Расчет реакторов с псевдоожиженным слоем катализатора

Расчет таких реакторов заключается в определении основных размеров реактора.

Скорость, необходимая для перевода неподвижного слоя частиц катализатора в псевдоожиженное состояние зависит от физических свойств газа и частиц.

В критериальном виде эта зависимость имеет вид:

Re=f(Ar)

Для процессов псевдоожижения удалось получить простые степенные уравнения, которые имеют следующий вид:

- для расчета скорости начала псевдоожижения:

 

- для расчета скорости уноса частиц слоя:

 

Скорость газа рассчитывается на полное сечение аппарата, т.е для нахождения псевдоожиженного состояния используется не действительная скорость газа в пустотах слоя катализатора, а приведенная скорость, равная расходу газа деленному на площадь поперечного сечения аппарата.

Скорость уноса соответствует выносу частиц из слоя, т.е. режиму пневмотранспорта, следовательно, рабочая скорость газа должна находиться в пределах:

И_кр <И_раб <И_ун

Отношение рабочей скорости к критической есть число псевдоожижения. Максимальное значение числа зависиот от величины крит. Ar.

И_ун/И_кр=70 при Ar=50

И_ун/И_кр=10 при Ar=10⁶

Таким образом, для крупных и тяжелых частиц число псевдоожижения может достичь 10, а для мелких – 70.

При И_раб/И_кр=2 – полное перемешивание частиц в псевдоожиженном слое.

Гидравлическое сопротивление псевдоожиженного слоя с увеличением скорости не возрастает как в неподвижном слое катализатора, а остается величиной постоянной, равной весу слоя частиц, деленному на площадь поперечного сечения аппарата. С ростом скорости газа происходит лишь увеличение порозности слоя.

Расчет основных геометрических размеров реактора с псевдоожиженным слоем ведут, опираясь на уравнение мат баланса РИС-Н, т.к их гидродинамические режимы схожи.

Для реактора данного типа можно написать:

 

Тогда время контакта реагента с катализатором можно записать:

 

- мольный поток реакционной массы; - объемный поток; - скорость гетерогенно-каталитического процесса, определяемая лимитируемой стадией; Vkat – объем катализатора; Xi – степень превращения; Ci,o – концентрация реагента на входе в реактор; Ci – концентрация реагента на выходе из реактора.