10000噸每年廢塑料裂解爐的設計
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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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