Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 133 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148 149 150 [ 151 ] 152 153 154 155 156 157 158 159 160 161 162 163 164 165 166 167 168 169 170 171 172 173 174 175 176 177 178 179 180 181 182 183 184 185 186 187 188 189 190 191 192 193 194 195 196 197 198 199 200 201 202 203 204 205 206 207 208 209 210 211 212 213 214 215 216 217 218 219 220 221 222 223 224 225

ней, и образующаяся смесь выбрасывается вверх. Таким образом, внутри объема жидкости, заполняющей емкость, в дополнение к внешнему циркуляционному контуру, создаваемому насосом, возникают внутренние циркуляционные токи, что обеспечивает более эффективное перемешивание смеси.

ГЛАВА XVIII ГИДРОДИНАМИКА СЛОЯ

ЗЕРНИСТЫХ МАТЕРИАЛОВ

в химической технологии широко распространены процессы, использующие слой зернистого твердого материала, через который движется поток газа, пара или капельной жидкости. При этом в качестве зернистого материала используются катализаторы, адсорбенты, теплоносители, фильтрующий материал и др.

Частицы зернистого материала могут иметь различную форму (сфера, цилиндры, таблетки, зерна произвольной формы), а слой может быть монодисперсным (состоять из частиц одинакового размера) или полидисперсным (состоять из частиц различных размеров).

W<W

W>W

w>

Рис. XVIII-1. Схемы различных состояний слоя твердых частиц при прохождении через них потока газа (жидкости):

а - плотный слой; б - псевдоожиженный слой; в - пневмотранспорт частиц

При движении газовой или жидкой фазы через зернистый слой материала поток заполняет все пространство между частицами, образующими в слое извилистые поровые каналы. Различают три основных состояния зернистого слоя.

Плотный слой - частицы находятся в тесном соприкосновении одна с другой, расстояние между ними и объем слоя остаются неизменными при изменении скорости потока газовой или жидкой фазы, проходящего через слой. Плотный слой может быть неподвижным или компактно перемещающимся.

Взвешенный, псевдоожиженный или «кипящий» слой - частицы в результате воздействия движущейся через слой газовой или жидкой фазы находятся в хаотическом движении в пределах слоя, напоминая кипящую жидкость. Расстояние между частицами и объем слоя изменяются в зависимости от скорости потока, проходящего через слой.

Режим транспорта частиц - частицы зернистого материала перемещаются в направлении движения восходящего потока жидкости или газа.

Эти характерные состояния слоя зернистого материала проиллюстрированы на рис. XVIII-1. В определенных условиях плотный слой может перейти в псевдоожиженный, а последний - в транспортируемый, и наоборот.

В нефтегазопереработке аппараты с неподвижным или движущимся плотным слоем зернистого материала используют в процессах адсорбционного разделения газов, каталитического крекинга, риформинга, гидроочистки; кипящий слой применяют в реакционных аппаратах установок каталитического крекинга, коксования, гидрокрекинга, каталитического дегидрирования н-бутана и др.

ДВИЖЕНИЕ ПОТОКА ГАЗА

(ПАРОВ ИЛИ ЖИДКОСТИ) ЧЕРЕЗ ПЛОТНЫЙ

СЛОЙ ЗЕРНИСТОГО МАТЕРИАЛА

Плотный слой зернистого материала, через который движется поток газа или жидкости, представляет собой объем V = + К. где - объем, который непосредственно занимают твердые частицы, а Vn - объем извилистых поровых каналов, образующихся между частицами, по которым движется поток газа или жидкости. В зависимости от размера и формы частиц, а также характера их укладки меняются форма, размер и объем поровых каналов. Одной из основных характеристик слоя зернистого материала является его порозность, или доля свободного объема е:

V V V

Если плотность твердых частиц обозначить р, а плотность газовой или. жидкой фазы р, то плотность р„, называемая насыпной плопшостью слоя, будет равна

Рн =(1-фт+ф.

откуда

е= (XVIII. 1)

Рт -Р

В случае потока газа или паров р. »Р величиной р в уравнении (XVIII. 1) можно пренебречь и записать его в виде

е=Рг£н. = 1 Р«.. (XVIII.2)

Рт Рт

В тех случаях, когда твердая частица является пористой (катализатор, адсорбент), в уравнении (XVIII. 1) в качестве значения плотности твердой частицы пользуются так называемой кажущейся плотностью частиц р, которая представляет собой массу единицы объема частицы с учетом объема ее пор. Чем выше пористость частицы, тем больше отличается от истинной плотности материала частицы ее кажущаяся плотность р.

Для промышленных аппаратов при отношении (D/d) > 10 порозность плотного слоя по его высоте практически не меняется (D и d - соответственно диаметр аппарата и частицы).

Средняя скорость потока в поровых каналах слоя:

где W - скорость потока, отнесенная ко всему сечению слоя (аппарата), или скорость фильтрации.

При движении потока через сечение, отличающееся от круглой формы, в качестве расчетного линейного размера принимают гидравлический радиус или эквивалентный диаметр.

Под гидравлическим радиусом понимают отношение площади сечения потока F к смоченному периметру П:

Для круглой трубы внутренним диаметром d гидравлический радиус равен

F d

П Jtd 4"

Для гидродинамических расчетов необходимо располагать. значением эквивалентного диаметра порового канала , определяемого как отношение учетверенной площади суммарного сечения поровых каналов к смоченному периметру этого сечения П„: 458