ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основы, история развития и будущее кипящего слоя из "Процессы в кипящем слое" Настоящая глава может служить введением в эту сблаг.ть. Вначале освещается история развития, затем описываются основные принципы техники кипящего слоя п в заключение высказываются предположения о возможных направлениях применения е в будущем. [c.94] Первые работы были связаны с крекингом в неподвижном слое. В этом случае пары нефтепродукта проходили через слой неподвижных гранул катализатора. При отложении углерода на катализаторе он терял свою активность, после чего прекращалась подача сырья, и в реактор вводился воздух для регенерации катализатора. Вскоре стало очевидным, что этот периодический процесс, в одной фазе которого в реактор подводится значительное количество тепла, а в следующей фазе тепло отводится из реактора, является сложным и дорогим, в связи с чем начались поиски более простых систем. Представля.тось целесообразным проводить непрерывнее перемещение катализатора из атмосферы нефтяных паров в атмосферу воздуха. В таком случае состояние системы в каждой точке не изменяется во времени. [c.95] В то время, как проводились указанные выше работы, к проф. У. К. Льюису и И. Р. Джиллиленду Массачусетского института техполггип обратились с просьбой изучить свойства систем пылевидных частиц в газовом потоке. Понятие кипящего слоя возникло прежде всего в связи с работами этих исследователей. Они нашли в отличие от того, что было тогда известно, что нри движении пыль значительно отстает от восходящего потока газа. Таким образом, если подобрать соответствующие размер частиц и скорость потока, можно создать слой довольно высокой плотности. Движение плотного слоя оказалось сильно турбулентным, создающим превосходные условия контакта газа с частицами. С течки зрения развития процесса это означает, что в объеме умеренных размеров может находиться значительное количество катализатора, достаточнее для достижения необходимой стенени превращения сырья. Более того, потери напора в этом случае невелики. [c.95] Так вопрос создания реактора получил удовлетворительнее решение, но осталась проблема компенсации потерь напора при транспорте твердых частиц. Использование аналогии с жидкостью позволило развить идею создания гидростатического давления в стояках. Эта идея была проверена экспериментально на установке высотой 36 м, сооруженной на базе промышленной ректификационной колонны. [c.96] Указанные два элемента — напорные стояки и кипящий слой — были использованы на пилотной установке крекинга большой производительности, причем исчезли все предыдущие трудности, п почти с самого начала процесс протекал устойчиво и равномерно. [c.96] С этого момента был обеспечен успех в развитии не только нового процесса каталитического крекинга, но и всей техники кипящего слоя, однако потребовалась значительная дальнейшая работа. Необходимо было разработать систему пылеулавливания и решить вопросы, связанные с уменьшением истирания оборудования, а также создать соответствующую контрольно-измерительную аппаратуру. Значительный вклад в эту работу внесли инженеры других технических групп, прежде всего инженеры компаний М. В. Келлог и Стандарт Ойл (Индиана). Первая промышленная установка каталитического крекинга в кипящем слое была введена в действие в 1942 г., т. е. менее чем через два года после испытаний на крупных пилотных установках. Во врелш войны была построена 31 установка, а затем сооружено еще 132 завода. [c.96] Техника кипящего слоя может применяться в любом процессе, в котором 1) нужно переносить значительное количество тепла 2) должно циркулировать значительное количество твердых частиц 3) желательно создать тесный контакт между газом и твердыми частицами. Вследствие этого кппящий слой может найти разностороннее применение в химической технологии. [c.96] В зависимости от характера процесса используются различ ные комбинации этих элементов. [c.96] В напорном стояке В, представляющем собой вертикальную трубу, за счет гидростатических эффектов повышается давление частиц, движущихся сверху вниз. По транспортной линии С газ и циркулирующие частицы вводятся в кипящий слой. [c.97] Посредством напорного стояка с потоком частиц высокой плотности и транспортной пинии с относительно небольшой плотностью частиц возможно передвигать значительные массы твердых материалов. Так как при этом не используется никаких механизмов, техника кипящего слоя может быть применена к процессам с очень жесткими условиями работы, например к процессам с высокими температурами и давлениями, где использование других методов сопряжено с рядом затруднений. [c.97] Обычно из слоя происходит унос частиц, поэтому в состав установки должна быть включена система улавливания пыли из газов реакции. Этот элемент изображен в виде циклона О в верхней части реактора. [c.97] Степень расширения зависит от свойств частиц и газа. На- пример, весьма существенным является размер частиц. Если размер частиц катализатора крекинга лежит в пределах 30—80 мк, то расширение слоя может быть довольно большим. 5и При размерах частиц выше 100 мк расширение слоя пе так велико. Если частицы имеют диаметр меньше 20 мк, они соединяются между собой с образованием сфер диаметром в несколько миллиметров, а газ устремляется в каналы, появляющиеся в слое. Свойства газа также влияют на расширение слоя. В случае, изображенном на рис. 2, в токе воздуха при атмосферном давлении увеличение объема кипящего слоя составляет 25 %, а в токе азота при 14 атл — 40%. [c.98] Увлечение частиц газом зависит от свойств частиц и газа. На рис. 5 в качестве примера изображено влияние плотности газа. При невысокой плотности газа унос невелик даже при двух- или трехкратном отношении скорости потока к скорости витания, вычисленной по закону Стокса. Однако при 70 атм, как только скорость газа превысит скорость витания частиц, унос возрастает очень быстро. Линиями на рис. 5 изображается количество твердых частиц, которое необходимо улавливать из отходящих газов. При помощи этих линий можно определить минимальную скорость подачи частиц, при которой возможно поддерживать кипящий слой. [c.100] Теплообмен. Одной из наиболее важных характеристик слоя является его изо-термичность даже при осуществлении реакций со значительным тепловым эффектом. Это объясняется, во-первых, очень быстрым теплообменом в кипящем слое и, во-вторых, значительной теплоемкостью твердых частиц, что предупреждает возможность скачков температуры. [c.100] Зависимость коэффициента теплообмена Д, кал/час °С от скорости газа и, м сек при теплопередаче ют кипящего слоя к цилиндру, расположенному по оси аппарата. [c.100] Значения коэффициента теи.лообмена между слоем и цилиндром, расположенным по оси аппарата, показаны на рис. 6 [6]. При небольших скоростях газа, когда пет движения частиц, коэффициент теплообмена равен 15 кал1м час °С. С возникновением движения величина коэффициента теплообмена быстро повышается до максимума. При дальнейшем увеличении скорости газа коэффициент теплообмена медленно уменьшается из-за понижения плотиости слоя. Обычно значения коэффициента теплообмена лежат в пределах 250—600 кал/м час °С. Быстрый теплообмен дает возможность подводить или отводить значительные количества тепла при умеренной величине поверхности теплообмена. [c.101] Вернуться к основной статье