Файл: Тюряев И.Я. Теоретические основы получения бутадиена и изопрена методами дегидрирования.pdf

И з б и р а т е л ь н о с т ь . Поскольку величина WIF, а также изменение температуры по реактору известны, избирательность лег­ ко можно рассчитать по уравнениям (IX,4) и (IX,8). Для этого в простейшем случае по средней температуре в реакторе по уравне­ нию (IX,5) находится константа скорости крекинга и далее по урав­ нению (IX,4) определяется величина хк — доля бутана, разлагаю-

Рнс. 50. Изотермы и адиабаты дегидрирования бутана по уравнениям (IX ,16) и (IX,8а).

щегося в результате крекинга. Согласно определению, избиратель­ ность

З а у г л е р о ж е н н о с т ь к а т а л и з а т о р а . По величи­ не W/F и Q определяется время пребывания (мин) катализатора в реакторе:

_ W/F • 60 58Q '

Как в случае расчета избирательности, по средней температуре в реакторе рассчитывается величина А г (IX,7) и далее по уравнению (IX,6) определяется зауглероженность в процентах к весу катали­ затора.

С о с т а в к о н т а к т н о г о г а з а . Объем получаемого кон­ тактного газа рассчитывается по коэффициенту увеличения объема газа а = 1 + 1,1 Х к. Содержание С4Н8 + С4Н0 в газе равно Ху Іа, а водорода — Xyß/a. Количество продуктов, получаемых в резуль­ тате крекинга, рассчитывается по величине хк и уравнению крекин­ га:

226

Количество бутадиена с достаточной точностью можно принять рав­ ным 0,1 количества C4HS + C4HG

Гидродинамические расчеты (сопротивления слоя, высоты затво­ ров, распределительных устройств для катализатора) проводятся известными методами [349, 355].

П р о в е р к а р а с ч е т о в . При оптимальном режиме вьь ход по расчету 40 об. %, конверсия 50 об. %; выход на полупромыш­ ленной установке при тех же условиях 40—41 об.%, конверсия — 48—52 об.% [354].

Для более строгого определения оптимальной конверсии и опти­ мальных условий математическое описание необходимо дополнить уравнениями, связывающими себестоимость бутилена с технологи­ ческими параметрами, а системы уравнений решать с помощью вы­ числительных машин.

ОСНОВЫ РАСЧЕТА РЕАКТОРА СО ВЗВЕШЕННЫМ СЛОЕМ КАТАЛИЗАТОРА [191, 354]

Характеристика реактора. Основное отличие реактора со взвешенным слоем от реактора с плотным слоем движущегося шари­ кового катализатора заключается в том, что в реакторе первого типа процесс дегидрирования определяется не только температурой, ско­ ростью подачи бутана и циркуляцией катализатора, но и гидродина­ мическими факторами — проскоком газа в виде пузырей и перемеши­ ванием частиц катализатора. Рассмотрим реактор со взвешенным слоем катализатора, секционированный решетками провального типа, схема которого представлена на рис. 51.

Математическое описание процесса. Стехиометрические уравне­ ния и уравнения скоростей реакций для этого реактора остаются те­ ми же, с той лишь разницей, что в уравнение скорости основной ре­ акции должен быть введен коэффициент <р, учитывающий проскок газа в виде пузырей:

Скорости крекинга и углеотложения в первом приближении не зависят от проскока газа; скорость углеотложения не зависит от объемной скорости, поэтому проскок бутана не влияет на зауглероженность катализатора. В связи с этим соотношение основной и побочных реакций при дегидрировании бутана во взвешенном слое катализатора. несколько отличается от соотношения скоростей в

реакторе с плотным слоем катализатора. Это сказывается на величи­

равно количеству слоев, связывают температуру катализатора в слое с кратностью циркуляции катализатора, температурой ката­

228

ккалімоль ■град, и катализатора, ккал/кг ■град; А Х 1г АХ2, ..., Х к—

ном виде фигурируют две величины: критическая скорость газа wKр и эффективность решеток по перемешиванию твердой фазы т].

Для катализатора К-5 [354] критическая скорость (м/сек)

через реактор, кг/сек; Gp — количество катализатора (кг/сек), кото­ рое решетка способна пропустить при данной скорости газа в ее отверстиях.

При проектировании секционирующих решеток провального ти­ па кроме эффективности необходимо определить их производитель­ ность по твердой фазе и высоту разреженной зоны, образующейся под решетками этого типа. До сих пор не было способа расчета ре­ шеток провального типа, допускающих обратное смешение твердых фаз, хотя именно такие решетки применяют в реакторах дегидри­ рования бутана и изопентана вследствие их большой, надежности в эксплуатационном отношении. Расчет решеток с переточивши труб­ ками, при использовании которых перемешивание твердых частиц исключается, подробно разработан Орочко и сотр. [356].

Р а с ч е т р е ш е т о к [264]. Литературные данные по иссле­ дованию ситчатых провальных решеток для секционирования реак­ торов со взвешенным слоем катализатора почти отсутствуют.

Свободное истечение мелкозернистого материала через одиночное отверстие изучалось в работах [357, 358]. Показано [357], что в этом случае скорость истечения q выражается уравнением

<7 = ц (х>У 2gr,

где ц — коэффициент, со — площадь отверстия, т— радиус отвер­ стия.

Условия, при которых частицы взвешенного слоя начинают про­ валиваться через отверстия поддерживающих (распределительных) решеток, исследованы в работах [358, 359]. По данным работы [358], скорость газа в отверстиях, при которой начинается проваливание частиц через распределительную решетку, зависит от конструкции решетки и определяется только свойствами газа и твердых частиц.

229

В работе [264] исследование ситчатых решеток проводилось на стеклянных моделях диаметром 56 и 105 мм. Характеристика приме­ нявшегося мелкозернистого материала приведена в табл. 76. Взве­ шенный слой создавался воздухом, углекислым газом или водоро­ дом.

стиях решеток), при которой просыпание частиц через отверстия прекращается; определение пропускной способности решеток во всем интервале скоростей подачи газа от w = 0 до w = wnр.

На основании общих соображений и анализа эксперименталь­ ных данных [357, 358] можно предположить, что скорость свободно­ го истечения мелкозернистого материала GMaKC— функция плот­ ности слоя ртв, диаметра отверстия решетки d0, числа решеток п и ускорения силы тяжести g, т. е.

Смаке = Ф (Ртв> ^оі ё)- (IX, 14)

В уравнении (IX,14) четыре размерные величины (я = 4) и три основные размерности (р = 3). По теории подобия, число безразмер­ ных групп, определяющих данное явление, равно п — р — 4 —3 = = 1. В соответствии со сказанным, уравнение (IX,14) можно пере­ писать следующим образом:•

в котором левая часть уравнения и есть искомая безразмерная груп­ па. Методом анализа размерностей найдено, что а — 1, b = 1, с = 2,5, d = 0,5; откуда

230