A2C - Salerno

Dimensioniamo 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

Andiamo 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.

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.