходе из реактора:

ρсм=сумма (ρi*Yi)

ρi – плотность компонентов газовой смеси, кг/м³

yi – содержание компонентов в газовой смеси (табл. 12)

Плотность компонентов газовой смеси при средней температуре Тср=763 К в реакторе:

ρi=(Mi*πch1*273)/22.4*0.1*10⁶*Тср1

Мi – средние молекулярные массы компонентов (табл. 12)

Результаты расчета плотности даны в табл. 19

Компоненты	Содержание Yi мол доли	Плотность ρi, кг/м3	Ρi*Yi, кг/м3
СnH2n-6	0,0368	57,70	2,124
СnH2n	0,033	60,90	0,201
СnH2n+2	0,0376	62,00	2,332
H2+	0,9223	3,73	3,440
СnH2n+2
Сумма	1,0000	-	8,097

Кинематическую вязкость газовой смеси в нашем случае вычислим по формуле Манна:

νсм=1/(Y1/ ν1+ Y2/ ν2+ Y3/ ν3+…+ Yn/ νn)

Y1,Y2,Y3 – содержание компонентов в газовой смеси, покидающей реактор, мол доли

ν1, ν2, ν3 – кинематическая вязкость компонентов при средней температуре в реакторе

Кинематическая вязкость углеводородов CnH2n-6, CnH2n,CnH2n+2 при температуре Т=Тср1:

νТ=μт/ρТ

μт – динамическая вязкость , Па*с

ρТ- плотность углеводородов (табл. 19), кг/м³

Динамическая вязкость углеводородов:

μт= μ273*((273+с)/(Т+с)*(T/273)^1.5

μ273 - динамическая вязкость углеводорода при 273 К, Па*с

Т=Тср1 – температура в реакторе

С=1,22*Ткип

Ткип – температура кипения углеводорода

Кинематическая вязкость газовой смеси, согласно формуле Манна и данных табл. 20:

νсм=1/(0,29695*10⁶)=3,368*10^-6 м²/с

Подставив в формулу для расчета потери напора числовые значения величин, получим:

[∆πсл.1]/Н1=28800 Па/м

Компоненты	Мольная доля Yi (табл. 16)	Кинематическая вязкость при Тср=763 к, 10-6м2/с	Yi/γi*10-6
H2	0.7893	522.90	0.001510
CH4	0.0366	88.83	0.000411
C2H6	0.0499	45.32	0.000988
C3H8	0.0283	27.53	0..1025
C4H10	0.0113	19.73	0.000573
C5H12	0.0113	15.22	0.000743
CnH2n-6	0.0368	0.277	0.132800
CnH2n	0.0039	0.263	0.013300
CnH2n+2	0.0376	0.258	0.145600
Сумма	1.0000	-	0.29695

Толщина слоя катализатора в стакане:

Н1=(Dp1-2*δ-2*0.02-Dc)/2=(2.4-2*0.04-2*0.02-0.5)/2=0.89 м

Потеря напора в слое катализатора:

∆πсл.1=28800*0,89=25600 Па

Полученная числовая величина ∆πсл.1=25600 Па

не превышает [∆πсл.1]=26300 Па. При получении ∆πсл.1>[∆πсл.1] необходимо уменьшить толщину слоя катализатора, что достигается уменьшением диаметра реактора.

Полная высота аппарата равна:

Нп1=Нсл1+0,2+Dp1+0,225+Dp1+0,425=5,06+0,2+2,4+0,225+2,4+0,425=10,71 м