Технологический расчет реактора

Материальный баланс реактора

В выносной реакционной камере достигается углубление реакции. Скорость движения паров(потока) в камере 0,1 м/с [92]. Расчет камеры сводится к определению диаметра и высоты.

Материальный баланс реактора представлен в таблице 6.6.

Таблица 6.6 - Материальный баланс реакционной камеры

Расчет реактора

Для расчета диаметра камеры надо знать снижение температуры по высоте камеры и объем паровой и жидкой фазы в камере. Высоту определяют по продолжительности пребывания в ней реакционной массы.

Температура продуктов крекинга на входе в камеру составляет 450 °C, давление в камере 2 МПа. В реакционную камеру поступает газа G_r= 2573,55 кг/час, бензина G₆ = 13103,05 кг/час, легкого газойля Qi.r.⁼ 1853,0 кг/час, остатка G_r= 129530,45 кг/час.

Критические параметры и молекулярные массы крекинга находим по графикам [89, с. 12, 13]:

продуктов

газа: Т_кр = 370 К

М = 44

М= 103

М= 190

Р_кр=4,3 МПа Р_кр= 3,04 МПа Р_кр= 1,8 МПа

бензина: Т_кр=558К

легкого газойля Т_кр = 668 К

За счет углубления процесса в реакционной камере увеличился выход газа, бензина (фр. 30-180 °C) и легкого газойля (фр. 180-300 °C).

A G_r = 4735,3 - 2573,55 = 2161,75 кг/ч

Д G₆ = 13426,6 - 13103,05 = 323,55 кг/ч

Д С_{л г}. =9706,0 - 1852,95 = 7853,05 кг/ч

Соответственно выход крекинг остатка (фр. выше 300 °C) снизился.

Определим температуру на выходе из камеры, по уравнению теплового баланса, приняв удельную теплоемкость продуктов и сырья С = 2,51 кДж/кг-град. [93, стр. 13]

G_c C ti = G_c C t₂ + G₆^p q_p [93, стр.13] (6.71)

где G_c - масса сырья (в левой части уравнения) и продуктов реакции (в правой части уравнения),

G₆ - прирост выхода бензина в камере,

q_p - тепловой эффект реакции (находим по таблице [93, с.11]) q_p = 1257 кДж/кг бензина

147060-2,51 (450 -t₂) = 323,55-1257

Откуда t₂ = 448,9 °C.

Реакционная масса из печи в реактор поступает в парожидкостном состоянии. Определим объем паров и жидкости на входе в реактор.

Поскольку давление в реакторе больше 0,4 МПа (2 МПа) при определении объема паров следует учитывать коэффициент сжимаемости (Z).

Можно допустить, что все продукты, выкипающие до 300 °C находятся в паровой фазе.

Коэффициент сжимаемости находят по приведенным параметрам, которые определяют через критические.

Критические параметры и молекулярные массы продуктов находим по графикам [89, с. 12,13]:

- газа:

^ 450 + 273

• 1кр _Ткр ™ р =±-^кр Ркр
• 370
• — =0,46
• 4,3

По полученным приведенным параметрам по графику [89, с. 16] определяем коэффициенты сжимаемости.

Z_r= 1; Z₆ = 0,94; Z_n._r. = 0,58

Секундный объем паров определяем по формуле:

7 = S^.22,4-^-^-^

Mi

273 р 3600

где Gi - количество продукта, кг/ч;

Zj - коэффициент сжимаемости;

Mj - молекулярная масса, г/моль t - температура, °C р - давление, МПа.

Определяем объем паров на входе в камеру (Vj):

₌ ^573.55 1

• 1 X 44
• 13103 Д-Р,,94
• 103
• 1В52 ,55-0 5S „ . 450 + 273
• -------------I • 22,4 ?---------
• 190 / 273
• 0,1
• 2
• 1
• 3600

= 0,15 м³/с

Определяем объем паров на выходе из камеры (V₂):

,_тТГ /4735,3-1 . 13426,6-0.94 . 9706 0,58^ „„ , 44S.9+273 0,1 1 _{rt а} ,

• 74 = -----4--------+------I • 22,4--------= 0,21 м/с
• 2 X 44 103 190 / 273 2 3600 ⁷

Средний секундный объем паров:

7" 4 V? 0,15 4 0,21

= 0,18

И¹ = —--— =------—

⁴⁵ 2 2

Так как поток проходит камеру снизу вверх она заполняется и жидкостью и паром. Определим секундный объем жидкости на входе и выходе реактора.

Плотность крекинг-остатка р₄²⁰ = 0,970.

При 450 °C плотность определяется по формуле: р₄’= р₄²⁰ - a (t - 20)

[89, с.7]

коэффициент а находят по таблице, в зависимости от плотности р₄²⁰ [89, с.227].

р₄⁴⁵⁰ = р₄²⁰ - 0,000541 (450 - 20) = 0,970-0,233 = 0,737

Объем крекинг-остатка при температуре входа в реактор У]^Ж и выхода У₂^Ж:

129530,45

= 0,05 м³/с

^{V1 450 =} 737-3600

• 119192,1
• -= 0,04 м³/с

У₂^Ж449 =-----------

737 • 3600

Суммарный средний секундный объем продуктов в реакторе:

У_смеси = V_cpⁿ + У_ср^ж = 0,18+0,045 = 0,225 м³/с

Определяем диаметр аппарата:

^D=^’ [89, С.51]

где У_с - суммарный секундный объем потока, м³/с

и - линейная скорость движения потока м/с

D = = 1,69 м-1,7 м.

л/ 0,1-3,14 ’ ’

Для определения высоты аппарата необходимо определить скорость крекинга и время пребывания паровой фазы в реакторе. Скорость крекинга рассчитывается по скорости газобензообразования.

При средней температуре в камере t_cp = 449,5 °C.

Скорость газобензинообразования для тяжелого сырья принимается 0,4 % в минуту (хО [89, с. 126] при температуре 440 °C (ti, °C).

При другой температуре (t₂, °C), эта скорость определяется по формуле

о tl - t₂

х₂ = х,-2------

а

где а - температурный градиент в интервале температур ti - t₂ [89, с. 123]

х₂ = 0,4-2 = 0,656 % мин.

В реакторе дополнительно образовалось 2485,2 кг/ч газа и бензина, что составляет в расчете на исходное сырье:

323,55 + 2161,75

АХ_г+€ = _12Г7ПАП-- 100 = 1,69%-1,7%

147060

Продолжительность пребывания паровой фазы в реакторе:

ах₁₄₆ 1Д

т =---— = —— = 2,59 мин. = 155 с

Х₂ 0,656

Тогда высота аппарата:

Н = и-т = 0,1*155=15,5м

где и - линейная скорость движения паров