Розрахунок контактних апаратів з завислим шаром
Каталізатора
Розрахунок контактних апаратів зводиться до визначення гідродинамічних, масообмінних і геометричних характеристик. Найбільш важливими гідродинамічними характеристиками є швидкість псевдозрідження і гідравлічний опір апарата. Головною масообмінною характеристикою є коефіцієнт масопередачі, на основі якого визначають необхідну кількість каталізатора. Визначивши гідродинамічні та масообміні характеристики, можна розрахувати геометричні розміри реакторів.
Швидкість початку псевдозрідження , м/с, визначається за формулою:
, (6.16)
де – динамічна в’язкість газу, Па ∙ с;
– діаметр частинок, м;
– густина газу, кг/м3;
– модифікований критерій Рейнольдса, безрозмірна величина;
, (6.17)
де – порожнистість статичного шару
, (6.18)
де – насипна густина поглинача, кг/м3;
– уявна густина поглинача, кг/м3;
В окремому випадку, коли , формула (6.17) буде мати вигляд
, (6.19)
де – критерій Архімеда (безрозмірна величина)
, (6.20)
де – густина частинок, кг/м3.
Підставивши величину , знайдену за формулою (6.17), у формулу (6.16), можна знайти швидкість початку псевдозрідження при будь-якому значенні порожнистості киплячого шару. Швидкість витання , м/с, при якій відбувається руйнування шару і масове винесення частинок, визначають за формулами:
- в перехідній області ( )
, (6.21)
- в автомодельній області ( )
. (6.22)
Для розрахунків може бути використана також інтерполяційна залежність, яка зв’язує критерії і для всіх режимів:
. (6.23)
Підставляючи значення у формулу (6.16), отримуємо швидкість витання в будь-якому режимі.
Значення робочої швидкості повинно бути більшим швидкості початку псевдозрідження, але не меншим швидкості витання .
Відношення робочої швидкості газу до швидкості псевдозрідження називають числом псевдозрідження
. (6.24)
Опір киплячого шару каталізатора , Па, знаходиться за формулою:
, (6.25)
де – коефіцієнт тертя;
– коефіцієнт форми частинок;
– висота шару насадки, м.
Значення коефіцієнта форми залежить від форми, матеріалу і розміру частинок й визначається експериментально за даними табл. 6.3.
Значення знаходимо з формул:
при ; (6.26)
при . (6.27)
Є й друга залежність для визначення опору киплячого шару
, Па:
, (6.28)
де – середня порожнистість киплячого шару ( )
. (6.29)
Необхідний об’єм , м3, каталізатора можна визначити за формулою:
, (6.30)
де – кількість домішок в суміші;
– парціальні тиски газу на вході і виході з апарата, кг/м3;
– питома зовнішня площа поверхонь зерен в одиниці об’єму каталізатора, м2/м2,
Таблиця 6.3– Значення коефіцієнта форми частинок
Матеріал | , мм | |
Силікагель | 0,18 | 6,3 |
0,25 | 3.05 | |
0,296 | 5,5 | |
2,5 | 5,46 | |
3,5 | 3,7 | |
4,5 | 7,05 | |
Алюмосилікагель | 0,4 | 1,79 |
0,45 | 4,1 |
. (6.31)
де – площа поверхні одного зерна, м2;
– об’єм одного зерна, м3.
Для частинок каталізатора сферичної форми і циліндрів з висотою, рівною діаметру, питома зовнішня поверхня зерен рівна
, (6.32)
– коефіцієнт масопередачі, м/год, знаходять експериментальним шляхом залежно від природи реагувальних речовин, природи каталізатора і умов каталізу.
Максимальна об’ємна швидкість газу , год– 1
. (6.33)
Для забезпечення довгої і стійкої роботи каталізатора розраховане значення об’ємної швидкості газу доцільно зменшити в 1,5...2 рази.
Діаметр реактора:
. (6.34)
Площа поперечного перерізу апарата:
. (6.35)
Знаючи об’єм каталізатора і площу поперечного перерізу апарата , знаходимо статичну висоту нерухомого шару каталізатора:
. (6.36)
Швидкість газового потоку впливає на розширення шару і його висоту. Підвищення швидкості приводить до збільшення висоти шару. Характерною величиною є:
, (6.37)
де – питома висота шару.
На рис. 6.17 наведена залежність питомої висоти шару від відношення швидкості витання до швидкості початку псевдозрідження.
Визначивши за графіком питому висоту шару, знаходимо висоту псевдозрідженого шару.
|
|
Рисунок 6.17 – Залежність питомої висоти киплячого шару від величини
Дата добавления: 2016-02-02; просмотров: 809;