6.1.РАСЧЕТ ОСНОВНЫХ ХАРАКТАРИТИК АППАРАТА СО СТАЦИОНАРНЫМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА

Исходные данные:

Производительностью по мазуту 1млн. тонн в год

Степень деметаллизации 95%

Время пребывания в реакторе 10 мин.

Содержание металлов 30% от массы свежего катализатора

Содержание ванадия 350 [мг/кг]

Содержание никеля 134[мг/кг]

Физико-химические свойства мазута представлены в табл.№

Насыпная плотность ρ= 1200 [кг/м³]

Плотность апатита 3190[кг/м³]

Найдем общее содержание металлов (ванадия и никеля) извлекаемое из 1 млн. т перерабатываемого сырья:

Gме=350+134=484[мг/кг]=484*10³[кг ме/1млн т мазута]

Учитывая степень деметаллизации (95%)получим:

G`=0,95*484*10³=459,8*10³[кг удаленных ме на1млн т сырья]

Зная, что содержание металлов 30% от массы свежего катализатора найдем потребную массу катализатора :

30% ---------- 459800 кг

100%----------- m

m_k=459800*100/30=1533*10³[т в год]

запас катализатора +10%, т.е. 1686,3*10³ т в год

если учесть, что срок службы катализатора 6 месяцев, то масса катализатора: m_к=843,15*10³[т на 6мес.]

используя насыпную плотность 1200[кг/м³] найдем объем катализатора:

V=m/ρ=1533*10³/1200=1278[м³]

По найденному значениюVk вычисляют геометрические размеры реактора.

Принимают цилиндрическую форму реактора и соотношение высоты к диаметру равным 2:1 или H=2D . Тогда

Vр=πD²H=πD²2D=2πD³

Диаметр реактора равен D=[Vk/2π]⅓=[1278/2*3.14]⅓=5,9 [м]

Высота слоя катализатора H=2D=11,8[м]

Расчет толщины тепловой изоляции

В качестве материала тепловой изоляции в нефтехимической промышленности применяют базальтовое волокно, либо минеральную вату.

Выберем в качестве материала изоляции минеральную вату.

Коэффициент теплопроводности минеральной ваты марки 75

λ=16-47Вт/м К. Расчет тепловой изоляции проведем по методике, описанной в [стр. 177]

Толщину тепловой изоляции δ находят из условия равенства удельных тепловых потоков через слой изоляции от поверхности изоляции в окружающую среду. Проведем расчет, основываясь на величине теплопотерь в окружающую среду.

Qос=λ/ δ*(t1-t1) ,отсюда δ=λ(t1-t2)/Q

t1- 340 ⁰ -температура изоляции со стороны аппарата, равная максимальной температуре в аппарате, t2-температура со стороны окружающей среды, равная среднесуточной температуре в зимний период для данного региона. В нашем случае –8,6 С.

Примем λ=47 [Вт/мК]

Q пот= Gмаз*Ср*Δ t

Qпот=31,71*2,98*10=472,5[кДж/с]=Qос

δ=47[Вт/мК](340-(-8,6))/472,5*10³[Вт]=3,5*10^-2 м

При этом температура стенки аппарата при столь малой толщине изоляции будет практически равна t1, что противоречит санитарным нормам.

Из соотношения :

δ=λ(t1-t2)/(t2-tв)α

α=9,3+0,058t2=9.3+0.058*35=11.3 [Вт/м²К]

δ=47(340-35)/11,3(35-21,1)=0,099[м]=0,1[м]

Здесь α-коэффициент теплоотдачи поверхности изоляционного материала в окружающую среду, Вт/м ²К; tв-температура воздуха, С, равная среднесуточной температуре в самый жаркий месяц года tв=22,1 ⁰ С

6.2.Расчет реактора с дисперсным слоем катализатора

Частицы дисперсного катализатора имеют диаметр 10 мкм.

Гранулированная частица дисперсная частица

[V]-Объем гранулированной частицы [v]-дисперсной

[S]-Поверхность частицы [s]

[m1] – масса частицы [m2]

[R] радиус частицы [r]

[σ1]- удельная поверхность [σ2]

S=4πR³ s=4πŗ²

V=4/3 πR³ [v]=4/3πŗ³

[m1]=V*ρ =4/3πR³ρ [m2]=v*ρ=4/3πr³ρ

[σ1]=S/m1=3/Rρ [σ2]=s/m2=3/rρ [м²/кг]

[σ1/σ2]=r/R

Поверхность катализатора прямо пропорциональна его удельной поверхности. Таким образом, дисперсный катализатор будет на столько эффективней гранулированного, насколько больше его удельная поверхность.

Найдем поверхность гранулированного катализатора, умножив его массу на удельную поверхность:

Sкат=mкат*σ

S=4πR²

S=4*3.14*(0.005/2)²=7.85*10^-5 [м²]

σ1=3/(0.0005/2)3190=3,76 м²/кг

σ2=3/(1*10^-5/2)3190=188,1м²/кг

mдисп кат=Sкат/σдисп= [кг] на 1 кг сырья

запас катализатора 2,5% т.е.

m­_к==1571,3*10³т

тогда на 1 млн. тонн необходимо будет :

Массовый расход сырья G= 31,7 [кг/с]

Объемный расход мазута W=G/ρ=31.71[кг/с]/935[кг/м³]=0,034 [м³/с]

Время пребывания τ=10 мин=600 с

ρ=935 [кг/м³]

Wобщ=Wмазута+Wкат

Количество катализатора 5 мас% на сырье, т.е.

Расход катализатора будет равен W =1.586/3190=5*10^-4м³/с

Wобщ=0,035м³/с

объем реактора V=W*τ=0.035*600=21 м³

Найдем диаметр аппарата D=2,75м , а H=5,5м.