Расчет реактора установки каталитического крекинга

 

Из теплового баланса найдем количество тепла Qс, которое должно прийти вместе с сырьем

Qс = 566117,45 – 484733,36 = 81384,09 кВт.

Энтальпию сырья найдем из соотношения

 

.         (7)

 кДж/кг.

В соответствии с энтальпией сырья при относительной определяем температуру сырья: Тс = 683 К [5]

2.5 Размеры реактора

Определяют размеры реактора: диаметр корпуса и десорбера, высоту аппарата. При этом высоту псевдоожиженного слоя находят делением объема реакционного пространства на площадь поперечного сечения реактора; высоту сепарационного пространства рассчитывают в зависимости от скорости паров, проходящих через свободное сечение реактора над кипящим слоем. Высоты остальных частей реактора (десорбера и др.) принимаются конструктивно в соответствии с практическими данными.

Площадь поперечного сечения реактора равна

 

,      (8)

 

где V – объем паров, проходящих через свободное сечение реактора, м3/ч;

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

 

Величину V можно определить по формуле

 

,    (9)

 

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

Тр – температура в реакторе, К;

р – давление в реакторе над псевдоожиженным слоем, принимаемое равным 0,2∙106 Па.

Рассчитаем величину

 

 кмоль/ч.

 

Тогда

 м3/ч.

Этот объем паров является наибольшим, так как суммарный объем всех получающихся продуктов крекинга больше объема сырья.

Для установок каталитического крекинга с псевдоожиженным слоем катализатора средняя скорость движения газов в свободном (над псевдоожиженным слоем) сечении реактора рекомендуется принимать равной от 0,5 м/с до 0,89 м/с. Примем = 0,5 м/с. Тогда площадь поперечного сечения реактора равна

 

 

Диаметр реактора:

,     (10)

 

м.

 

Диаметр зоны отпарки (десорбера) найдем после того, как будем знать давление у верхнего основания десорбера.

Эскиз реактора приведен на рисунке 4.

Полная высота реактора

 

H = h + h1 + h2 + h3 + h4 + h5,    (11)

 

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.

 

Рисунок 4 – Схема для расчета рабочей высоты реактора

 

Высота псевдоожиженного слоя рассчитывается по формуле

,         (12)

где Vp – объем реакционного пространства, м3;

 

  ,      (13)

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

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

 

          ,      (14)

где Gр. – загрузка реактора, кг/ч;

nс – массовая скорость подачи сырья, ч-1.

Массовая скорость подачи сырья изменяется в пределах от 1,1 до 2,6 ч-1. Примем nс=1,5 ч-1.

Тогда

 кг;

 

м3;

 

 м.

 

Высота переходной зоны h1 находится по формуле

 

        ,             (15)

 

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 находится по формуле

 

,     (16)

 

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

 

,    (17)

 

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

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

 

Количество паровой смеси в десорбере равно

 

,     (18)

 

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

 

,     (19)

 

где y – доля углеводородных паров, переносимых с потоком катализатора, принимаем y = 0,002.

 

Давление в верхней части десорбера находится по формуле

 

                                                                               (20)

 

Тогда

= 0,2×106 + (4,75 + 7) ×500×9,81= 0,26×106 Па;

 

 кг/ч;

 

 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 по формуле (8):

 

 м2.

 

Диаметр десорбера

 

                 ,     (21)

 

 м.

В соответствии ГОСТ 9617-67 принимаем мм. 

Принимая, что угол образующей конуса с вертикалью составляет 45º, и зная диаметр реактора, геометрически легко найти высоту конического перехода . Получим

м,

м.

 

Высота сепарационной зоны рассчитывается по формуле

 

                                    

,   (22)

 

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

 

 м.

 

Тогда

H = 4,75+ 7 + 6 + 3,5 + 6 + 4,6 = 31,53 м.

 

где                                         h5 = 0,5 · D = 0,5 · 9,2 = 4,6 м.

 

Высота цилиндрической части корпуса находится по формуле

 

Hц = h + + h3 + h4,        (23)

 

Hц = 4,75 + 4,02 + 3,5 + 6= 18,27 м.

 

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

 

 

Полученное расчетом отношение Hц/ = 1,98 находится в указанном промежутке.

 

3 Расчет центробежного пылеосадителя (циклона)

  Целью расчета является определение числа циклонов, их гидравлического сопротивления и размеров.

Применяемый на установках каталитического крекинга в псевдоожиженном слое микросферический катализатор имеет следующий гранулометрический состав:

Величина частиц, мкм	Количество, %
< 40	10 – 15
40 – 80	75 – 65
> 80	15 – 20

 

Частицы до 20 мкм уносятся парогазовым потоком и должны быть уловлены в циклонах.

Циклон типа НИИОГаз представлен на рисунке 4. Основные размеры циклонов НИИОГаз приведены в таблице 4.

Рисунок 4 – Циклон типа НИИОГаз

 

 

 

 

Таблица 4 – Основные размеры циклонов НИИОГаз (в долях D)

Величина	Тип циклона
	ЦН-24	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

 

Выбираем тип циклона ЦН-24, так как этот тип циклона обеспечивает повышенную производительность при наименьшем гидравлическом сопротивлении.

 

Таблица 5 - Диаметры циклонов

      имеют следующую  величину (в мм):

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

 

Предварительно задаемся диаметром циклона D = 1500 мм. В дальнейшем диаметр может поменяться, так как диаметр циклона зависит от условной скорости газа, отнесенной к полному поперечному сечению цилиндрической части циклона.

 

Таблица 6 – Данные для определения  плотности парогазовой смеси

 

Потоки	Количество Gi, кг/ч	Молекулярная масса Mi	Количество	Мольная доля
Qг	43680	35	1213,2	0,33
Qб	119340	350	554	0,15
Qл.г	35620	200	1248	0,34
Qт.г	35620	250	142,48	0,039
Qц2	55400	100	178,1	0,048
Qп1+Qп2	21838	18	340,97	0,092
Сумма

 

 

Плотность парогазовой смеси равна:

 

,

 

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

 

 

Среднюю молекулярную массу смеси углеводородного и водяного паров рассчитывают так:

,

 

где Мi – средняя молекулярная масса компонента парогазовой смеси;

      - мольная доля компонента парогазовой смеси.

 

 

 

По известному объёму V  парогазовой смеси над псевдоожиженным слоем и условной скорости определим требуемое сечение циклона:

                                        

,                                           (24)

где V – объём парогазовой смеси над псевдоожиженным слоем,

N – количество батарейных циклонов.