Расчет реактора каталитического крекинга

 

где h – высота псевдоожиженного слоя,

h1 – высота переходной зоны от псевдоожиженного слоя до зоны (отпарки распределительного устройства),

h2 – высота зоны отпарки (конструктивно принимается равной 6 м),

h3 – высота сепарационной зоны,

h4 – часть высоты аппарата, занятая циклонами, зависит от размеров циклонов (конструктивно принимается равной 6 м),

h5 – высота верхнего полушарового днища, равная 0,5∙D.

Высота псевдоожиженного слоя в промышленных реакторах составляет 4,5 – 7,0 м. В данной работе высоту псевдоожиженного слоя рассчитать по формуле:

 

     (2.14)

 

где Vp – объем реакционного пространства, м3;

 

      (2.15)

 

где Gк.р. – количество катализатора в реакционном пространстве реактора, м3;

 – плотность псевдоожиженного слоя катализатора, обычно равная 450–500 кг/м3.

 

      (2.16)

 

где Gр. – загрузка реактора, кг/ч;

nс – массовая скорость подачи сырья, ч–1.

Массовая скорость подачи сырья изменяется в пределах от 1,1 д 2,6 ч–1.

Тогда

 кг;

м3;

м.

Высота переходной зоны h1:

 

     (2.17)

 

где – высота цилиндрической части переходной зоны, м;

– высота конической части переходной зоны, м.

Примем высоту переходной зоны равной h1=7 м. Величины и найдем после определения диаметра десорбера.

Площадь поперечного сечения десорбера:

 

    (2.18)

 

где Vд – объем паров, проходящих через свободное сечение десорбера, м3/ч;

ωд – линейная скорость паров в расчете на полное сечение десорбера, которая может находиться в пределах 0,3–0,9 м/с.

Наибольший объем паров будет в верхней части десорбера. Величина Vд рассчитывается по формуле:

 

    (2.19)

 

где – количество паровой смеси в десорбере, кмоль/ч;

рд – давление в реакторе в верхней части десорбера, Па.

Количество паровой смеси в десорбере равно:

 

    (2.20)

 

где Gпд – количество паров углеводородов, уносимых с катализатором в десордер, кмоль/ч;

Мпд – средняя молекулярная масса уносимых паров углеводородов.

Количество углеводородных паров, заключенных в объеме между частицами катализатора и адсорбированных на его поверхности:

 

    (2.21)

 

где y – доля углеводородных паров, переносимых с потоком катализатора, принять в пределах 0,001–0,0035.

Давление в верхней части десорбера равно:

 

    (2.22)

 

Тогда

 Па;

 кг;

 

 кмоль/ч.

 

Подставив в формулу для расчетов объема газов и паров все известные величины, получим:

 м3.

Примем линейную скорость паров в расчете на полное сечение десорбера равной ωд=0,6 м/с. Тогда

 м2.

Диаметр десорбера

 

     (2.23)

 

м.

Принимая, что угол образующей конуса с вертикалью составляет 45є, и зная диаметр реактора, геометрически легко найти высоту конического перехода =2,2 м. Получим:

 

м.

 

Высота сепарационной зоны из рассчитывается по формуле:

 

   (2.24)

 

где – скорость паров в свободном сечении реактора, м/с.

 м.

Тогда по формуле 2.13:

H = 3,3 + 7 + 6 + 2,85 + 6 + 4 = 29,15 м.

Высота цилиндрической части корпуса:

Hц = h + + h3 + h4     (2.25)

 

Hц = 3,3+4,8+2,85+6 = 16,95 м.

В промышленных реакторах отношение высоты цилиндрической части корпуса к диаметру Hц/ =1,4х4. Меньшие значения этого отношения характерны для мощных реакторов. Для нашего случая:

 

 

Полученное расчетом отношение Hц/ =2,2 находится в указанном промежутке.

 

Расчет циклонов реактора

 

Проведем поверочный расчет циклона предварительно выбранного типа. Целью расчета является определение числа циклонов, их гидравлического сопротивления и размеров.

Циклон типа НИИОГаз представлен на рисунке 5. Основные размеры циклонов НИИОГаз приведены в таблице 7.

 

Рисунок 5 – Циклон типа НИИОГаз

 

Таблица 5 – Основные размеры циклонов НИИОГаз (в долях D)

Величина	Тип циклона
	ЦН-21	ЦН-15	ЦН-11
Диаметр выходной трубы D1	0,6	0,6	0,6
Ширина входного патрубка b	0,26	0,26	0,26
Высота входного патрубка h1'	1,11	0,66	0,48
Высота входной трубы h2'	2,11	1,74	1,56
Высота цилиндрической части h3'	2,11	2,26	2,08
Высота конической части h4'	1,75	2,00	2,00
Общая высота циклона H	4,26	4,26	4,38
Меньшее основание конической части d	0,25	0,25	0,25
Коэффициент гидравлического сопротивления	60	105	180

 

Таблица 6 – Значения величин диаметров циклонов

ЦН-24	1500	1000	500
ЦН-15	800	600	400	200	100
ЦН-11	800	100

 

Выберем из таблицы циклон ЦН-21 диаметром 1500 мм. Рассчитаем условную скорость парогазовой смеси, отнесенную к полному поперечному сечению цилиндрической части корпуса циклона.

Условную скорость находят по формуле:

 

     (2.26)

 

где – коэффициент гидравлического сопротивления циклона,

 – сопротивление циклона,

 – плотность парогазовой  смеси.

Найдем количество и мольную долю сырья по формулам:

 

     (2.27)

     (2.28)

 

Таблица 7 – Исходные данные для определения плотности парогазовой смеси.

Потоки	Количество Gi, кг/ч	Молекулярная масса Mi	Количество	Мольная доля
Qг	28220	35	806,3	0,29
Qб	72420	100	724,2	0,26
Qл.г	28910	250	115,6	0,04
Qт.г	28910	200	144,6	0,05
Qц2	27880	350	79,7	0,03
Qп1+Qп2	16250	18	902,8	0,33
Сумма			2773,1	1

 

Плотность парогазовой смеси равна:

 

    (2.29)

где Мп – средняя молекулярная масса смеси углеводородного и водяного паров.

Среднюю молекулярную массу смеси углеводородного и водяного паров рассчитывают так:

 

     (2.30)

 

где Мi – средняя молекулярная масса компонента парогазовой смеси;

 – мольная доля  компонента парогазовой смеси.

Тогда

По известным объему парогазовой смеси над псевдоожиженным слоем и условной скорости определим требуемое суммарное сечение S циклонов. Делением величины S на поперечное сечение одного циклона определить число циклонов N. Число циклонов можно определить, определив сначала расход парогазовой смеси на выбранный циклон, а потом разделить общий расход на расход одного циклона.

Расход парогазовой смеси на один циклон при определенной условной скорости:

 

   (2.31)

 

где D – диаметр циклона.

 

   (2.32)

 

где V – объем парогазовой смеси.

Зададимся диаметром корпуса циклона, который равен 1500 мм, и числом циклонов равным 4, определим условную скорость в циклоне. При этом необходимо учитывать, чтобы скорость входа парогазовой смеси в циклон не превышала 18 м/с.

Рассчитаем площадь сечения двух циклонов, подставив значения в формулу 2.32:

 

,

.

 

Определим гидравлическое сопротивление циклона. Сопротивление циклона определяется из выражения:

 

     (2.34)

 

Гидравлическое сопротивление циклона не должно превышать 5150 Па. Если полученные величины скорости и гидравлического сопротивления не соответствуют нормам, то нужно подобрать другой тип циклона и изменить их количество.

Проверим полученные данные исходя из расчета скорости входа парогазовой смеси в циклон. Скорость не должна превышать 18 м/с.

Объем поступающего воздуха V1 для одного циклона равен:

 

м3/с (27)

 

м/c < 18 м/с.

Полученная скорость удовлетворяет условиям. Выбранные тип, размер и количество циклонов полностью удовлетворяют заданным значениям.

 

Расчет геометрических размеров распределительного устройства

 

Суммарное живое сечение распределителей подбирают, исходя из условия сохранения величины линейной скорости подводимого потока, обычно оно составляет 1–2,5% от сечения реактора.

Конструктивно распределитель может быть оформлен в виде горизонтальной решетки.

Площадь, занимаемая решеткой должна составлять 60–70% поперечного сечения реактора.

Диаметр решетки определим по формуле:

,

где S – площадь поперечного сечения реактора.

Площадь живого сечения распределителя:

 

 

Суммарное живое сечение распределительной решетки позволяет определить диаметр ствола, подводящего парокатализаторную смесь:

 

.

 

После определения диаметра ствола, уточнить диаметр отпарной части реактора. Учесть площадь поперечного сечения, занимаемого стволом.

Скорость паров в отверстиях решетки:

 

 

Гидравлическое сопротивление решеток рассчитать по формуле:

 

 

где – поправочные коэффициенты, находят по графику,

 – доля живого сечения  решетки.

Плотность паров определить по примеру, приведенному выше, учитывая, что через распределительную решетку проходит только сырье и водяной пар, подаваемый в транспортную линию. – толщина решетки; – диаметр отверстий в решетке.

 

Рисунок 6 – График зависимости поправочных коэффициентов от толщины решетки

 

Таблица 8 – Данные для определения плотности парогазовой смеси

Потоки	Количество	Молекулярная масса, Мi	Количество	Мольная доля
Сырье	170000	360	472,22	0,34
Водяной пар	16250	18	902,78	0,66
Сумма	186250	-	1375	1,00

 

Плотность парогазовой смеси равна:

 

    (2.29)

 

где Мп – средняя молекулярная масса смеси углеводородного и водяного паров.

Среднюю молекулярную массу смеси углеводородного и водяного паров рассчитывают так: