Конструктивные расчеты

1. Площадь поперечного сечения реакционной зоны S_a рассчитывают из значений средней скорости прохождения газовой смеси через слой и ее расхода V_г, определенного из материального баланса по заданной производительности реактора:

, (12.112)

2. Диаметр аппарата цилиндрической формы:

, (12.113)

3. Высота неподвижного слоя катализатора:

, (12.114)

4. Высота реакционной зоны рассчитывается по уравнению:

, (12.115)

где - средняя порозность кипящего слоя, определяемая по формуле:

Для аппаратов промышленного типа (размеров) средную порозность кипящего слоя целесообразно определять из соотношения:

5. Межполочное расстояние для многосекционных реакторов должны исключить перенос частиц с нижних слоев на вышележащие. При высоте слоя катализатора 1 м при размере частиц 0.75 до 2.5 мм используется уравнение:

, (12.116)

при 15 < Re < 300 и 1.95^.10⁴ < Ar < 6.5^.10⁵.

6. Полная высота реактора складывается из высоты газоподводящей части, суммарной высоты катализатора и подслоевых областей .

Из соображения удобства монтажа, эксплуатации, проведения ремонтных работ, в ряде случаев отдельные составляющие суммарной высоты аппарата (за исключением ) могут быть изменены в сторону увеличения.

7. Потери напора газовой смеси при прохождении через реактор складываются из сопротивлений взвешенного слоя, газораспределительной решетки и газоподводящего узла.

8. Сопротивление взвешенного слоя рассчитывают по формулам:

, (12.117)

где - плотность твердых частиц; g - ускорение свободного падения; - средняя порозность слоя в рабочем состоянии; H - высота взвешенного слоя.

Можно принять для технических рассчетов:

,

где - насыпная плотность взвешенного материала, - высота неподвижного слоя.

Тогда

, (12.118)

9. Гидравлическое сопротивление газораспределительной решетки, при котором исключается образование застойных зон, ориентировочно может быть рассчитано по уравнению:

, (12.119)

а) при d = 0.75 мм и 0.35 м/с

а) при d = 1.5 мм и 0.5 м/с

Реакторы с движущимся слоем катализатора (рисунок 211). Движущийся слой гранулированного катализатора позволяет осуществить непрерывный процесс. Катализатор обычно имеет форму шариков. Для уменьшения истирания корпуса аппарата скорость движения катализатора невелика и составляет 12 - 48 см/мин. Катализатор движется под действием силы тяжести сверху вниз, т.е. возможен противоток или прямоток реагентов и катализаторов.

Рисунок 211 - Реактор с движущимся слоем катализатора.

Установки с движущимся катализатором, также как и установки с псевдоожиженным слоем, состоит из реагентов, регенератора и катализаторопроводов.

Применяются схемы с однократным и двукратным подъемом катализатора. Подъем катализатора осуществляется либо пневмотранспортом, либо механически с помощью ковшового элеватора.

Закономерности работы аппаратов с движущимся слоем катализатора сходны с закономерностями работы аппаратов с неподвижным катализатором. Можно лишь отметить, что порозность неподвижного слоя равна 0.4. В отечественной промышленности аппараты с движущимся слоем катализатора получили широкое распространение в основном в нефтеперерабатывающей промышленности.

Проведение длительных процессов в присутствии катализаторов, быстро теряющих эффективность в режиме псевдоожиженного слоя, оказываются неэффективным. Одним из методов, позволяющих поддерживать активность таких катализаторов является применение реакторов с движущимся слоем. В этом случае гранулированный катализатор движется вдоль реактора, что дает возможность непрерывно вводить свежий катализатор, а следовательно, и обеспечивать постоянную каталитическую активность в течение длительного периода работы. Средняя каталитическая активность в этом случае зависит от соотношения скоростей подачи катализатора и сырья, иначе говоря, она распределяется весовым отношением расходов катализатора и сырья. , увеличение этого отношения говорит о более высокой средней активности катализатора. Схема установки с движущимся слоем катализатора предусматривает регенератор, расположенный рядом с реактором или совмещенный аппарат. Так что регенерированный катализатор сразу же возвращается в реактор. Циркуляция катализатора необходима для поддержания определенного уровня его активности в реакторе с движущимся слоем катализатора.

Количественный характеристикой циркуляции катализатора является скорость циркуляции n - отношение катализатора, поступающего в реактор G_к (кг/ч), к расходу поступающего сырья G_c, (кг/ч)

Чем выше кратность циркуляции n, тем выше равновесная активность катализатора в реакторе и больше степень превращения сырья.