215 matches
-
folosește și în cazul când fluidul realizează mai multe treceri prin aparat. În final se compară suprafața reală de transfer de căldură cu suprafața calculată. 4.3. PROIECTAREA REACTOARELOR CATALITICE CU CATALIZATOR ÎN STRAT FLUIDIZAT Reactorul cu catalizator în strat fluidizat are o construcție relativ simplă, fig.4 .4. Se prezintă sub forma unei coloane verticale, prevăzută în interior cu distribuitor pentru faza gazoasă, ciclon sau baterie de cicloane, suprafețe pentru transferul de căldură, dispozitive de alimentare cu catalizator și de
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
a acestuia pentru regenerare. Granulele de catalizator, de dimensiuni foarte fine (20 300 xm) sunt așezate pe o placă poroasă (grătar) în interiorul unei virole metalice. Debitul de amestec gazos trebuie să fie suficient de mare pentru a menține în stare fluidizată granulele de catalizator. Catalizatorul folosit trebuie să fie rezistent la măcinare și să poată fi ușor fluidizat. Pentru recuperarea catalizatorului antrenat de curentul de gaz sunt prevăzute cicloane sau baterii de cicloane montate în interiorul sau exteriorul reactorului. Avantajele stratului fluidizat
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
o placă poroasă (grătar) în interiorul unei virole metalice. Debitul de amestec gazos trebuie să fie suficient de mare pentru a menține în stare fluidizată granulele de catalizator. Catalizatorul folosit trebuie să fie rezistent la măcinare și să poată fi ușor fluidizat. Pentru recuperarea catalizatorului antrenat de curentul de gaz sunt prevăzute cicloane sau baterii de cicloane montate în interiorul sau exteriorul reactorului. Avantajele stratului fluidizat sunt:amestecarea intensă a fazelor, ceea ce determină viteze mari ale proceselor de transfer; - valori mari ale coeficienților
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
fluidizată granulele de catalizator. Catalizatorul folosit trebuie să fie rezistent la măcinare și să poată fi ușor fluidizat. Pentru recuperarea catalizatorului antrenat de curentul de gaz sunt prevăzute cicloane sau baterii de cicloane montate în interiorul sau exteriorul reactorului. Avantajele stratului fluidizat sunt:amestecarea intensă a fazelor, ceea ce determină viteze mari ale proceselor de transfer; - valori mari ale coeficienților de transfer de căldură ceea ce face posibilă funcționarea reactorului în condiții izoterme; - valori mari ale coeficienților de transfer de căldură între fluid și
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
de căldură;posibilitatea folosirii particulelor solide de dimensiuni mici, ceea ce conduce la suprafețe specifice mari de contact între faze; - posibilitatea înlocuirii continue a catalizatorului atunci când procesul este însoțit de o dezactivare intensă a acestuia. Dezavantajele reactoarelor cu catalizator în strat fluidizat sunt: antrenarea unei mari cantități de solid, ceea ce implică instalații costisitoare pentru separarea acestora; măcinarea și prăfuirea catalizatorului; distribuția neliniară a timpului de contact. Dificultatea principală care intervine în calculul de proiectare al reactoarelor cu catalizatorul în strat fluidizat o
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
strat fluidizat sunt: antrenarea unei mari cantități de solid, ceea ce implică instalații costisitoare pentru separarea acestora; măcinarea și prăfuirea catalizatorului; distribuția neliniară a timpului de contact. Dificultatea principală care intervine în calculul de proiectare al reactoarelor cu catalizatorul în strat fluidizat o constituie caracterizarea hidrodinamicii celor două faze, dependentă de dimensiunile reactorului. Din această cauză cercetarea trebuie să se facă pe instalații pilot de dimensiuni cât mai apropiate de cea industrială. În general, se recomandă folosirea reactoarelor în strat fluidizat în
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
de căldură între amestecul de reacție și agentul termic; x are loc o dezactivare semnificativă a catalizatorului; x trebuie să se mențină temperatura de lucru în limite restrânse; x reacțiile care au loc sunt rapide. Reactoarele cu catalizator în strat fluidizat sunt frecvent folosite în industria organică: cracarea catalitică a hidrocarburilor, reacții de oxidare a hidrocarburilor (obținerea anhidridei ftalice, maleice, etilenoxidului), obținerea monomerilor vinilici ( acetat de vinil ), sinteza acrilonitrilului etc. 4.3.1. DETERMINAREA DIAMETRULUI REACTORULUI Diametrul reactorului se calculează din
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
gazului prin stratul de catalizator) = (greutatea particulelor de catalizator). Sub forma unei relații de calcul se poate scrie: (4.42) 4.3.1.2. Viteza terminală Viteza terminală reprezintă viteza maximă de fluidizare care limitează domeniul de existență a stratului fluidizat. Pentru valori ale fazei gazoase mai mari decât viteza terminală se trece în domeniul transportului pneumatic, respectiv antrenarea particulelor solide din reactor. Viteza de antrenare a particulelor din stratul fluidizat se poate calcula din ecuația criterială: (4.49) Criteriul Arhimede
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
maximă de fluidizare care limitează domeniul de existență a stratului fluidizat. Pentru valori ale fazei gazoase mai mari decât viteza terminală se trece în domeniul transportului pneumatic, respectiv antrenarea particulelor solide din reactor. Viteza de antrenare a particulelor din stratul fluidizat se poate calcula din ecuația criterială: (4.49) Criteriul Arhimede se calculează cu ecuația (4.41). Pentru particule de formă sferică, viteza terminală se poate calcula și cu ecuațiile: (4.50) x pentru (4.51) x pentru Ar 84000 (4
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
4.50) x pentru (4.51) x pentru Ar 84000 (4.52) Viteza de fluidizare poate fi luată ca un multiplu al vitezei minime de fluidizare: (4.53) 4.3.2. DETERMINAREA ÎNĂLȚIMII REACTORULUI Înălțimea reactorului cu catalizator în strat fluidizat se calculează cu ecuația: (4.54) în care: Hcil. - înălțimea părții cilindrice a reactorului, m hc - înălțimea capacului, m hf - înălțimea fundului, m. Înălțimea capacului elipsoidal se calculează cu ecuația (3.19). În general fundul reactorului este de formă tronconică
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
se calculează cu ecuația (3.19). În general fundul reactorului este de formă tronconică pentru a asigura o distribuție uniformă a reactanților pe secțiunea reactorului. Înălțimea părții cilindrice a reactorului se admite de 3 până la de 6 ori înălțimea stratului fluidizat. Înălțimea stratului fluidizat se calculează din volumul stratului fluidizat. Inițial se determină volumul de catalizator pe baza timpului de contact, a vitezei volumice sau din sarcina specifică a catalizatorului. Volumul stratului fluidizat se poate calcula dacă se cunoaște volumul de
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
ecuația (3.19). În general fundul reactorului este de formă tronconică pentru a asigura o distribuție uniformă a reactanților pe secțiunea reactorului. Înălțimea părții cilindrice a reactorului se admite de 3 până la de 6 ori înălțimea stratului fluidizat. Înălțimea stratului fluidizat se calculează din volumul stratului fluidizat. Inițial se determină volumul de catalizator pe baza timpului de contact, a vitezei volumice sau din sarcina specifică a catalizatorului. Volumul stratului fluidizat se poate calcula dacă se cunoaște volumul de catalizator în strat
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
reactorului este de formă tronconică pentru a asigura o distribuție uniformă a reactanților pe secțiunea reactorului. Înălțimea părții cilindrice a reactorului se admite de 3 până la de 6 ori înălțimea stratului fluidizat. Înălțimea stratului fluidizat se calculează din volumul stratului fluidizat. Inițial se determină volumul de catalizator pe baza timpului de contact, a vitezei volumice sau din sarcina specifică a catalizatorului. Volumul stratului fluidizat se poate calcula dacă se cunoaște volumul de catalizator în strat fix folosind relația: (4.55) Din
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
de 3 până la de 6 ori înălțimea stratului fluidizat. Înălțimea stratului fluidizat se calculează din volumul stratului fluidizat. Inițial se determină volumul de catalizator pe baza timpului de contact, a vitezei volumice sau din sarcina specifică a catalizatorului. Volumul stratului fluidizat se poate calcula dacă se cunoaște volumul de catalizator în strat fix folosind relația: (4.55) Din volumul stratului fluidizat se determină înălțimea acestuia. Această înălțime mai poate fi calculată, dacă se cunoaște înălțimea catalizatorului în strat fix, folosind coeficientul
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
determină volumul de catalizator pe baza timpului de contact, a vitezei volumice sau din sarcina specifică a catalizatorului. Volumul stratului fluidizat se poate calcula dacă se cunoaște volumul de catalizator în strat fix folosind relația: (4.55) Din volumul stratului fluidizat se determină înălțimea acestuia. Această înălțime mai poate fi calculată, dacă se cunoaște înălțimea catalizatorului în strat fix, folosind coeficientul de expandare al stratului fluidizat, φ: fixstrat fluidizatstrat h h x (4.56) Coeficientul de expandare al stratului fluidizat se
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
se cunoaște volumul de catalizator în strat fix folosind relația: (4.55) Din volumul stratului fluidizat se determină înălțimea acestuia. Această înălțime mai poate fi calculată, dacă se cunoaște înălțimea catalizatorului în strat fix, folosind coeficientul de expandare al stratului fluidizat, φ: fixstrat fluidizatstrat h h x (4.56) Coeficientul de expandare al stratului fluidizat se calculează cu relația: Reactoare catalitice gaz - solid 160 f x -1 -1 o (4.57) în care: εo - porozitatea stratului fix; εf - porozitatea stratului fluidizat
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
stratului fluidizat se determină înălțimea acestuia. Această înălțime mai poate fi calculată, dacă se cunoaște înălțimea catalizatorului în strat fix, folosind coeficientul de expandare al stratului fluidizat, φ: fixstrat fluidizatstrat h h x (4.56) Coeficientul de expandare al stratului fluidizat se calculează cu relația: Reactoare catalitice gaz - solid 160 f x -1 -1 o (4.57) în care: εo - porozitatea stratului fix; εf - porozitatea stratului fluidizat. Porozitatea stratului fix de catalizator se calculează cu relația: s v o -1 x
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
fluidizat, φ: fixstrat fluidizatstrat h h x (4.56) Coeficientul de expandare al stratului fluidizat se calculează cu relația: Reactoare catalitice gaz - solid 160 f x -1 -1 o (4.57) în care: εo - porozitatea stratului fix; εf - porozitatea stratului fluidizat. Porozitatea stratului fix de catalizator se calculează cu relația: s v o -1 x x (4.58) în care: ρv - densitatea în vrac a catalizatorului, kg/m3; ρs - densitatea particulei solide de catalizator, kg/m3. In practică, porozitatea unui strat
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
m3; ρs - densitatea particulei solide de catalizator, kg/m3. In practică, porozitatea unui strat fix de particule sferice de același diametru, așezate la întâmplare, variază între 0,38 0,42. In calcule se ia valoarea medie 0,4. Porozitatea stratului fluidizat reprezintă raportul între volumul golurilor și volumul total al stratului fluidizat la viteza de fluidizare. (4.60) In criteriul Reynolds se folosește viteza de fluidizare. La calculul înălțimii totale a reactorului se va ține seama că în reactor, la partea
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
se folosește viteza de fluidizare. La calculul înălțimii totale a reactorului se va ține seama că în reactor, la partea superioară, se află un ciclon sau o baterie de cicloane. Înălțimea părții cilindrice a reactorului se admite ( 3 6 ) hstrat fluidizat. 4.3.3. CALCULUL SUPRAFEȚEI DE TRANSFER DE CĂLDURĂ Suprafața de transfer de căldură se calculează din ecuația generală de proiectare a aparatelor în care se realizează transferul de căldură. Pentru realizarea transferului de căldură se pot folosi: serpentină interioară
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
SUPRAFEȚEI DE TRANSFER DE CĂLDURĂ Suprafața de transfer de căldură se calculează din ecuația generală de proiectare a aparatelor în care se realizează transferul de căldură. Pentru realizarea transferului de căldură se pot folosi: serpentină interioară imersată în zona stratului fluidizat, schimbător de căldură orizontal cu fascicul de țevi, schimbător de căldură cu țevi în formă de U etc. Fluxul de căldură schimbat între amestecul de reacție și agentul termic se determină din bilanțul termic. Calculul coeficientului global de transfer de
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
din figura 4.6 sau se poate calcula cu ajutorul ecuațiilor: - ecuația lui Kutateladze: Fig. 4.6 Curbele de fierbere nucleică a apei în volum mare la diferite presiuni 4.3.4. DETERMINAREA CĂDERII DE PRESIUNE Menținerea particulelor solide în stare fluidizată necesită un schimb continuu de energie între agentul de fluidizare și particule. Energia cedată de agentul de fluidizare este consumată pentru învingerea frecării fluidului de particule, a particulelor una de alta, pentru modificarea energiei cinetice a particulelor și pentru frecarea
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
agentul de fluidizare este consumată pentru învingerea frecării fluidului de particule, a particulelor una de alta, pentru modificarea energiei cinetice a particulelor și pentru frecarea fluidului și a particulelor de pereții aparatului. Căderea de presiune la trecerea fluidului prin stratul fluidizat va fi: 321 PPP P (4.80) în care: P1 - căderea de presiune datorită frecării dintre fluid și particulele solide; P2 - căderea de presiune datorită frecării dintre fluid și peretele reactorului. Acest termen este neglijabil atunci când raportul dintre înălțimea și
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
stratului fix, m o - porozitatea stratului fix, m3/m3 ρf - densitatea fluidului, kg/m3. Când fluidul este un gaz, densitatea lui poate fi neglijată în raport cu densitatea solidului, iar ecuația de mai sus devine: (4.82) Reactorul cu catalizatorul în strat fluidizat poate fi operat aproape izoterm. Pentru a realiza transferul termic, se introduc serpentine în interiorul stratului. Cu un debit suficient de inert, reactorul poate fi operat și în regim adiabat. 5.1. PROIECTAREA REACTORULUI TIP AUTOCLAVĂ CU FUNCȚIONARE DISCONTINUĂ Să se
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]
-
amestecului de reacție, la temperatura medie din reactor, s-a calculat cu ecuația (1.24). Viscozitatea și conductivitatea termică s-au luat numai pentru acetilenă la temperatura medie din reactor. 5.3. PROIECTAREA UNUI REACTOR CATALITIC CU CATALIZATORUL ÎN STRAT FLUIDIZAT Să se proiecteze un reactor catalitic cu catalizatorul în strat fluidizat pentru obținerea a 500 kg/h anhidridă ftalică. Pentru proiectarea reactorului se cunosc următoarele date:randamentul în anhidridă ftalică 85 %;naftalină transformată prin oxidare în produse secundare: 2% în
Reactoare în industria chimică organică. Îndrumar de proiectare by Eugen Horoba, Sofronia Bouariu, Gheorghe Cristian () [Corola-publishinghouse/Science/91785_a_93066]