Расчет аппаратов на установке каталитического крекинга

в ки­пящем слое катализатора

Процесс каталитического крекинга газойлевых фракций в кипящем слое катализатора осуществляется в следующих условиях.

Диаметр и высоту реактора установки каталитического крекин­га в кипящем слое катализатора определяют следующим образом.

1. Находят объем катализатора (υ_к.р, м³) в реакторе в насып­ном виде по формуле

2. Определяют объем кипящего слоя (υ_к.с, м³) по формуле

3. Подсчитывают площадь поперечного сечения (F, _м) по формуле

где V_п - объем паров продуктов крекинга и водяного пара, проходящих через реактор, м³/с; и - линейная скорость движения паров над кипящим слоем катализатора, м/с,

Диаметр находят по формуле (27).

4. Находят высоту кипящего слоя катализатора (h_к.с, м) по формуле

5. Определяют высоту реактора (Н, м) по формуле

где h_о.з - высота отстойной зоны; h_о.з ≈4,5-5 м,

6. Продолжительность пребывания частиц катализатора в ре­акторе (τ, мин) определяют по формуле

где п - кратность циркуляции катализатора; ω-объемная скорость подачи сырья, ч^-1.

Отпарную секцию, расположенную внутри реактора, рассчитывают в следующем порядке.

1. Определяют массу катализатора (G_к.о.с,кг), находящегося в отпарной секции, по формуле

где G_к.ц - масса циркулирующего катализатора, кг/ч; τ_о..с- продолжительность пребывания частиц катализатора в отпарной секции, мин.

2. Подсчитывают объем (υ _о.с, м³) отпарной секции по формуле

где n^/ - соотношение между плотностями кипящих слоев в реакторе и отпарной секции.

3. Находят площадь поперечного сечения (F,м²)

где g_о - удельная нагрузка отпарной секции по катализатору, кг/ (м²∙мин),

Затем определяют диаметр по формуле (27).

4. Определяют высоту (h_о..с, м) отпарной секции по формуле

Отпарную секцию, расположенную под реактором, рассчиты­вают следующим образом.

1. Определяют массу (G_{к.о. с}, кг) по формуле (87) и объем (υ_к.о.с, м³) катализатора, находящегося в отпарной секции, по формуле

2. Подсчитывают объем водяного пара (υ _в.п, м³/с), подаваемого в отпарную секцию, заранее приняв его массу.

3. Находят площадь поперечного сечения (F,м²) отпарной сек­ции по формуле

где и - линейная скорость движения водяного пара (в расчете на полное сече­ние отпарной секции), м/с.

Диаметр определяют по формуле (27).

4. Определяют высоту отпарной секции (h_{о. с}, м) по формуле

Геометрические размеры регенератора установки каталитичес­кого крекинга в кипящем слое катализатора определяют так же, как и реактора. Тепло дымовых газов регенерируют путем дожига СО в котле-утилизаторе. Последний состоит из двух вертикаль­ных камер; топочной (первичной) и вторичной. В топочной каме­ре сжигают дополнительное топливо, и тепло передается змеевику труб, по которым движется вода. Трубы расположены вертикально по периметру топочной камеры. Во вторичной камере по трубам движутся дымовые газы, а по межтрубному пространству - паро­водяная смесь. Топку котла-утилизатора для дожигания оксида углерода рассчитывают следующим образом.

1. Определяют количество тепла (Q₁, кДж/ч), которое выделя­ется при догорании оксида углерода в диоксид

где υ_д.г- объем дымовых газов, поступающих в котел-утилизатор, м³/с; υ_СО - содержание СО в дымовых газах, объемные доли; q-теплота сгорания 1 м³ СО в СО₂, равна 12030 кДж/м³.

2. Находят количество тепла (Q₂, кДж/ч), вносимого дымовы­ми газами в котел-утилизатор

где - С_д.г. удельная теплоемкость дымовых газов; для интервала температур 0- 800^о С С_д.г=1,34 кДж/(см³∙К); t_д.г - температура дымовых газов на входе в котел-утилизатор, °С.

3. Определяют общее количество тепла (Q), вносимого в топ­ку дымовыми газами из регенератора и выделяющегося при сжи­гании дополнительного топлива

где β - доля тепла, вносимого от сжигания дополнительного топлива.

4. Подсчитывают расход дополнительного топлива (G_т, кг/ч)

5. Определяют объем топки, (υ_т, м³)

где q₁-тепловая напряженность топочного пространства, равная 1257∙10³ -1676∙10³ кДж/(м³∙ч).

6. Находят объем дымовых газов (υ^/ _д.г, м³/ч), покидающих то пку

где υ₀ - теоретический расход воздуха, м³/кг; а - коэффициент избытка воздуха.

7. Подсчитывают полезную тепловую нагрузку (Q_з, кДж/ч) змеевика топки

где η_т - коэффициент полезного действия топки (~0,96 — 0,98); С_т, С_в и С_д.г - удельные теплоемкости соответственно топлива, воздуха и дымовых газов, кДж/(м³∙К); t_т - температура поступающего топлива, °С; t^/_д.г- температура ды-мовых газов на выходе из топки, °С,

8. Подсчитывают полезную тепловую нагрузку (Q_пол, кДж/ч) котла-утилизатора

где η_k - коэффициент полезного действия котла-утилизатора, учитывающий лишь потери тепла в окружающую среду (потери в окружающую среду 8-10%); t^″_д.г.температура дымовых газов на выходе из котла-утилизатора, °С.

9. Определяют количество тепла (Q₄, кДж/ч), воспринимаемо­го змеевиком вторичной камеры

10. Принимают высоту топки (H, м) и определяют ее сечение (F, м²) и диаметр по формуле (27)

11. Подсчитывают поверхность (F₁,м²) змеевика в топочной (первичной) камере

где q^/_T-тепловая напряженность труб в топке, кДж/(м²∙ч)„

12. Определяют поверхность (F₂, м²) змеевика во вторичной камере

где q ^″_T - тепловая напряженность труб во вторичной камере, кДж/(м²∙ч).

13. Находят необходимую суммарную площадь (f, м²) попе­речного сечения труб во вторичной камере, по которым движутся дымовые газы

где и - скорость дымовых газов, м/с.

14. Определяют во вторичной камере число труб по диаметру котла-утилизатора и общее их число

где п - число труб по диаметру котла-утилизатора; b- расстояние между осями труб, м; d - внутренний диаметр труб, м; N - общее число труб во вторичной камере котла-утилизатора.

15. По общему числу труб проверяют суммарное сечение (F_Т,м²) труб во вторичной камере

F_Т должно быть≥f. Если F_Т < f, то необходимо принять больший диаметр котла-утилизатора.

16. Находят количество генерируемого водяного пара (G_в.п, кг/ч)

где I₁ - энтальпия водяного пара на выходе из котла-утилизатора, кДж/кг; I₂ - энтальпия воды на входе в котел-утилизатор, кДж/кг.

17. Определяют сечение (F₁,м²) и диаметр (d^/, м) труб змеевика в топке, по которым движется вода

где G_в - количество воды, поступающей в змеевик, кг/ч; τ - доля воды, пре­вращающейся в водяной пар; ρ_в - плотность воды при 20 °С, кг/м⁸; и -скорость движения воды, м/с.

Если диаметр труб получается более 152 мм, то выбирают чис­ло потоков два и более.

Пример 1. На установке каталитического крекинга с кипящим слоем катализатора перерабатывают 67400 кг/ч широкой газойлевой фракции 320-500°С. Определить диаметр и высоту реакто­ра (без отпарной секции), если известно: объем паров, проходя­щих через реактор, V_п=10,8 м³/с; скорость паров над кипящим слоем катализатора и = 0,8 м/с; плотность сырья ω=0,870; объем­ная скорость подачи сырья ω=2,0 ч^-1; насыпная плотность ката­лизатора и плотность кипящего слоя соответственно ρ_нас =800 и ρ_к.с.=400 кг/м³; высота отстойной зоны принимается равной h_0.3 =4,5 м.

Решение. Определяют объем катализатора (в насыпном виде) в реакторе по уравнению (81)

Находят объем кипящего слоя катализатора по уравнению (82)

Подсчитывают площадь поперечного сечения по формуле (83) и диаметр реактора по формуле (27)

Определяют высоту кипящего слоя катализатора по уравне­нию (84)

Находят высоту реактора по уравнению (85)

Пример 2. Определить размеры отпарной секции, расположен­ной внутри реактора, на установке каталитического крекинга типа Ортофлоу В, если известно: масса циркулирующего катализато­ра G_к.ц=900000 кг/ч; продолжительность пребывания катализа­тора в отпарной секции τ=1 мин; плотность кипящего слоя ката­лизатора в реакторе ρ_к.с=500 кг/м³; соотношение между плотно­стями кипящего слоя в реакторе и отпарной секции n^/=1,2; удель­ная нагрузка отпарной секции по катализатору g_о=3000 кг/(мин∙м²).

Решение. Определяют массу катализатора, находящегося в от­парной секции, по уравнению (87)

Объемотпарной секции подсчитывают по уравнению (88):

Сечение отпарной секции находят по уравнению (89)

Диаметр отпарной секции

Высоту отпарной секции находят по уравнению (90)

Пример 3. Определить температуру в топке котла-утилизатора для дожига СО, если известно: в котел-утилизатор поступает V_д.г=21 м³/с дымовых газов с температурой 560°С; топливо и воздух поступают в топку с температурой 30 °С; сжиганием допол­нительного топлива вносится 25% от всего вводимого в топку тепла; коэффициент избытка воздуха α=1,4; содержание СО в дымовых газах, поступающих из регенератора, 4,1% объемн.; сум­марный теоретический расход воздуха L₀=16,3 м³/м³ топлива; до­полнительным топливом служит газ с теплотой сгорания Q^н_p=60362кДж/м³.

Решение. Определяют теплоту сгорания СО в СО₂ по уравне­нию (94). При превращении 1 м³ СО в СО₂ выделяется 12030 кДж

Количество тепла, вносимого дымовыми газами в котел-утилизатор, рассчитывают по уравнению (95)

где 1,34 - теплоемкость 1 м³ дымовых газов, кДж/(м³∙К).

Общее количество тепла, вносимого в топку, определяют по уравнению (96)

Определяют объем дополнительного топлива

Объем дымовых газов, покидающих топку, находят по формуле (99)

Принимают: коэффициент полезного действия топки равным 0,98; удельные теплоемкости топлива и воздуха 4,10 и 1,29кДж/(м³∙К).

Определяют температуру в топке, исходя из ее теплового ба­ланса