II. Tính toán cho từng lò phản ứng
II.2.3 Tính toán kích thước chính của lò phản ứn g
Lò phản ứng là loại lò xuyên tâm. Việc lựa chọn đường kính của lò phải thoả mãn sao cho tổn thất áp suất [ ] tại lớp xúc tác không vượt quá giá trị cho phép. Theo một số tài liệu thì tổn thất áp suất này được tính theo công thức:
[ ] = (Pa)
Trong đó: nP = 1 là số lò phản ứng.
[ ] = 0,5 . 0,158 . 106 = 0,79.105 (Pa)
(*) Trong đó:
- H1: chiều dày của lớp xúc tác.
- : Tổn thất áp suất trên 1m chiều dày lớp xúc tác (Pa/m). - : Độ rỗng của lớp xúc tác, m3/m3.
- : Vận tốc của dòng hơi qua lớp xúc tác, m/s. - : Khối lượng riêng của hỗn hợp khí, kg/m3. - : Độ nhớt động học của hỗn hợp khí, m2/s.
- : Đường kính tương đương của hạt xúc tác, m.
*Công thức tính các giá trị trên như sau:
Tính :
Trong đó:
VC: Thể tích hạt chất xúc tác hình cầu tương đương với thể tích một hạt xúc tác hình trụ, m3.
VTT: Thể tích hình lập phương ngoại tiếp hình cầu của hạt chất xúc tác. Nếu chọn đường kính hình trụ d= 0,003(m), và chiều cao H= 0,005(m) thì:
m3
Đường kính tương đương của hạt xúc tác
m Do đó:
= = 0,524 (m3/m3)
Vận tốc theo phương bán kính của hỗn hợp khí ở thiết diện nhỏ nhất tại lưới của ống trung tâm được tính:
Trong đó:
VG: Thể tích hỗn hợp khí đi qua tiết diện tự do trong 1 giây, m3/s. FC: là tiết diện của lưới ống, m2.
*Tính VG:
Trong đó:
G: Hỗn hợp khí ở trong lò, kg/h.
Ttb: Nhiệt độ trung bình trong lò phản ứng, oK. Z: Hệ số nén của hỗn hợp khí.
Mtb: Khối lượng mol trung bình của hỗn hợp khí, kg/kmol. Ptb: áp suất trung bình trong lò phản ứng, Pa.
(Pa).
Ttb = (oK).
Mtb = 0,0038.78+ 0,0101.84+ 0,1861.78,205 + 0,8.2= 17,299. Chọn Z = 1.
G =58872,543 (kg/h). Vậy thay số vào ta có:
VG= (m3/s).
Diện tích lưới tại ống trung tâm được tính như sau:
Trong đó:
-D1: Đường kính lưới, m. -H1: Chiều cao lưới, m.
Đường kính của lò phản ứng được chọn là 2,5 m; đường kính lưới là 0,5 m. Chiều cao của lưới xúc tác:
H1 = Hxt – 0,4
Hxt : Chiều cao của lớp xúc tác trong lò phản ứng, m. 0,4: Chiều cao của ống trung tâm không đục lỗ.
Hxt =Vxt/F.
Vxt: Thể tích xúc tác trong lò, m3. F: Tiết diện vòng giữa của các ống lọc.
Trong đó:
-D: Đường kính của lò phản ứng, m. -D1: Đường kính lưới, m.
- : Khoảng cách trong thân lò và vỏ lò, m. =0,1 m.
-2.0,02: là tổng chiều dày của thân và vỏ ống trung tâm. Vậy: Hxt= 34,018/3,8132 = 8,921 (m). Vậy: H1 = 8,921 - 0,4 = 8,521 (m). FC = 3,14. 0,5. 8,521= 13,378 (m2). Do đó: = VG/FC = 2,0297/13,378= 0,1517 (m/s). +Khối lượng riêng của hỗn hợp phản ứng:
Trong đó:
- : khối lượng riêng của cấu tử i, kg/m3. -yi: phần mol của cấu tử i.
(kg/m3).
Trong đó:
-yi : Phần mol của cấu tử i trong hỗn hợp.
- : Độ nhớt động học của cấu tử i tại nhiệt độ phản ứng, m2/s.
Bảng 36. Độ nhớt động học của các cấu tử ở 230oC Cấu tử yi .106, m2/s yi/( .106) P5 0,1036 6,716 0,015426 P6 0,0825 5,352 0,015415 CnH2n 0,0101 0,265 0,038113 CnH2n-6 0,0038 0,277 0,013718 H2 0,8000 295 0,002712 0,085384 Từ kết quả tính toán ta được:
Thay vào (*) ta được:
= 20865,9081 Pa/m. Chiều dày của lớp xúc tác:
= 0,88.20865,9081= 0,1836.105 (Pa). Ta thấy:
< [ ] = 0,79.105, Pa. Do đó: D = 2,5 (m) là thoả mãn. Khi đó, chiều cao là:
H = Hxt + 0,2 + ( h + hb) +0,225 + ( h + hb) + 0,425 hb = 0,25. D = 0,625 h = 0,08 ; Hxt = 8,921 H = 8,921+0,2 +(0,08 + 0,625) + 0,225 + (0,08 + 0,625) +0,425 H = 11,181(m). Qui chuẩn thành 11,5 (m).
Vậy lò phản ứng 1 có D = 2,5 (m) và chiều cao H = 11,5 (m).