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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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