Добавил:

ivanov666 Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.

Вуз:

Пермский национальный исследовательский политехнический университет

Предмет:

[НЕСОРТИРОВАННОЕ]

Файл:

книги / Теория химических реакторов. Введение в основные разделы курса

.pdf

Скачиваний:

Добавлен:

12.11.2023

Размер:

6.48 Mб

Скачать

☆

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

6. Ti′+1 =Ti′′+ ∆TAi+1 – теоретическая максимальная температура реакционной массы в цикле;

7.	Txi+1 =	mp Tx′i		+Tx b ∆τ	– средняя температура хладоагента
			mp	+b ∆τ

в рубашке охлаждения в данном цикле;
8.	∆TTOi 1		=Ti′+1	−Txi 1 – теоретическая максимальная		раз-
	+			+
ность температур на стенке аппарата в цикле;
9.	∆QTOi+1		= К F ∆TTOi+1 ∆τ – количество теплоты,			пере-

данное через стенку от реакционной массы к теплоноси-

телю;		= (mp +b ∆τ)Cpx				– среднее повышение температу-
10.	∆Txi+1	= (mp +b ∆τ)Cpx				– среднее повышение температу-
			∆QTOi+1
ры теплоносителя;
11.	Tx′i+1 =Txi+1 + ∆Txi+1 – средняя температура хладагента в ру-
башке охлаждения для (i+2)-го цикла;
12.	∆Qp′	= ∆Qp		−∆QTO	i+1	– количество теплоты, оставшееся
	i+1		i+1		i+1
в реакционной массе после теплообмена в цикле;
13.	∆TA′	=	∆Qp′i+1	– фактическое повышение температуры ре-
13.	∆TA′	=	N Cp	– фактическое повышение температуры ре-
	i+1		N Cp

акционной массы с учетом перехода части тепла в рубашку охлаждения;

14.

′′

′

– расчетная температура в реакторе (реак-

Ti+1

=Ti + ∆TAi 1

ционной массы) к (i+2)-му циклу расчета;

15.

′

= ∆TTO

(

′

−∆Tx

) – уточненное значение

∆TTO

i+1

∆TA

i+1

разности температур на стенке аппарата (сравнение с ∆ТТО – не более 1 % отклонения);

141

Внутренний цикл

16. ∆QTO′ i+1 = K F ∆TTO′ i+1 ∆τ – уточненное значение количества тепла, переданного через стенку к хладагенту;

′

17.

∆Tx′i +1

∆QTOi+1

;

(mp +b ∆τ) Cрx

тепла, ос-

18.

∆Qri+1

= ∆Qri+1

−∆QTOi+1

– уточненное количество

′′

′

тавшееся в реакторе;

19.

∆TA′′

∆Qp′′i+1

– уточненное изменение температуры в ре-

N Cp

i+1

акторе, с учетом уточненного теплообмена;

20.

′′

– уточненная

расчетная

температура

Ti+1 =Ti +∆TAi

в реакторе к (i+2)-му циклу;

) – сравнение с

21.

′′

= ∆TTO

′′

′

∆TTO

i+1

(∆TA

−∆Tx

∆ТТО

i+1

(не более ± 1 % отклонение) (цикл) к № 16.

																		Таблица			8
					Пошаговый расчет температуры в реакторе
														сравнение



№	С	,	∆CA ,	Q ,		∆TA ,	T ׳ , К	T ,		∆T	∆Q ,	∆T	T ׳	Q׳ ,	∆T	׳	T ״	∆T ׳		∆Q׳	,
цик-		Ai	i	ri		i	i	xi		TOi	TOi	xi	xi	ric		Ai	i		TOi	TOi
ла	моль/м3		моль	кДж		К		К			кДж			кДж						кДж

4	10851,95		248,0	17884,5		10,38	341,04	294,97	46,07		2446,35	2,92	297,9	15438,2	8,91		339,6	49,09		2606,68
											0	3,11	298,08	1	8,87		339,5	48,95		2599,24
Тепловой взрыв после 1 0 мин работы реактора																				–
5	10603,9		1218,55	87857,6		51,01	390,6	295,44	95,19		5054,58	6,04	301,48	82803,0	48,08		387,6	116,2		0,27%<1%
5	10603,9		1218,55	87857,6		51,01	390,6	295,44	95,19			6,04	301,48		48,08		387,6	116,2		6170,2
												7,37	302,8		47,43		386,9	115,2		6170,2
														5						6118,2
	9385,3		1563198	1,12·108		65442								81687,4						–
6	9385,3		1563198	1,12·108		65442														0,84%<1%
6

12. ЧИСЛЕННАЯ МОДЕЛЬ РАБОТЫ РЕГЕНЕРАТОРА КАТАЛИЗАТОРА УСТАНОВКИ КАТАЛИТИЧЕСКОГО КРЕКИНГА

12.1. Распределение воздуха по сечению регенератора

Рис. 50. Движение потоков в регенераторе

Высота слоя катализатора по сечению реактора не является постоянной величиной в связи с рядом конструкционных особенностей аппарата. Разобьем условно площадь поперечного сечения регенератора на квадратные площадки со стороной a (м).

Введем также следующие обозначения:

144

–i – номер квадратной площадки;

–hi – высота столбика катализатора на i-й площадке, м;

–B – общий суммарный расход воздуха через все сечение зоны

регенератора, м3 с ;

–Vi – скорость движения воздуха через i-ю площадку, мс ;

–ξ – коэффициент сопротивления слоя катализатора единичной длины;

–F – общая площадь поперечного сечения катализатора, м2. Учитывая наличие достаточно обширных буферных емкостей

выше и ниже регенератора	для выравнивания давления воздуха
и дымовых газов, которое	происходит практически мгновенно

(со скоростью звука в газе), можно считать, что перепады давления ∆рi по любому i-му сечению являются одинаковыми. В этом случае

в первом приближении расход воздуха (газов) через любую i-ю площадку может быть вычислен следующим образом:

		∆p = ξ h V 2						,			(194)
					i		i
отсюда:
		V =		∆p			.				(195)
		V =					.				(195)
		i		ξ hi
				ξ hi
Следовательно, расход воздуха через i-ю ячейку:
		Bi = a2·Vi.									(196)
Сумма всех расходов должна быть нормирована на общий рас-
ход воздуха по всему сечению зоны, т.е.
∑Bi = a	2	∑Vi			2	∑			∆p
			= a							= B.	(197)
			= a						ξ h	= B.	(197)
i		i					i		i

Исходя из этого, легко может быть найдено выражение для расхода воздуха через i-ю площадку регенератора в зависимости от фактической формы поверхности катализатора hi и наличия местных сопротивлений, илиразмеразеренкатализаторавместномсеченииреакционногообъема.

145

12.2. Тепловой баланс элементарного объема

Разделим i-й столбец катализатора на n ячеек с номером k. Тогда для каждого элементарного объема катализатора в системе координат, связанных с движущимся катализатором, можно написать уравнение баланса тепла (Дж) без учета теплообмена между соседними ячейками (пренебрегаем):

	qкат	+ qвозд + q		реакц	= qкат		+ qвозд ;			(198)
	нач	вх		реакц		кон		вых
		qкат	= Cкат tкат			∆mкат ;				(199а)
		нач	p	нач
	qвозд		= Cвозд tвозд ∆mвозд;							(199б)
		вх	р	вх
		qкат	= Cкат tкат			* ∆mкат;				(199в)
		кон	р	кон
	qвозд		= Cвозд tвозд ∆mвозд;							(199г)
		вых	р	вых
	qреакц = ∆[С] Qr				100 ∆m			кат	,	(200)
					100 ∆m				,
где Cpвозд, Cpкат –	теплоемкость при					постоянном давлении				воздуха
и катализатора,	соответственно,			Дж/кг·К;			t –		температура	воздуха

и катализатора (°С) в начале и конце элементарного интервала вре-

мени ∆τ,с; ∆mвозд,∆mкат –		масса	элементарного объема			воздуха
и катализатора, кг; Qr	– удельная теплота сгорания углерода в зави-
симости соотношения	CO	;	при соотношении	CO		= 1,
		CO2			CO2

Qr = 22 190 кДж/кг; ∆[С] – изменение концентрации углерода в выделенной ячейке за элементарный промежуток времени, %; [O2 ] – кон-

центрация кислорода в потоке газа.

Кинетическое уравнение горения углерода в катализаторе имеет вид:

146

W = f ([C],[O2 ], t ) .

(201)

В рамках некоторых ограничений реальный вид этого уравнения может быть представлен экспоненциальной формой:

d[C]	≈ A eα (t−600) ,	(202)
d τ

где коэффициент α может быть найден экспериментально или определен непосредственно по результатам обработки данных для реальной промышленной установки.

Из литературных данных известно, что порядок реакции горения кокса зависит от его содержания в катализаторе. При [C] > 2 %, порядок нулевой, при меньших концентрациях – первый.

На основании промышленных данных для регенератора установки КК-1 ООО «ЛУКОЙЛ-Пермнефтеоргсинтез» были получены следующие результаты:

А = 4,245·10–4 [O2], при [C] > 2 %;

A =	4,245 10−4	[O2 ] ([C]−0,5), при 0,5 % < [C] ≤	2 %, (203)
	2 −0,5

А = 0, при [C] ≤ 0,5 % .

Для конечных приращений выражение (202) может быть записано, таким образом, в следующем виде:

∆[C] = A exp{0,00768(tначкат −600)}∆τ.

(204)

Изменение концентрации кислорода (∆[О2 ]) определяется в за-

висимости от изменения концентрации углерода ∆[С] с учетом сте-

хиометрии реакции горения:
C + 1	2	O2 → CO 12 p1 +16 p1 = 22 p1	∆mвозд ∆[О2 ]		16 p +32 p	2
				=	1		,
C + O2 → CO2 12 p2 +32 p2 = 38 p2			∆mкат ∆[С]		12

147

∆[O	] = ∆[C] (3p +8 p		)	∆mкат	,	(205)
				3 ∆mвозд
2	1	2

где р1 и р2 – доли углерода, сгорающего до СО и СО2 соответственно. В математической модели сделаем следующее допущение:

tвыхвозд = tконкат

(206)

и обозначим эти температуры Тк.

Масса катализатора в элементарной ячейке ∆mкат определяется выражением:

∆mкат =	hi	a2 ρкат ,	(207)
	n

где ρкат – плотность катализатора.

Элементарный промежуток времени, за который указанная масса катализатора проходит через элементарную площадку a2:

∆τ =	∆mкат 3,6 F	,	(208)
	К a2

где F – площадь поперечного сечения регенератора, м2; К – циркуляция катализатора, т/ч.

За время ∆τ через сечение а2 проходит объем воздуха массой

∆mвозд =V a2	∆τ ρвозд.	(209)
i

Обозначим шаги интегрирования по времени как j и введем признак движения катализатора shift, который будет принимать значение 0 и 1 для неподвижного и движущегося катализатора соответственно.

Тогда		переменными в уравнениях являются T j−1			= tкат ,
				k +shift	нач
и T j	= tвозд	(k – номер слоя – для самого нижнего слоя k = 1, для са-
k −1	вх
мого	верхнего k = n). Температуру			катализатора, поступающего
в регенератор сверху, обозначим T j			,	а температуру воздуха, посту-
		n+1

пающего снизу, – T0j .

148

Концентрация кислорода в поступающем воздухе определяется внешними условиями, связанными с возможным незначительным подогревом его за счет частичного выжига кислорода в топке под давлением. Она может быть приближенно описана в зависимости от температуры поступающего воздуха по уравнению:

[О2 ] = 21−(211500)Т0j % ,

(210)

В соответствии с этим можно преобразовать выражение (131):

∆

= 6,67 10−5

k−1

{

T j−1

−600

}

∆τ. (211)

[

]

[

]

exp 0,00768

(

)

k+shift

Для кислорода:

где

∆[O2] = S·∆ [C],

(212)

S = (8 p1 +16 p2 )

ρкат

(213)

ρвозд

∆τ

окончательно, после соответствующих

подстановок,

можно полу-

чить соотношение:

A1 ÷Tkj+−shift1

+ A2 Tkj−1 + A3 ∆[C]

(214)

+ A2

где

= C

кат ρ

кат

= Cвозд V ρвозд ∆τ,

(215)

A =100 A1

Cкат Q

Энергия, накапливающаяся в катализаторе в виде тепла:

149

q j = A a2		T j .	(216)
k	1	k

В начале расчета задается начальный массив концентраций углерода по высоте i-го столбца: [C]°k = [C]нач = const, и массив начальных температур: T°k = Tнач = const.

Изменение концентрации кислорода и углерода определяется пошагово по выражениям:

[C]kj =[C]kj−+1shift −∆[C],

(217а)

[O2 ]	k	=[O2 ]	k −1	− ∆[O2 ].	(217б)
	k		k −1

Для условий КК-1 учтено, что регенератор состоит из двух одинаковых секций высотой по 2,5 м, в которые подается одинаковое количество воздуха. Подача свежего воздуха осуществляется под

(n/2+1)-ю ячейку.

На рис. 51–53 показаны переходные процессы в модели при реализации различных возмущений на входе в регенератор. Обозначения на рисунках:

–температура термонапряженного слоя – где была достигнута максимальная температура;

–температура на термопаре I, (II). Расположение термопар задано и отмечено на рисунках пунктиром (правая шкала);

–температура нижнего слоя – выходящего из регенератора снизу;

–коэффициент поглощения кислорода – выражается отношением концентрации кислорода в воздухе, поступающем в верхнюю секцию регенератора, к концентрации кислорода в газе,

выходящем из секции, деленным на 10 для уменьшения масштаба;

– максимальная температура – достигнутая в регенераторе

в процессе работы;

–положение термонапряженного слоя – положение слоя, считая снизу, в котором была достигнута максимальная температура.

150

<<< < Предыдущая 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 1415 / 1915 16 17 18 19 > Следующая >>>

Соседние файлы в папке книги

#
12.11.20235.05 Mб2Теория упругости. Ч. 1 Основные уравнения механики сплошных сред. Вариационные методы.pdf
#
12.11.202321.88 Mб2Теория упругости..pdf
#
12.11.20231.22 Mб5Теория функций комплексного переменного..pdf
#
19.11.202328.91 Mб2Теория функций комплексной переменной..pdf
#
12.11.20235.34 Mб3Теория химических реакторов введение в основной курс..pdf
#
12.11.20236.48 Mб1Теория химических реакторов. Введение в основные разделы курса.pdf
#
12.11.20232.15 Mб15Теория электрической связи. Основные понятия.pdf
#
13.11.202324.95 Mб10Теория электрической связи. Помехоустойчивая передача данных в информационно-управляющих и телекоммуникационных системах модели, алгоритмы, структуры.pdf
#
12.11.20232.38 Mб3Теория электрической связи. Помехоустойчивое кодирование в телекоммуникационных системах.pdf
#
20.11.20233.79 Mб2Теория электропривода.-1.pdf
#
12.11.2023548.89 Кб3Теория электропривода..pdf