Установка каталитического риформинга со стационарным слоем катализатора

Расчёт параметров реакторов

Необходимые исходные данные для расчетов
Количество реакторов n_p=3 (реакторы одинаковые)
Бензиновая фракция ρ₂₀₄=0,738 [15]; М=119 кг/кмоль
Расход компонента 36700 кг/ч
Объемная скорость подачи сырья 1,2ч^-1 [9]
Кратность циркуляции водосодержащего газа 1100 м³ /м³ сырья.
Линейная скорость движения паров сырья и циркулирующего газа в реакционной зоне 0,5 м/с.
Температура в реакторе 520 ˚С
Давление 2,0 Мпа
Коэффициент сжимаемости 0,85
Количество катализатора в третьем реакторе 53%.

Расчеты для Риформинга со стационарным слоем катализатора в реакторе

Риформинг проводят в промышленной установке, имеющей нагревательную печь и не менее 3-4 реакторов, при температуре 350-520°С в присутствии различных катализаторов: платиновых, платинорениевых и полиметаллических, содержащих платину, рений, иридий, германий и другие металлы. Во избежание дезактивации катализатора продуктом уплотнения — коксом. Осуществляется под высоким давлением водорода, который циркулирует через нагревательную печь и реакторы. На промышленных установках катализатор обычно распределяют между реакторами в соотношении 1:2:4.
Найдем объем катализатора в первом и втором реакторах. Пусть одна часть- х. Тогда,
4х=53
Х=13. Следовательно в первом реакторе 13%. Возьмем весь объем катализатора за 100%. 100-53-13= 34%. т.е. в первом реакторе находится 13%, во втором – 34% и в третьем – 53% всего объема катализатора. Если размеры реакторов одинаковые, дальнейший расчет будем вести по третьему самому нагруженному реактору.
Следующим пунктов вычислим объемный расход паров сырья, для этого воспользуемся формулой:[10]
(1)
Где T- Температура системы, К; P- общее давление в системе, МПа; G- расход компонента, кг/с; M- молярная масса компонента, кг/кмоль; z- коэффициент сжимаемости.
Чтобы подставить данные в формулу найдем температуру системы: Т= 520+273= 793К.

Gп’= = 0,239 м³/с

Коэффициент сжимаемости водорода равен 1 [7], таким его можно принять и для водородсодержащего газа. Объемный расход водородсодержащего газа определится[10]:

Gц.г’= (2)

Где T- температура системы, К; µ- кратность циркуляции водосодержащего газа, м³/м³; G- расход компонента, кг/с; P- общее давление в системе, МПа; ρ- плотность бензиновой фракции, кг/м³; z- коэффициент сжимаемости.

Gц.г’= = 2,229 м³/с

Теперь сложим получившееся результаты: G_см’= G_П’+G_Ц.Г’ (3)
G_см’= 0,239 м³/с+ 2,229 м³/с= 2,468 м³/с

Найдем общий объем катализатора в реакторном блоке, для этого воспользуемся формулой: [10]

V_кр= (4)
Где G- расход компонента, кг/с; ρ- плотность бензиновой фракции, кг/м³; V_об- Объемная скорость подачи сырья, ч^-1

V_кр= = 41, 4 м³

Площадь сечения реактора:

S= (5)
Где G_см’- сумма объемного расхода паров сырья и объёмного расхода водородсодержащего газа, м³/с; V_д.п- линейная скорость движения паров сырья и циркулирующего газа в реакционной зоне, м/с.

S= = 4,9м²

Найдем диаметр реактора помощью выражения для каталитического риформинга:
D= 1,128* √S (6)
Где S- площадь сечения реактора.
D= 1,128*√4, 9= 2,5м

Для того, чтобы найти высоту реактора, нужно найти общую высоту катализаторного слоя, определим по формуле:

h_к= (7)

Где V_кр- общий объем катализатора в реакторном блоке, м³; S- площадь сечения реактора, м².
h_к= =8,4м

Теперь отдельно найдем высоту слоя катализатора в третьем реакторе:

Переведем 53% в десятичную дробь, для удобства вычисления, 53%*100=0,53
h_к’= N* h_к (8)
Где N- количество катализатора в реакторе; h_к- высота катализаторного слоя в реакторе.
h_к’= 0,53*8, 4м=4,452м
Общая высота реактора (Н, м) включает высоту его цилиндрической части (высота слоя катализатора, увеличенная в 1,5 раза) и двух полушаровых днищ:
Н=1,5*h_к’+D (9)
Где h_к’- высоту слоя катализатора в третьем реакторе, м; D- диаметр реактора, м.
H=1,5*4,452м+2,5м=9,178м ≈ 9м
Высота первого и второго реакторов принимается равной высоте третьего.
Вывод: Диаметр каждого из реакторов равны 2,5м, высота 9м.