Пример 15.

Производительность реактора электрокрекинга метана равна 650 кг ацетилена в час. Пиролиз ведут при 1600 °С и 0,18 МПа; степень конверсии метана 55%; селективность по ацети­лену 72%. Определить размеры реакционной камеры, если время реакции равно 0,001 с, а линейная скорость газов в камере составляет 835 м/с. Коэффициент увеличении объема газов принять равным 1,4.

Решение. Уравнение реакции:

2СН₄ → С₂Н₂ + 3Н₂

2·22,4м³ 26 кг 3·2 кг

Объемный расход метана с учетом степени конверсии и селективности по ацетилену:

Объемный расход метана в условиях пиролиза:

Объемный расход газов в реакционной камере с учетом увеличения объема газов при пиролизе:

10780·1,4 = 15092 м³/ч или 4,19 м³/с

Объем реакционной камеры:

4,19 · 0,001 =0,00419 м³

Площадь поперечного сечения реакционной камеры:

4,19 : 835 = 0,00502 м²

Диаметр реакционной камеры:

Высота реакционной камеры:

0,00419 : 0,00502 = 0,83 м или 835 · 0,001 =0,83 м

Пример 16.

_{Степень конверсии метана и одноканальном реакторе окислительного пиролиза 91 %. селективность по ацетилену 33 %. Объемное соотношение метана и кислорода в исходной газовой смеси 1 : 0,64; коэффициент увеличения объема газов при пиролизе 6,4. Определить время пребывания газовой смеси в реакционной камере реактора, имеющего производительность 1,2 т ацетилена в час, при скорости смеси в камере 300 м/с. если соотношение высоты камеры и ее диаметра равно 5:1.}

_{Решение. Уравнение реакции пиролиза:}

_{2СН4 →С2Н2 + 2Н2}

_{2·22,4 м3 26 кг 2·2 кг}

_{Объемный расход метана с учетом степени конверсии и селектив­ности:}

_{Объемный расход кислорода:}

_{6885,4 · 0,64 = 4406,7 м3 /ч}

_{Объемный расход газовой смеси (с учетом коэффициента увеличения объема газов):}

_{(6885,4 + 4406,7) 6,4 = 77269,4 м3/ч или 20,07 м3/с}

_{Площадь сечения реакционной камеры:}

_{20,07 : 300 = 0,067 м3}

_{Диаметр реакционной камеры:}

_{Время пребывания газовой смеси в реакционной камере:}

_{Пример 17. Производительность трубчатого реактора 5000 кг Этилена -в час, степень конверсии этана 78,1%, селективность по эти­лену 70%. Определить площадь поверхности теплообмена труб радиантной секции, если удельный расход этана на 1 м2 поверхности равен 40 кг/ч.}

_{Решение. Уравнение реакции:}

_{СН3 — СН3 ↔ СН2 = СН2 + Н2}

_{3 0 кг 2 8 кг 2 кг}

_{Массовый расход этана для получения 5000 кг этилена в час, с учетом степени конверсии и селективности:}

_{Площадь поверхности теплообмена труб радиантной секции:}

_{9800 : 40 = 245 м2}

Пример 18.

_{Производительность трубчатого двухпоточного реактора 5 т этилена в. час. Этан поступает на пиролиз в смеси с водяным паром в мольном соотношении 7:1. Определить массово скорость парогазовой смеси в трубах, если диаметр трубы змеевика 124 мм, а выход этилена 54% в расчете на исходный этап.}

_{Решение. Уравнение реакции:}

_{30 кг 28 кг 2кг}

_{Массовый расход этана для получения 5000 кг этилена в час, с учетом.,54%-иого выхода:}

_{Массовый расход водяного пара:}

_{Массовый расход парогазовой смеси на входе в реактор:}

_{9920,6 + 850,4 = 10771 кг/ч или 3,0 кг/с}

_{Массовый расход парогазовой смеси в расчете на 1 поток на вход в реактор:}

_{m= mпгс/n = 3,0 : 2 = 11,5кг/с}

_{Площадь поперечного сечения трубы змеевика:}

_{S= 0,785 (0,124)2 = 0,012 м2}

_{Массовая скорость паро-газовой смеси в трубах:}

_{1,5 : 0,012 = 125 кг/(м2·с)}

Пример 19. Производительность четырехпоточного реактора пропилену 1350 кг в час, исходное сырье (пропан и водяной пар подают в массовом соотношении 1: 1,5, тепловая напряженности 1 м² площади поверхности радиантных труб 92 кВт, количество передаваемой теплоты 3280 кДж на 1 кг поступающей смеси. Определить длину труб радиантной секции одного потока, если диаметр трубы равен 102 мм, а степень конверсии пропана в пропилен составляет 19%.

Решение. Уравнение реакции:

С₃Н₈ ↔ С₃Н₆ + Н₂

44 кг 4 2 кг 2 кг

Массовый расход пропана по этой реакции:

Массовый расход пропана с учетом степени конверсии:

Массовый расход смеси пропана с водяным паром:

7443,63 · 2,5 = 18609 кг/ч

Массовый расход смеси на один поток:

18609 : 4 = 4652,25 кг/ч

Расход теплоты (исходя из условий процесса):

_{Необходимая площадь поверхности теплообмена:}

_{4238 : 92 = 46 м2}

_{Длина труб радиантной секции определяется по формуле F= πdl:}

_{Пример 20.}

_{Производительность установки одностадийного дегидрирования н-бутана в бутадиен-1,3 составляет 3000 кг/ч. Определить объем контактной массы, если объемная скорость пара н-бутана составляет 250 , объемное соотношение катализатора теплоносителя равно 1:2,2, степень конверсии н-бутана 20%, а селективность по бутадиену 54,5%.}

_{Решение. Уравнение реакции:}

_{С4Н10 ↔ С4Н6 + 2Н2}

_{22,4 м3 54 кг}

_{Объемный расход н-бутана по этой реакции:}

_{Объемный расход н-бутана с учетом 20%-ной степени конверсии}

_{1244,44 : 0,2 = 6222,2 м3/ч}

_{Объемный расход н-бутана с учетом 54,5%-ной селективности:}

_{6222,2 : 0,545 = 11417 м3/ч}

_{Объем катализатора в реакторе:}

_{11417 : 250 = 45,67 м3}

_{Объем контактной массы:}

_{45,67 (1 + 2,2) =146 м3}

_{Пример 21.}

_{На установке каталитического- дегидрирования изобутана с псевдоожиженным слоем катализатора получено 12920 кг изобутена в час. Определить диаметр и высоту реактора, если степень конверсии изобутана равна 40%, селективность по изобутену 75,8%, объемная скорость паров изобутана 436 ч плотность паров изобутана в условиях процесса 2,59 кг/м3, насыпная плотность катализатора 800 кг/м3, плотность псевдоожиженного слоя 400 кг/м3 соотношение H/D равно 1,4, высота отстойной зоны 4,5 м.}

_{Решение. Уравнение реакции:}

_{изо-С4Н10 ↔ изо-С4Н8 + Н2}

_{58 кг 56 кг 2 кг}

_{Массовый расход изобутана по этой реакции:}

_{Массовый расход изобутана с учетом 40%-ной степени конверсии:}

_{Массовый расход изобутана с учетом 75,8%-ной селективности:}

_{Объем катализатора:}

_{Объем псевдоожиженного слоя (m=V/р):}

_{Учитывая что H/D — 1,4, диаметр реактора:}

= 4,15 м

_{Высота псевдоожиженного слоя:}

_{Нс = 4,15 · 1,4 = 5,81 м}

_{Общая высота реактора равна высоте псевдоожиженного слоя и отстойной зоны:}

_{Н=5,81 +4,5 = 10,31 м}