2.7 Расчет температуры подогрева сырья и температуры по зонам реакции

2.7.1 Расчет температуры в узле смешения

Чтобы рассчитать температуру в узле смешения, допускается, что в результате смешения сырья с регенерированным катализатором их температуры мгновенно выравниваются и сырье полностью переходит в паровую фазу

J_х = К_ц · c_кат · (t₁ - t_х) + J_с ,

где К - кратность циркуляции катализатора;

t_x- искомая температура, °С;

J_х - теплосодержание сырья в паровой фазе после установления температуры смешения t_x, кДж/кг.

При t_x = 577 °С

J_х = 4,6 · 1,15 · (670 - 577) + 1279,65 = 1718,72 кДж/кг

Из 22 следует,такому теплосодержанию паров сырья практически соответствует температура 577 °С [22].

2.7.2 Расчет средней температуры в зоне реакции

Эта задача решается путем усреднения температур в узле смешения и на выходе продуктов из зоны реакции

t_ср =(t_x + t₃) / 2

t_ср = (557 + 505) / 2 = 531 °С

T_cр = 804 К.

2.7.3 Расчет температуры сырья

Чтобы по найденной энтальпии определить температуру сырья, необходимо знать его фазовое состояние.

Интервал температуры, в котором сырье будет испаряться в нижней части реактора

Т = Т_р - Т_с

Величину интервала температуры Т можно определить из формулы

1 - е = 10⁴ · (140 · Т - 0,33 · Т ²),

где (1 - е) - массовая доля жидкого остатка при однократном испарении сырья.

Предполагается, что сырье подается в узел смешения в жидкой фазе, тогда доля отгона е=0 и из двух действительных корней квадратного уравнения относительно Т во внимание принимается наименьшее числовое значение, равное 91К.

При этом предельное значение температуры, при котором сырье находится практически в жидком состоянии, окажется равным

Т_пр.с. = Т_ср - 91 = 804 - 91 = 713 К = 440 °С.

Если температура сырья будет выше 713 К, то произойдет частичное его испарение. В соответствии с энтальпией сырья J_C = 1279 кДж/кг, температура сырья будет Тс = 370 °С.

2.8 Расчет гидродинамических процессов и размеров аппарата

2.8.1 Расчет скоростей потоков воздуха в регенераторе

Данный расчет заключается в определении начальной и предельной скоростей псевдоожижения кипящего слоя микросферического катализатора в регенераторе.

Известно что: насыпная плотность катализатора =910 кг/м³ , кажущаяся плотность катализатора =1350 кг/м³, диаметр катализатора d=70 мкм, температура регенерации 640 °С, избыточное давление в регенераторе под слоем катализатора P₁ = 0,1 МПа, над слоем Р₂=0,17МПа, плотность дымовых газов в нормальных условиях = 1,33 кг/нм³.

Начальная порозность слоя

,

где и ‒ насыпная и кажущаяся плотности катализатора, кг/м³.

ɛ = 1 - (910/1350) = 0,33.

Плотность дымовых газов при среднем абсолютном давлении в слое

где плотность дымовых газов при н.у.;

Р_ср – среднее абсолютное давление в слое, МПа;

t ‒ температура в регенераторе, °С.

Р_ср = (Р₁+ Р₂)/2

Р_ср = (0,2 + 0,17) / 2 = 0,185 МПа.

Начальная скорость псевдоожижения

,

где ‒ плотность псевдоожижающего агента, фильтрующегося через слой, (кг/м³);

– динамическая вязкость псевдоожижающего агента, фильтрующегося через слой, (кгс/м²);

d - средний (эффективный) диаметр частиц катализатора, м.

Вязкость дымовых газов при 640 °С μ = 3,8·10-6 кгс/м² [21].

Предельная скорость псевдоожижения

где с – коэффициент сопротивления, зависит от критерия Рейнольдса;

g ‒ ускорение силы тяжести ,м/с;

Если Re >500, то величина с постоянна и равна 0,44.

где Ar – критерий Архимеда, определяется по формуле

.

.

Отсюда с = 4 [24].

Для обеспечения стабильного режима ожижения площадь сечения регенератора в зоне кипящего слоя должна быть выбрана так, чтобы скорость газов в ней была не более 0,645 м/с.