Catalytic reformer reactor 설계 (반응공학 설계프로젝트)

소개

반응기를 설계하기에 앞서 현재 설계하는 반응기가 Catalytic reformer reactor이기에 우선 catalytic reforming에 관해서 언급하고자 한다. 미국에서, catalytic reforming은 방향족탄화수소(BTX)의 가장 주요한 원천이다. 서유럽과 일본에서는 접촉개질과 열분해가솔린으로 부터의 생산은 거의 비슷한 정도의 중요성을 갖고 있다고 한다. 이러한 catalytic reforming은 전환공정에 하나로서 전환공정이란 접촉개질, 접촉분해, 이성질화, 알킬화, 중합을 포함한다. 공정의 목적은 화학적 조성을 변화시켜 나프타원료의 옥탄가를 향상시키는 것이다. 일반적으로 탄화수소화합물은 구조에 따라 옥탄가의 차이가 많은 물질이다.

목차

1. 서 론
2. 계산 과정
2.1 반응온도 결정
2.2 반응기 수의 계산
2.3 반응기 설계의 기본식
2.4 압력강하인자 계산
2.5 에너지 수지
3. 반응기 설계
3.1 공정도
3.2 1st반응기
3.2-2 2nd 반응기
3.2-3 3rd Reactor
4. 결론

본문내용

1. 서 론
반응기를 설계하는 과정에 있어 제일 먼저 고려한 사항은 과연 반응온도를 결정하는 일이었다. Catalytic reformer 반응기의 경우 전체적으로 흡열 반응이 우세하기 때문에 반응기 내의 온도는 반응이 진행될수록 떨어질 것이다. 따라서 반응기를 지날 때 마다 적당한 온도 범위로 다시 예열을 해주어야 하기 때문에 적절한 반응온도 범위를 결정해야 한다. 반응온도를 결정하는데 있어 우리가 세운 가정은 각 반응식에 따른 반응속도는 농도항보다 반응속도상수(K)항이 더 크다는 것이다. 아래 Fig 2.1-1,2,3은 600K~900K까지의 100K의 온도범위마다 온도에 따른 각 반응속도상수의 값을 plot한 수치이다.
650K이전의 온도범위에서는 반응 1의 역반응이 우세하며 650K 부근에서부터 온도가 증가할수록 반응 1의 역반응의 영향은 줄어들며 반응1의 정반응이 점차 우세한 것을 알 수 있다. 반응2,3,4의 경우 주어진 온도구간 내에서는 낮은 반응 1의 반응속도상수와 비교시 매우 작은 것을 확인할 수 있다.

700~800K 전 구간에서 지배적인 반응은 반응 1의 정반응이며 760K 이후부터 부반응인 반응 3,4의 반응속도 상수가 커지는 것을 확인 할 수 있다

800K~900K에서는 반응1과 부반응의 반응속도 상수 모두가 증가하나 800K 이후부터 계속 부반응의 반응속도 상수가 큰 것을 확인할 수 있었다. 지금까지의 온도와 반응속도 상수간의 데이터를 비교해본 결과 적절한 온도구간은 700K~800K에서 이루어지어야 한다는 것을 알 수 있었다
마지막으로 반응기 내에 들어갈 feed의 초기 농도를 계산하여 700~800K 온도범위 내에서 온도에 따른 초기 반응속도를 계산하였다. (feed의 초기 농도 및 초기 유량에 관한 data는 실제 반응기의 부피를 계산하는 과정에서 언급 할 것이다.)

참고자료

· 1. Elements of chemical reaction engineering 4-ed, fogler, 2006, Prentice Hall
· 2. A stydy on naphtha catalytic reforming reactor simulation and analysis, LIANG Ke-min 외 2명, 2004, Journal of Zhejiang UNIVERSITY SCIENCE
· 3. CCR platforming Process For Aromatic Production, UOP data
· 4. R-272 AND R-274 Reforming catalysts, UOP data
· 5. Unit operation 7-ed, McCabe, 2005, Prentice Hall
· 6. 이동현상론 3판, 김우식, 이기준, 1983, 희중당
· 7. Trasport Phenomena 2-ed, Bird, 2001, Wiely