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Dimensionamento di un reattore a letto fluido
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letto fluidoDimensioniamo preliminarmente un reattore di una centrale a combustione a letto fluido a carbone da 300 MW elettrici. Ipotizziamo che venga alimentata con litantrace contenente il 6% di zolfo, di cui il 3% legato, e con il 60% di C e il 5% di H2.

 

 

Partiamo dalla potenza di progetto di 300 MW elettrici. Corrispondono a circa 1000 MW termici. Da tabelle in bibliografia il potere calorifico inferiore PCI è 24 MJ/kg.


Quindi la portata massica, per ottenere questa potenza, è stimabile in:
mc = Pot/(PCI * rendim.) = 43 kg/s

letto fluido

letto fluidoAndiamo quindi a stimare i quantitativi di O2 necessari in relazione alle reazioni:

C + O2 -> CO2

  • (0,6*43*0,99)/12 = 2,2 kmol/s di C


2H2 + O2 -> 2H2O

  • (0,05*43*0,99)/2 = 1,06 kmol/s di H2

 

S + O2 -> SO2

  • (0,03*43*0,99)/32 = 0,04 kmol/s di SO2

 

Quindi le moli di ossigeno, considerando un eccesso d'aria del 30%, sono:

  • Moli di O2 = 1,3*(2,2+1,06+0,04) = 3,4 kmoli/s

E quindi l'aria avrà una portata molare di:

  • Aria = 3,4/0,21 = 16,2 kmol/s

Approssimando a gas perfetto, il volume dell'aria è stimabile in:

  • V = nRT/P = 16200 * 0,0821 * 1500 / 3 = 500 m3/s

In merito alle velocità dell'aria dobbiamo effettuare una ipotesi che stia tra un minimo e un massimo:

  • v mf < v f < v terminale

Dove

  • v mf = [E^2/(1-E)] * [(ro s - ro g)*g*dp]/[150 * mu g] = [0,4^2/(1-0,4)] * [(2500 - 0)*9,81*0,001]/[150 * 48*10^-6] = 0,37 m/s

e dal grafico al lato (convertendo in S.I.):

  • v terminale = 4 m/s

Quindi la velocità dell'aria dovrà essere tra:

  • 0,37 m/s < v f < 4 m/s

La assumiamo pari a 1 m/s.

 

Quindi, possiamo calcolare la sezione del letto fluido:

  • S = 500 m3/s / 1 m/s = 500 m2

e quindi il diametro interno del reattore:

  • D= RADQ(500 * 4/pigreco) = 25 metri

Imponiamo un altezza del letto di 10 metri. Quindi l'altezza del reattore sarà pari a:

  • H = 10 * 3 = 30 m

Quindi abbiamo il volume del reattore:

  • V reatt = 30 * 500 = 15000 m3

e il voume del letto fluido:

  • V letto = 10 * 500 = 5000 m3

Il Peso del letto fisso sarà pari a:

  • P letto = V letto * ro * (1-e) = 7500 ton

Si può quindi calcolare la differenza di pressione. In considerazione dell'altezza del letto di 10 metri da tabella abbiamo 1,5 atm.

 

letto fluido

 

Avremo quindi un reattore cilindrico di:

  • 25 metri di diametro interno
  • 30 metri di altezza, di cui 10 riempito con litantrace
  • 15000 m3 di volume, di cui 5000 m3 di letto fluido
  • 7500 tonnellate di peso del letto, da aggiungere al peso del reattore
  • 1,5 atm di differenza di pressione interna
  • 1 m/s di velocità dell'aria (modificabile)

 

Abbiamo quindi ottenuto, in pochi passaggi, una valutazione preliminare delle dimensioni del reattore a letto fluido. Questa analisi può essere utile per poi effettuare un successivo dimensionamento più accurato.

 

 

 

 

 

 

Ultimo aggiornamento Giovedì 17 Giugno 2021 10:25
 

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