Гидравлический расчет

5.3.2 Гидравлический расчет

Приемлимость принятой формы реактора дополнительно необходимо проверить гидравлическим расчетом реактора. Вычисленные потери напора в слое катализатора не должны превышать 0,2–0,3 МПа.

Потерю напора в слое катализатора ΔР вычисляют по формуле [7, 13, 14]

, (52)

где Н – высота слоя катализатора, м;

ε – порозность слоя катализатора;

μ – динамическая вязкость, Па·с;

и – линейная скорость движения потока, фильтрующегося слоем катализатора, м/с;

d – средний диаметр частиц, м;

g – ускорение свободного падения, кг/с²;

ρ – плотность реакционной смеси, кг/м³.

Порозность слоя вычисляют по формуле

, (53)

где γ_Н – насыпная плотность катализатора, 640 кг/м³;

γ_К – кажущаяся плотность катализатора, 1210 кг/м³.

Так как сырье поступает в реактор полностью в паровой фазе, то линейная скорость потока и, м/с:

, (54)

где V_СМ – объем реакционной смеси, м³, складывающаяся из объема сырья V_С и объема циркулирующего газа V_Ц, м³/ч;

D_Р – диаметр реактора, м.

В процессах гидроочистки допускаемая линейная скорость в зависимости от типа реактора находится в пределах от 0,1 до 0,6 м/с [11].

Таким образом, объем реакционной смеси будет равным

V_СМ = V_С + V_Ц. (55)

где V_С – объем сырья, м³.

Объем сырья V_С рассчитывается по формуле

, (56)

где G_C – расход сырья в реактор, кг/ч;

Z_C – коэффициент сжимаемости (при Т_пр = 0,762 и Р_пр = 2,19, Z_C = 0,18) [10];

t_CP – средняя температура в реакторе, ºС;

M_C – молекулярная масса сырья, г/моль;

P_P – давление в реакторе, Мпа.

Средняя температура в реакторе t_CP рассчитывается как среднее арифметическое между температурой на входе в реактор и температурой на выходе из реактора:

, (57)

ºС.

м³/ч.

Объемный расход циркулирующего газа рассчитаем по формуле

, (58)

где G_Ц – расход ВСГ в реактор, кг/ч;

Z_Ц – коэффициент сжимаемости газа;

t_CP – средняя температура в реакторе, ºС;

M_Ц – молекулярная масса сырья, г/моль;

P_P – давление в реакторе, Мпа.

м³/ч.

Теперь рассчитаем объем реакционной смеси (55):

V_СМ = 126 + 6488,23 = 6614,23 м³/ч.

Линейная скорость потока составит (54):

м/с.

Определим динамическую вязкость смеси по уравнению Фроста [13]:

μ = (t_CP +273)·(6,6 – 2,23lgМ_CP)·10^-8, (59)

где М_CP – средняя молекулярная масса смеси сырья и ВСГ:

(60)

г/моль.

μ = (391,85 +273)·(6,6 – 2,23lg44,06)·10^-8 = 1,95·10^-5 кг·см/м².

Средний диаметр частиц катализатора d = 4·10^-3 м.

Плотность реакционной смеси в условиях гидроочистки рассчитывается по формуле (9).

, (61)

Таким образом,

= 180,06 кг/м³.

ΔР = 180,06Н,

ΔР = 180,06·7,2 = 1296,432 кгс/м² = 0,0127 МПа.

Как видно, потеря напора в слое катализатора не превышает предельно допустимых значений 0,2 – 0,3 МПа. Поэтому к проектированию принимаем реактор цилиндрической формы с высоторй и диаметро реакционной зоны 7,2 и 3,6 соответственно.

Далее выполним еще несколько пунктов конструктивного расчета: подбор крышки и днища, расчет штуцеров, механический расчет и расчет, массы аппарата.