10000吨每年废塑料裂解炉的设计
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- 10000吨每年废塑料裂解炉的设计废塑料裂解炉的设计
废塑料约占我国塑料类垃圾 50 % ，因此有效裂解极具意义［12］，本设计选择废塑料为裂解原料。裂解炉设计主要包括裂解炉操作气速、直径、高度及内部构件等方面。
2.1热裂解反应原理
塑料的热裂解是在无催化剂、提供热能的情况下 克服聚合物裂解所需活化能使之分解为小分子的烃类化合物。在热裂解过程中，聚合链解聚产生单体、分子链断裂产生相对低分子量的物质、不饱和化合物产生形成聚合物交链积炭。塑料的热裂解是一种随机分解，产物也因塑料种类的不同而异，这取决于在热能作用下，塑料分子从何处切断。裂解后主要产物为汽油、柴油、石蜡和焦炭等。袁兴中［13］对废塑料裂解制取液体燃料进行了实验研究，表明在 420 ～520 ℃温度段内可对废塑料进行热裂解，产物中重质成分( 即重油和蜡质) 较多，废塑料热裂解可以获得重质燃料油。
2.2 操作条件
日处理能力27.4 t/d，处理效率 1.14t/h。反应压力0.1013 MPa( 绝压) ; 反应温460 ℃ ; 气体介质为氮气，进口温度 t1 = 700 ℃ ; 废塑料进口温度 t = 20 ℃ ; 产物气体出口温度 t2 = 400 ℃。氮气 460 ℃ 下，密度 ρf =0.47 kg /m3，定压比热容为 Cp = 1.038 kJ/( kg·℃ ) ，黏度 μf = 3.5×10－5Pa·s; 废塑料的密度ρp =920 kg /m3，比热容 C= 2300 J/( kg·℃ ) ，颗粒以任意方式堆积，平均直径 dp = 5×10－3m，空隙率 ε= 0.4，松装密度 ρb = 552 kg/m3。
2.3 裂解炉的设计计算
2.3.1 操作气速计算
1) 临界速度 umf的计算［14］。
当流化介质一定时，临界速度仅取决于颗粒的大小和性质。
(1)
求得 umf = 3.19m /s，式( 1) 只适用于 Re ＜ 10 即较细的颗粒。Re ＞ 10，则需乘以校正系数。核对雷诺数
(2)
式中: u 为流体流速，m /s。
将 umf代入式( 2) 得 Re = 214.2 ＞ 10计算条件下校正系数 k = 0.41，临界流化速度umf = 0.41×3.19 = 1.3079 m /s 。流化状态的判别选取弗鲁德数判别式，计算临界流化状态的弗鲁德数(Fr)mf
(3)
代入计算得( Fr)mf = 34.91 ＞ 1.3，根据判别式可知流化形式为聚式流化。
2) 颗粒带出速度 ut的计算［15］。
Stocks 区
(4)
Allen 区
(5)
Newton 区
(6)
假设在 Newton 区，500 ＜ Ret ＜ 2×105代入式(6)计算:
ut = 17.24 m /s 。
核对雷诺数，ut 代入式( 2) ，Ret = 1157.5 ＞ 500，Ret落在 Newton 区，所得 ut有效.
3) 操作速度 u。
操作流化速度u除了应该满 umf＜u＜ut外，还需根据经验选定，在此取 u = 3m/s。
2.3.2 裂解炉筒体直径 DR计算
热量衡算: 每小时加料量 m =1000kg，废塑料从20 ℃加热至460 ℃所需热量
Q1 = CmΔt =1.012×106kJ/h
裂解反应热 500 kJ/kg，则单位时间的反应热为ΔH = 5 ×105 kJ/h，散热按10%计，每小时反应所需总热量 Q = 1.6632×106kJ/h。
所需介质气体质量流量为:
5341.04kg/h
标况下氮气密度 ρ = 1.25kg/m3，换算为标况下的体积流量:
V = m1 /ρ = 4272.83 m3 /h
裂解炉筒体直径:
(7)...
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