книги / Расчеты химико-технологических процессов
..pdfПри гетерогенном катализе на твердых пористых катализато* рах уравнения кинетики имеют различные формы в зависимости от стадии, лимитирующей общую скорость процесса.
а. В области внешней диффузии общее уравнение массопередачи имеет вид
1 |
dG „род |
у. |
- ч |
(VI. 15> |
и ~~ S |
dx |
~ * м ( САг ” |
с Аг) |
|
где k№— коэффициент массопередачи, м/ч |
(kMдля |
разных уело-» |
вий можно найти в литературных источниках или определить экспериментально); Сдг — концентрация основного реагента А
в газе, моль/м3; Сдг — равновесная концентрация реагента А у по
верхности катализатора, моль/м3.
Для нахождения размеров реактора иногда пользуются мето дом определения величин высоты единицы переноса массы (ВЕП) и числа единиц переноса. Высота каталитического реактора равна произведению ВЕП на число единиц переноса Z:
# Р = ВЕП2 |
(VI..16) |
Здесь
ВЕП * O f/(M CpkHSyapCp) |
(VI. 17) |
где Gr — массовая скорость газа, кг/(м2*ч); Мср — средняя молеку* лярная масса компонентов газового потока; рсР — среднее лога рифмическое парциальное давление реагента А в пленке газа у поверхности катализатора
|
(^ + раРа) - ( р + ^ а) |
(VI. 18) |
|||
Рср~ |
1п[(Р + РаРа)/(Р + рА(Ра)] |
||||
|
|
||||
где Ра— парциальное |
давление |
реагента А, |
Па; рЛ/ — парци* |
||
альное давление реагента А на |
поверхности |
катализатора, |
Па; |
||
Ра— изменение числа молей реагента А в результате реакции |
(на |
||||
1 моль исходного вещества А). |
|
|
|
Значение ВЕП иногда определяют по эмпирическим уравнение ям вида
5удВЕП = В Rem (Рг')п |
(VI. 19) |
где В — эмпирический коэффициент;
Rcnp = dnpGrf(pt D) |
и Рг* — |»г/(РгО) |
Здесь dnр — приведенный диаметр |
частиц катализатора, м; £> — |
коэффициент диффузии реагента А в газе, м2/ч; рг и рг— вязкость и плотность газа при данных Р и Т в реакторе.
Число единиц переноса рассчитывают по уравнению
РА, |
________ Pep d pA___________Г |
NAJ |
.... - |
у __ Г |
_________ ^ср^А» >«»А________ |
||
) |
(^ + РаРа)(Ра - /» А|) " |
) (1 + " аРа)(* л - Л \ ) |
20) |
V |
|||
РА |
|
|
|
Ш
где NA и ЛГд. — мольная доля реагента А в газе и на поверхно
сти катализатора; iVcp = pcp/P— среднее логарифмическое значелие концентрации реагента А в пленке газа.
Число единиц переноса определяется на ЭВМ либо методом приближенного графического интегрирования уравнения (VI. 20) с использованием графика, на оси ординат которого отложены
значения рА, а на оси абсцисс — значениерср/£(Р + |
РАРА) (РА““ PA/)]t |
|
б. |
В области химической кинетики форма |
уравнения зависит |
от лимитирующей стадии поверхностного взаимодействия. Напри мер, для газовой реакции, протекающей в присутствии инертного вещества
А + В R + S
при лимитирующей стадии адсорбции компонента А на поверх ности катализатора кинетическое уравнение имеет вид:
|
|
( |
PR PS \ |
|
—иД= |
KQKSPJSPR + |
1 |
РА---К р Р в ) ______________ |
(VI. 21) |
1 + |
KBPQ+ KRPR + KsPs + ^ин^иы |
|
Если лимитирующей стадией является поверхностное взаимодей ствие адсорбированных молекул А и В, то:
|
. ( |
PR - |
P S \ |
|
|
|
* |
д |
J |
|
|
“А “ |
(> + К л Ра + * в Р в + KRPR + |
K S PS + |
<VI22) |
||
Соответственно при лимитирующей стадии— десорбции: |
|||||
|
и ( Ра Рв |
PR ~ PS \ |
|
||
_______________ V PS |
* P |
) |
(VI. 23) |
||
A |
1+ KAPA+ %BPB + ЯрРАРв/Ps + КИНР„„ |
||||
|
|||||
В уравнениях |
(VI. 21)— (VI. 23) |
/Ср — константа |
равновесия |
||
поверхностной реакции; / ( а, К в, KR, |
KS — константы |
равновесия |
адсорбции исходных компонентов газовой смеси и продуктов ре акции; Кии — константа равновесия адсорбции инертного вещества,
в. В области внутренней диффузии, например для реакции пер вого порядка или псевдомономолекулярной, средняя скорость ре акции внутри поры
1
*S a
* 1 - 1 И
d G A
d x — fesCA,.V
d G A
d x “ *CArV
(VI. 24)
(VI. 25)
Здесь So и vn— поверхность и объем поры; k s— константа скоро сти реакции, отнесенная к единице поверхности катализатора, м/ч;
112
у — поправочный множитель, характеризующий степень использо вания внутренней поверхности поры; у = Сх/Схг где Сд —средняя концентрация компонента А внутри поры; Саг — максимально возможная концентрация компонента А у поверхности катали затора.
Суммарную скорость каталитического процесса для реакции первого порядка можно определить, комбинируя уравнение для скорости массопередачи
1 |
dGA |
, |
щч |
« — т |
т г - Ч |
Ч |
- сО |
с уравнением-диффузии и реакции внутри частицы:
1 |
dGA |
ЛСА у |
w = --------- |
dx---- |
|
с0 |
Аг |
Исключив неизвестную величину поверхностной концентрации продукта Сдг, получаем:
1 |
dOA |
1 |
.. |
■ 5 |
dx |
~ [S/(*vt>n)l + <1/M |
или
n |
A |
(VI. 26) |
|
|
1 |
dOA |
1 |
сл |
(VI. 27) |
и = |
dx ~ |
|||
оп |
|i/(»v)H -W № *S)J |
|
r |
-D м/ч).
частиц катализатора радиуса г имеем, на-
пример
l |
dGx |
l |
|
|
A |
(VI. 28) |
|
S |
dx ~ |
||
I3/(ftv<-)l + 0M«) C\ |
Кинетические расчеты в совокупности с материальными и теп ловыми балансами позволяют определить основные размеры ка талитического реактора. Важнейшими задачами расчетов являет ся также определение гидродинамических параметров реактора н поверхности теплообменных элементов.
Основные уравнения химической кинетики, а также закономер ности тепло- и массообмена не имеют существенных различий для реакторов с фильтрующим, кипящим (КС) или движущимся слоем катализатора. В кинетических уравнениях, характеризующих ре акторы кипящего слоя, изменяются лишь абсолютные величины составляющих этих уравнений по сравнению с неподвижным слоем. Так, значения k во взвешенном слое могут увеличиться в 3—10 раз за счет изотермического режима в реакторе КС, по срав нению с. адиабатическим в реакторе фильтрующего слоя, с одно временным увеличением эффективной (используемой) поверхности катализатора. Движущая сила процесса АС в результате переме шивания п реакторе КС может значительно понизиться, по сравне нию с реактором фильтрующего слоя, работающим в режиме.
из
близком к идеальному вытеснению. Понижение АС тем больше, чем больше заданная степень превращения и выше порядок ка талитической реакции. При малых степенях превращения и пер вом или псевдомолекулярном порядке реакции (частом для ^аталитических реакций) значения АС мало отличаются.
Основными гидродинамическими характеристиками реактора кипящего слоя служат прежде всего величины, определяющие пре делы существования взвешенного слоя — критические скорости взвешивания и уноса частиц катализатора. Кроме того, валяными характеристиками каталитических реакторов являются коэффи циент теплопередачи и гидравлическое сопротивление слоя ДА
Скорость начала взвешивания иу03в можно определить по фор муле
|
Цевзп = |
Аг/(1400 + 5,22 УЙ г) |
(VI. 29> |
||
где ReD50=!£'t,3A a,/v |
и A r= (g d 3„ T/v2)[(p T- p r)/pr]; dm — диа* |
||||
метр зерна |
катализатора, |
м; |
v — кинематический коэффициент |
||
вязкости, м2/с; рт, рг— плотности твердых частиц |
катализатора к |
||||
газовой смеси; g — ускорение свободного падения. |
|
||||
Истинная скорость начала взвешивания |
|
||||
|
|
|
©ист — и»вээ/е |
(VI. 30> |
|
где е — порозность кипящего слоя. |
|
||||
Число взвешивания (псевдоожижения) |
|
||||
|
|
|
W = |
и>/а>азВ |
(VI.31> |
где w — фактическая |
(рабочая) |
скорость газа. |
с точностью, до |
||
Уравнение |
(VI. 29) |
позволяет определить |
статочной для технических расчетов. Более общей, для расчета широкого диапазона скоростей является формула
Юист = 0,5 V (94v/d)* + 3,7 (Pr/Pr) d - 47y j d (VI. 32>
Скорость газа, отвечающую уносу частиц доун, можно опреде лить из соотношения
Rey„ = Агмин/(18 4- 0,6 У Агмнк) (VI. ЗЗу
в котором Агмин определяется для наиболее мелких частиц твер дого материала с dMин.
Мерой предела существования взвешенного слоя служит соот ношение:
Юун/гоюв = (1400 + 5,22УАг)/(18 + 0,6 л/кт) (VI. 34>
При малых значениях Аг (мелкие частицы) Шун/^оэв -*■ 80, для больших значений Аг (крупные частицы) wyH/tа?взв->8. Для час тиц с *2кат = 0,2—4 мм, наиболее часто употребляемых в катали тических реакторах, юУи — (10-г- 15)tcfD3D,
Расчет поверхности теплообмена F, необходимый для отвода (подвода) теплоты из слоя катализатора, производят по общему
114
уравнению теплопередачи:
Q = kTF Ых |
(VI. 35) |
где kr — коэффициент теплопередачи.
Движущую силу теплопередачи At определяют по заданной температуре в слое tCa и температуре хладагента (теплоносителя) i Xfl. В кипящем слое благодаря перемешиванию наблюдается высо кая интенсивность переноса теплоты от зерен катализатора к по верхности теплообмена (или в обратном направлении), в резуль тате чего обеспечивается изотермический режим по высоте слоя и яо его сечению.
Для реакторов с фильтрующим слоем катализатора, работаю щих в адиабатическом режиме, в случае отсутствия теплообмен ных устройств конечную температуру реакционной смеси tK0н
можно определить по заданной начальной температуре t„i4 |
|
^кои = ^нач ^р^продЛ7 |
(VI. 36) |
где <7р— тепловой эффект реакции, Дж на моль продукта; СпРод — безразмерная концентрация продукта в реакционной смеси; с — средняя теплоемкость реакционной смеси, Дж/(моль-°С).
Коэффициент теплопередачи kr определяют по формуле
Ih = l/(l/at + l/a2 + бсгАст) |
(VI. 37) |
где бет — толщина стенки теплообменного элемента, м; «ь а 2 —
коэффициенты теплоотдачи, Дж/ (м2-ч*°С); |
— коэффициент |
теплопроводности стенки, Дж/ (м • ч •°С). |
|
При расчете реакторов с фильтрующим слоем катализатора •обычно определяют размеры теплообменников, расположенных вне слоев катализатора и предназначенных для отвода теплоты между стадиями катализа. Для этого производят тепловые расчеты с целью определения тепловых потоков, температур газа в различ ных точках реактора и т. п.
В реакторах взвешенного слоя благодаря изотермичности теп лообменники располагают внутри слоев катализатора и реакци онную теплоту отводят (или подводят) одновременно с протека нием каталитического процесса. В этом случае уравнение (VI. 37) приобретает вид
kf — 1/(1/с*пзп + ^стМст+ |
I/Пхл) |
(VI. 38) |
тде a fl3B — коэффициент теплоотдачи от |
взвешенного слоя |
к по |
верхности теплообмена; а Хл— коэффициент теплоотдачи от стенки •теплообменника к хладагенту.
Значение а Вэо во много раз превышает коэффициент теплоот дачи от неподвижного слоя. Для расчета а 03в при режиме высокой
турбулентности, т. е. при скорости газа wr. опт, |
отвечающей макси |
мальному значению а оза, применяется формула: |
|
Nu„aKc = 0,86Аг0,2 |
(VI. 39) |
-При Wr < Wr, опт |
|
Nu = 0,08Re°‘65Ar0'1 |
(VI. 40) |
115
В уравнениях (VI. 39) н (VI. 40)
Nu = Свэо^кат/^г
где Хг— коэффициент теплопроводности газа, Д ж /(м*ч-0С). Тепловой расчет реакторов с движущимся катализатором, в ко
торых осуществляются главным образом эндотермические реак-. ции, имеет характерные особенности. Одна из задач расчета — определение начальной температуры каталитического процесса а так называемой зоне интенсивного теплообмена. Теплообмен про исходит между нагретыми до высокой температуры частицами ка тализатора и потоком сырья (обычно парогазовая смесь).
Гидравлическое сопротивление фильтрующего слоя катализа тора можно определить по формуле
л р “ « ( * м . » К ) ( р, Ч / 2И |
(VI.41) |
где I — коэффициент сопротивления; Я0— высота |
неподвижного |
слоя, м; 5 ВНеш— удельная внешняя поверхность зерен катализато ра, м2/м3; щ — фиктивная скорость газа, м/с; ео— порозность не подвижного слоя.
При Re < 50 коэффициент сопротивления £ = 220/Re; при Re > 50 1 = 11,6/Re0*25.
Гидравлическое сопротивление взвешенного слоя катализато ра АР определяют из условий существования взвешенного слоя,, т. е. из равенства сил трения газа о частицы и силы тяжести час тиц; условием равновесия для слоя высотой Н служит выражение
АР * gpr (1 — ё) Я (VI. 42 >
где е— средняя порозность взвешенного слоя (в рабочем |
состоя |
нии). |
|
Для расчетов с достаточной точностью можно принять |
|
А Р -^ Р н Я о |
(VL42a> |
где ре — насыпная плотность взвешенных частиц катализатора, кг/ма.
Высота взвешенного слоя катализатора Я:
Н — Н0(1 - е0)/(1 - е) (VI. 43>
Для расчета порозности неоднородного взвешенного |
слоя |
часто применяют формулу, определяющую е через Аг и Re: |
|
е — |(I8Re - f О.ЗбД^/Аг]0*21 |
(VI. Щ |
Расчет каталитического реактора производится в определенной последовательности. Например, возможны следующие стадии рас чета многополочного реактора для проведения обратимой экзо термической реакции в газовой фазе на твердом катализаторе:
I. Составление ориентировочной таблицы распределения вы ходов к температур по полкам (или построение х — /-диаграммы). Вычисление констант равновесия, определение равновесного вы хода по формулам Хр =*/(Г 0) и построение равновесной кривой
116
(рм. также главы II и IV). Расчет оптимальных температур для каждой стадии процесса и построение кривой оптимальных тем
ператур |
[уравнения |
(IV. 15), (IV.33), |
пример |
11, глава IV]. |
|
|
2. |
в |
Составление |
материального |
баланса |
(см. главу I) для ре |
|
актора |
целом и по стадиям катализа (по |
полкам реактора) |
с |
|||
применением х — /-диаграммы (распределение выходов). Опреде |
||||||
ление |
расхода газа Vr и его компонентов на |
входе в реактор, |
на |
|||
выходе и на каждой стадии процесса. |
|
|
|
3*. Определение гидродинамических параметров работы реак тора— ориентировочный расчет и выбор оптимальных размеров, зерен катализатора, расчет критических скоростей взвешивания и уноса частиц [уравнения (VI.29)— (VI.34)], определение рабочей скорости газа в реакторе.
4. Определение объема загружаемого катализатора уКат по ста диям процесса (полкам) и по всему реактору. Для этого служат кинетические уравнения общего типа (VI. 13) и (VI. 14). Констан ту скорости реакции определяют по уравнениям (IV. 27) и (IV. 28). Расчетом или графическим способом (см. главу V) определяют время соприкосновения газа с катализатором в каждом слое (или в реакторе) т, необходимое для обеспечения заданного значения х. По известному t и по данным материального баланса находят объем катализатора пКат с учетом коэффициента запаса <рз, опре деляемого обычно по практическим данным.
5. Определение основных размеров реактора — площади сече ния s, внутреннего диаметра D, высоты неподвижного слоя Н0— по данным материального баланса (Vr), по найденным значениям рабочих скоростей газа wr, объема катализатора 1/кат, оптималь ных температур Гопт.
6. Определение гидравлического сопротивления слоев катали затора и реактора по формулам (VI.41)— (VI.44).
7. Составление теплового баланса по полкам реактора и рас чет поверхности водяных холодильников*, погруженных во взве шенный катализатор, для отвода теплоты из слоя [формулы- (VI. 35)— (VI. 40)].
РАСЧЕТЫ КАТАЛИТИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ И РЕАКТОРОВ
Пример 1. Определить производительность 1 м3 катализатора синтеза аммиака при следующих условиях: концентрация [% (об.) 1
аммиака в конечном газе (на |
выходе из реактора) |
Скок — 26,5, & |
||||
начальном |
газе |
(на входе в |
реактор) |
Снач = 2,7. Объемная |
ско |
|
рость газа |
Vo6 = |
45 000 м3/(ч *м3) • |
|
|
|
|
Р е ш е н и е . Синтез аммиака основан на |
экзотермической |
обратимой |
реак |
|||
ции Nt + 34j |
2NHs, идущей |
с уменьшением объема н требующей |
боль |
шой энергии активация. Процесс ведут в промышленности в присутствии катали • затора прп высоком давлении, повышающем равновесную степень превращения, и высокой температуре, обеспечивающей достаточно большую скорость процесса, но в известной мере смещающей равновесие в сторону исходных продуктов
* Для расчета реакторов со взвешенным слоем катализатора.
11Т
Катализатором синтеза аммиака служит железо с активаторами К*0, А120 * S i0 2, СаО. Однако и в оптимальных условиях проведения процесса фактический
выход аммиака невелик [л = 18—22% (об.)]. Поэтому процесс ведут по цикли* ческой схеме. D колонну синтеза подают циркуляционный газ, содержащий не* •сконденсировавшийся в холодильниках аммиак, и свежую азотоводородную •смесь в количестве, компенсирующем полученный продукт и потери.
Выход х аммиака отвечает его содержанию в азотоводородной смеси, выходящей из реактора. В нашем случае
X |
Скон |
Снач |
26,5 •—2,7 |
23,2% (об.) или |
х «= 0,232 мол. доли |
|
100 + |
Скон |
102,7 |
||||
|
|
|
Производительность |П, кг/(ч*м3)) катализатора в колонне •синтеза аммиака при данном давлении и составе азотоводородной •смеси определяют по формуле, аналогичной (VI. 6)
П = 0,771хУобр |
(VI. 45) |
Здесь 0,771 — масса 1 мэ NH3, кг; р — коэффициент, характери зующий уменьшение объема газа в результате реакции синтеза ам миака, определяемый по формуле:
п |
100+ Си» |
100+ 2,7 |
(VI. 46) |
|
р |
100 + Скон |
ЮО + 26,5 |
||
■ |
||||
П = 0,771 •0,232 •45 000 •0,81 = 6500 |
кг/(ч • м3) |
Пример 2. Определить объем катализатора иКат в колонне син теза аммиака и время контакта т газа с катализатором по следую щим исходным данным: производительность реактора 96 т NHs в сутки; давление Р = 80 МПа; температура / = 500°С; объемная скорость Уоб = 60000 ма/(ч*м3); степень превращения * * = 2 0 % . Свободный объем катализатора Уса — 30% от общего его объема. На 1 т NH3 расходуется 3000 м8 азотоводородной смеси. Для уп рощения расчета наличие инертных примесей в газе (Аг -j- CHJj не учитывать.
Ре ш е н и е . Производительность реактора:
П= 96/24 «= 4 т/ч
Расход циркулирующего газа с учетом степени превращения!
Vp = 4- 3000/0,2 « 60 000 м3/ч
Объем катализатора:
«кат =■ VrlVoe = 60 000/60 000 = 1 И3
Для определения рабочего расхода газа VP (приведенного к условиям синтеза) воспользуемся значением коэффициента сжи маемости азотоводородной смеси: f = PVPl(PoVo)- Значения f в зависимости от давлений и температур приведены в справочниках и специальных монографиях*. Для условий данной задачи, т. е. при Р*= 80 МПа и / = 500°С, можно определить значение f = 3,5 экстраполяцией от более низких температур, поскольку измене-
* Бласяк Е., Лайднер К, Павликооский С. и др. Технология связанного азота. Синтетический аммиак. Пер. с польского. М., Госхимвздат, 1961, с. 460.
418
ние коэффициентов сжимаемости с повышением температуры про исходит почти линейно. Тогда рабочий расход азотоводородной
смеси
Vp= fP<yQfP = 3,5.0,0981 • 60 000/80 = 264 мЛ/ч
Время контакта |
газа с катализатором [формулы (VI. П) и |
(VI.12)]: |
veQ•3600/Рр — 1.0,3 • 3600/264 = 4,1 с |
т = |
Пример 3. В лабораторном реакторе ведется изучение процесса окисления метанола в формальдегид на твердом оксидном катали заторе избирательного действия. Установка имеет циркуляционную схему с выводом продукта из цикла. Скорость циркуляции смеси через установку (с помощью насоса) во много раз превышает скорость подвода исходного газа и отвода продукта, и степень превращения за один проход газа через реактор составляет очень малую долю общей степени превращения. Окисление метанола идет по необратимым реакциям:
СНзОН + 0,50а “ |
СН,0 -f Н20 |
(1) |
СНаО -f 0,50а = |
СО + Н20 |
(2) |
Определить константы скоростей реакций (1) и (2) в присут ствии избирательного катализатора по следующим исходным дан
ным: расход газа УГ== Ю л/ч; объем |
катализатора |
цКат = |
5 см3; |
начальная концентрация С Н зО Н в |
метаноло-воздушной |
смеси |
|
Ссн$он=*6,5% (об.); общая степень |
превращения |
С Н зО Н |
х\ = |
= 0,98; степень превращения С Н 3О Н |
в продукт (формальдегид) |
=0,9.
Ре ш е н и е . Реактор можно считать безграднентным, т.е. принять, что сте пень превращения н скорость реакции постоянны по всему его объему. Скорости
реакций |
(1) и |
(2) в общем |
виде определяются уравнением (IV. 1): щ — ^ДС» |
||||
и аа = |
£JACJ. |
Необратимые |
реакции (1) |
и |
(2) можно полагать |
псевдомономо- |
|
лекулярными, |
поскольку один из реагентов |
(кислород |
воздуха) |
присутствует |
|||
в большом избытке. Поэтому |
|
|
|
|
|
||
|
|
И, = *,/T — 6, (1 — *i) ССНзОН |
|
|
|||
Здесь |
«2 = Сс0/Х <= ССНаон (*1 |
*г)/т — ^CHjOHX2 |
|
||||
=* 0/Т ) [дс,/(1 - ХхП, |
к 9 = (1/т) [ ( * - |
X2)/JC>! |
|
||||
|
|
|
Время контакта с катализатором:
|
х = |
vK„IVT= 5/10000 = 5 . Ю"4 ч |
|
|
|
Константы скоростей реакций (1) и (?): |
|
||
ki |
0,98 |
= 0,98* 105 q~V к9 |
0,98 - |
0,9 |
(1 — 0,98). 5 - 10“ 4 |
|
1,78.102 ч” 1 |
||
|
|
0,9‘5. ИГ4 |
Соотношение констант &I/&2= 5,5*102 показывает, что в резуль тате избирательного действия катализатора скорость целевой реакции (I) образования формальдегида больше скорости побоч ной реакции (2).
119
Пример 4. По данным лабораторного исследования, рассмот ренного в примере 3, определить размеры однополочного реактора КС производительностью П = 15000 т в год формалина с концент рацией 37% СНгО: диаметр реактора £>; объем катализатора; оысоту слоя катализатора (в покое). Линейная скорость газа ®уг=г
= 0,6 м/с.
Р е ш е н и е . Формалин — это водный раствор формальдегида. Расход формалина в соответствии с заданной производитель
ностью составляет 1900 кг/ч. Отсюда |
расход |
формальдегида: |
|||||
1900-0,37 = |
703 |
кг/ч. Расход метанола |
на |
образование продукта! |
|||
703* 32 |
703*32 аал |
„ |
_ |
834*22,4 |
564 ма/ч |
||
'CHjOH. |
30*1 |
“ 30*0,9 |
834 кг/ч или |
КСНзОН |
32 |
||
|
|
|
|
Расход исходной газовой смеси:
Кг «= 584/0,065 = 8960 м3/ч
Определяем D, исходя из заданной линейной скорости газа
VT= |
as •3600 = w •0,7850* • 3600 = |
0,6 * 0,7850* * 3600 |
откуда D = 2,3 |
м и площадь сечения |
реактора s = 0,785 *2,3* = |
= 4,15 м2. |
|
|
Время контакта газа с катализатором принимаем по данным
лабораторных исследований (пример 3) т = |
5*10~4 ч. Отсюда объ- |
-ем катализатора Нкат=Кг т = 8960*5*10~4 = |
4,48 м8 и высота его |
СЛОЯ! |
|
Я = скат/5 — 4,48/4,15« 1,08 и |
Пример 5. Для тех же условий, а также заданных и найденных ранее параметров (см. примеры 3 и 4) ориентировочно опреде лить объем катализатора в реакторе КС для окисления метанола в формальдегид при секционировании реактора на три слоя. За
данная степень превращения х\ = |
0,98. |
Р е ш е н и е . Известно (см. главу V), |
что при увеличении числа ступеней в |
каскаде реакторов смешения (или числа |
полок в реакторе КС) распределение |
времени пребывания приближается в пределе к распределению времени пребы вания в реакторе идеального вытеснения. Поэтому производим ориентировоч ный расчет времени контакта газа с катализатором для трехсекднонного аппа рата КС по кинетическим уравнениям, характерным для режима вытеснения.
Расчет ведем по кинетическому уравнению реакции первого
порядка |
(IV .22а): |
|
|
|
|
||
|
|
х) |
или |
x-£ j = |
kt d% |
|
|
|
Отсюда: |
|
|
|
|
||
|
0.9Й |
|
|
2,3-0,02 |
Ш-5 4 |
||
’ - |
г ! |
7 Г Т = Т Г [,n (l~°-9в>- |
ln( i - |
oj] => |
|||
0,98 *105 |
|||||||
Значение константы скорости реакции |
окисления |
метанола |
|||||
= |
0,98-105 ч-1 найдено в примере 3. |
|
|
|
120