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10000噸每年廢塑料裂解爐的設計

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更新時間：2020-03-12
發布人：zlw2511

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10000噸每年廢塑料裂解爐的設計廢塑料裂解爐的設計
廢塑料約占我國塑料類垃圾 50 % ，因此有效裂解極具意義［12］，本設計選擇廢塑料為裂解原料。裂解爐設計主要包括裂解爐操作氣速、直徑、高度及內部構件等方面。
2.1熱裂解反應原理
塑料的熱裂解是在無催化劑、提供熱能的情況下克服聚合物裂解所需活化能使之分解為小分子的烴類化合物。在熱裂解過程中，聚合鏈解聚產生單體、分子鏈斷裂產生相對低分子量的物質、不飽和化合物產生形成聚合物交鏈積炭。塑料的熱裂解是一種隨機分解，產物也因塑料種類的不同而異，這取決于在熱能作用下，塑料分子從何處切斷。裂解后主要產物為汽油、柴油、石蠟和焦炭等。袁興中［13］對廢塑料裂解制取液體燃料進行了實驗研究，表明在 420 ～520 ℃溫度段內可對廢塑料進行熱裂解，產物中重質成分( 即重油和蠟質) 較多，廢塑料熱裂解可以獲得重質燃料油。
2.2 操作條件
日處理能力27.4 t/d，處理效率 1.14t/h。反應壓力0.1013 MPa( 絕壓) ; 反應溫460 ℃ ; 氣體介質為氮氣，進口溫度 t1 = 700 ℃ ; 廢塑料進口溫度 t = 20 ℃ ; 產物氣體出口溫度 t2 = 400 ℃。氮氣 460 ℃ 下，密度 ρf =0.47 kg /m3，定壓比熱容為 Cp = 1.038 kJ/( kg·℃ ) ，黏度 μf = 3.5×10－5Pa·s; 廢塑料的密度ρp =920 kg /m3，比熱容 C= 2300 J/( kg·℃ ) ，顆粒以任意方式堆積，平均直徑 dp = 5×10－3m，空隙率 ε= 0.4，松裝密度 ρb = 552 kg/m3。
2.3 裂解爐的設計計算
2.3.1 操作氣速計算
1) 臨界速度 umf的計算［14］。
當流化介質一定時，臨界速度僅取決于顆粒的大小和性質。
(1)
求得 umf = 3.19m /s，式( 1) 只適用于 Re ＜ 10 即較細的顆粒。Re ＞ 10，則需乘以校正系數。核對雷諾數
(2)
式中: u 為流體流速，m /s。
將 umf代入式( 2) 得 Re = 214.2 ＞ 10計算條件下校正系數 k = 0.41，臨界流化速度umf = 0.41×3.19 = 1.3079 m /s 。流化狀態的判別選取弗魯德數判別式，計算臨界流化狀態的弗魯德數(Fr)mf
(3)
代入計算得( Fr)mf = 34.91 ＞ 1.3，根據判別式可知流化形式為聚式流化。
2) 顆粒帶出速度 ut的計算［15］。
Stocks 區
(4)
Allen 區
(5)
Newton 區
(6)
假設在 Newton 區，500 ＜ Ret ＜ 2×105代入式(6)計算:
ut = 17.24 m /s 。
核對雷諾數，ut 代入式( 2) ，Ret = 1157.5 ＞ 500，Ret落在 Newton 區，所得 ut有效.
3) 操作速度 u。
操作流化速度u除了應該滿 umf＜u＜ut外，還需根據經驗選定，在此取 u = 3m/s。
2.3.2 裂解爐筒體直徑 DR計算
熱量衡算: 每小時加料量 m =1000kg，廢塑料從20 ℃加熱至460 ℃所需熱量
Q1 = CmΔt =1.012×106kJ/h
裂解反應熱 500 kJ/kg，則單位時間的反應熱為ΔH = 5 ×105 kJ/h，散熱按10%計，每小時反應所需總熱量 Q = 1.6632×106kJ/h。
所需介質氣體質量流量為:
5341.04kg/h
標況下氮氣密度 ρ = 1.25kg/m3，換算為標況下的體積流量:
V = m1 /ρ = 4272.83 m3 /h
裂解爐筒體直徑:
(7)...

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