4.3 Расчёт потери напора в слое катализатора
Потеря напора в слое катализатора вычисляется по формуле:
(54)
где
- порозность слоя;
и - линейная скорость движения потока, фильтрующегося через слой катализатора, м/с;
- динамическая
вязкость, Па·с;
- средний
диаметр частиц, м;
- плотность
газа, кг/м3;
- ускорение
свободного падения, м/с2.
Порозность слоя вычисляется следующим образом:
(55)
где
- насыпная
плотность катализатора;
- кажущаяся
плотность катализатора.
Для катализатора: «Хальдор Топсе»: ТК-527
= 550 кг/м3;
=1110 кг/м3;
d = 2,5 мм
= 1 - 550 / 1110 = 0,504
Линейная скорость может быть вычислена по формуле:
(56)
u = 4 · 0,89 / ( · 3,12) = 0,118 м/с
Динамическая вязкость смеси определяется по её средней молекулярной массе:
(57)
По уравнению Фроста находим динамическую вязкость:
(58)
Плотность реакционной смеси в условиях процесса равна:
(59)
Таким образом,
∆Р = 262 · 4,866 = 1624,3кг/м2 = 0,0118 МПа,
Так как потеря напора в слое катализатора не превышает предельно допустимых значений 0,2 - 0,3 МПа, то к проектированию принимаем ранее рассчитанные размеры реактора.
4.4 Регенерация катализатора гидроочистки
Исходные данные:
1 Количество отложений на катализаторе 8,5 % (масс.). Состав отложений, %(масс.): С - 81; S - 10, Н2 - 9; отложения сгорают полностью с образованием СO2, SO2 и Н2О соответственно [30];
2 Предельно допустимая температура разогрева катализатора при регенерации составляет 550 °С;
3 Остаточное содержание кислорода в газе регенерации после реакторов 0,5% (масс.).
Необходимо определить расход и состав газа регенерации для полного удаления отложений без перегрева катализатора, а также продолжительность регенерации.
Количество кислорода, теоретически необходимое для полного сжигания 1 кг отложений, равно:
до С02: 0,81 * 32/12 =2,16 кг;
до SО2: 0,10 * 32/32 = 0,10 кг;
до Н2О: 0,09 * 16/2 = 0,72 кг.
Итого теоретическая потребность кислорода составляет 2,98 кг на 1 кг отложений.
Количество газа регенерации для выжига 1 кг отложений:
,
(60)
где
- массовая доля кислорода в исходном
газе регенерации;
0,005 - то же, в газе после регенерации.
Искомые
значения
и
находят из теплового баланса регенерации:
Если пренебречь потерями тепла в окружающую среду, тепловой баланс регенерации 1 кг отложений запишется в следующем виде:
,
(61)
где
,
- температуры газа на входе и выходе из
реактора, °С;
- средняя теплоемкость
газа регенерации, кДж/(кг∙К) (принимается
равной теплоемкости
азота 1,025 кДж/(кг∙К));
- массы
газа на входе и выходе из реактора, кг
(
= 1 так как
тепловой баланс составляется на 1 кг
отложений);
- тепловой эффект
реакции сгорания отложений, кДж/кг.
В
уравнении теплового баланса величиной
можно пренебречь, так как эта
величина обычно на два порядка меньше
тогда
можно записать:
.
(62)
Величину вычисляют по формуле Менделеева:
= 4,19 ∙ (81 ∙ C + 246 ∙ H + 26 ∙ (S – O)) (63)
= 4,19 ∙ (81 ∙ 81 + 246 ∙ 9 + 26 ∙ 10) = 37856,65 кДж/кг.
Принимаем максимально допустимую температуру на выходе из регенератора t = 390 °С, на входе в реактор t0 = 350 °С (по практическим данным при меньших температурах резко снижается скорость горения и увеличивается продолжительность регенерации [4, с. 159]).
(64)
Концентрация кислорода в инертном газе равна:
Таким образом, концентрация кислорода в инертном газе должна быть около 1 % (масс.); остальные компоненты: N2 ≈ 82 - 86 % (масс.), СО2 ≈ 7 - 10 % (масс.), SO2 ≈ 2 - 4 % (масс.).
Общий
объём газа, подаваемого на регенерацию,
приведённый к нормальным
условиям
,
вычисляют по (65):
,
(65)
где
,
- объём катализатора в реакторе (м3)
и его насыпная плотность (кг/м3);
0,085 - количество отложений в долях от массы катализатора;
расход газов
регенерации, кг/кг;
молекулярная масса
газов регенерации.
Таким образом:
м3.
Газ на регенерацию подается в реактор циркуляционными компрессорами процесса гидроочистки. Требуемая мощность циркуляционных компрессоров составляет:
,
(66)
где
кратность циркуляции водородсодержащего
газа, нм3/м3;
плотность сырья, кг/м3.
м3/ч.
Если кинетические факторы не лимитируют процесс регенерации, минимальная продолжительность регенерации составит:
τ = Vг.р. / Nц (67)
.