5.5. Элементы расчетов реакторов

Пример 1. Производительность реактора дегидрирования н-бутана до н-бутенов составляет 17400 кг целевого продукта в час. Процесс проводят при 600 °С, и в этих условиях степень конверсии н-бутана равна 30%, а селективность по н-бутенам составляет 75%. Определить вместимость реактора, приняв для расчета константы скорости формулу:

lg k'

Решение. Уравнение реакции:

СН₃ — СН₂ — СН₂ — СН₃ ↔ СН₂ = СН — СН₂ — СН₃ + Н₂

58 кг (22,4 м³) 56 кг 2 кг

Расход н-бутана для проведения процесса:

теоретический = 6960 м³/ч

фактический = 30933 м³/ч,

или 30933 : 3600 = 8,6 м³/с.

Константа скорости:

lg k'= = -0,7943

k'=1,2057

k = 0,1614 с^-1

Предполагая, что дегидрирование н-бутана протекает по уравне­нию первого порядка, определим время пребывания реагирующих газов в зоне контакта:

τ =

Вместимость реактора:

V_р=8,6*2,2= 19 м³

Пример 2. Время пребывания углеводородов при получении аце­тилена электрокрекингом равно 0,001 с, объемный расход газов пи­ролиза равен 25500 м³/ч, скорость газов в реакционной камере со­ставляет 900 м/с. Определить площадь сечения, высоту и объем ре­акционной камеры электродугового реактора.

Решение. Секундная объемная производительность реактора (по газам электрокрекинга):

N = 25 500 : 3600 = 7,08 м³/с

Объем реакционной камеры:

V_р= N_cτ

7,08 • 0,001 =0,0071 м³

Площадь сечения реакционной камеры:

S = N_c/ω = 7,08 : 900 = 0,0079 м²

Высота реакционной камеры:

H = =0,0071 : 0,0079 = 0,9 м или 900*0,001 =0,9 м

Пример 3. Объемная скорость подачи этилена в реактор пря­мой гидратации равна 1900 ч^-1, а объемный расход этилена состав­ляет 22000 м³/ч. Определить объем катализатора, необходимый для проведения процесса.

Решение. Объем катализатора:

22000 : 1900 = 11,6 м³

Пример 4. Производительность реактора окисления метанола составляет 3500 кг формалина в час; массовая доля формальдегида в нем равна 37%. Диаметр сечения аппарата 1,4 м, высота слоя контактной массы 75 мм. Определить производительность 1 кг и 1 л контактной массы. Насыпная плотность катализатора равна 600 кг/м³.

Решение. Производительность реактора по целевому продукту — формальдегиду:

3500 • 0,37 = 1295 кг/ч

Объем катализатора в реакторе (V=πD²H/4=0,785D²H):

0,785 (1,4)² * 0,075=0,115 м³ или 115 л

Производительность 1 л катализатора:

1295 : 115 = 11,3 кг/(л^.ч)

Масса катализатора в реакторе:

0,115 • 600 = 69 кг

Производительность 1 кг катализатора:

1295 : 69= 18,8 кг/(кг^.ч)

5.6. Переработка нефти

Пример 1. Определить компонентный состав бензиновой фракции (пределы выкипания 93—123 °С), полученной в процессе прямой гонки нефти, если количество получаемой фракции составляет 34800 кг/ч. Состав бензиновой фракции в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 27,2%, непредельные углеводород 0,7%, ароматические углеводороды 0,9%, нафтеновые углеводород 71,2%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции, если выход фракции составляет 20% общей массы нефти, затраченной на прямую гонку.

Решение. Массовый расход нефти для получения бензиновой фракции с учетом 20%-ного выхода:

Компонентный состав бензиновой фракции:

Парафины

Непредельные

Ароматические

Нафтены

Пример 2. Определить компонентный состав бензиновой фракции (52 800 кг/ч, пределы выкипания 58—93 °С), полученной пиролизом нефтяного сырья, если ее состав в массовых долях следующий: парафиновые углеводороды 4,9%, непредельные углеводороды 37,9%, ароматические углеводороды 56,2%, нафтеновые углеводороды 1%. Определить массовый расход нефти, необходимой для получения указанной фракции,, если выход фракции составляет 60 от общей массы нефти, затраченной на пиролиз. Условно принять молекулярную массу для нефти 282, для бензиновой фракции 14.

Решение. Массовый расход нефти для получения бензинов фракции:

Массовый расход нефти с учетом 60%-ного выхода:

Компонентный состав бензиновой фракции:

Парафины

Непредельные

Ароматические

Нафтены

Пример 3. Производительность установки платформинга по жидкому сырью составляет 1760 т/сут. Объемный расход смеси па­ров и циркуляционного водорода равен 2,57 м³/с в условиях про­цесса. Объемная скорость жидкого сырья, имеющего плотность 748 кг/м³, составляет 1,53 ч^-1; линейная скорость паро-газовой смеси в сечении реактора равна 0,39 м/с. Определить общий объем катализатора в реакторах.

Решение. Объемный расход жидкого сырья на установке платформинга:

Объем катализатора в реакторах: