Разработка предложений по очистке природного газа и переработки кислых газов с получением товарной продукции (серы) (на примере Карачаганакского месторождения)
Дипломная работа - Экология
Другие дипломы по предмету Экология
/p>
Из уравнения (3.4) следует:
где - концентрация Н2S в жидкости (метаноле), равновесная с газом начального состава.
Уравнение прямой, выражающее зависимость между рабочими концентрациями, называемое рабочей линией процесса, находится из уравнения материального баланса /19, 21/.
(3.5)
Интегрируя уравнение (3.5) в пределах от начальных до конечных концентраций и , получим
(3.6)
Рисунок 9. Зависимость между содержанием кислых газов (Н2S) в природном газе и поглотителем метанолом при минус 45оС.
Из уравнения (3.6) получим соотношения между весовыми потоками распределяющих фаз:
(3.7)
Рисунок 10. Схема распределения концентрации в газовом и жидкостном потоках в абсорбере
Интегрируя уравнение (3.5) в пределах от начальных до текущих и , получим:
откуда:
(3.8)
Или
(3.9)
где - удельный расход одной из определяющих фаз.
Аналогичным путем для противоточного (течения) взаимодействия фаз может быть получено уравнение:
(3.10)
где
Из уравнений (3.9) и (3.10) следует, что концентрация распределяемого вещества в фазах G и L связана линейной зависимостью. Поэтому удобно процессы массообмена представлять графически в координатах , т.е. в виде зависимости между так называемыми рабочими концентрациями /21/.
Расход инертной части газа:
G = V0(1 уоб)(у0у ун) (3.11)
где уоб объемная доля Н2S в природном газе, равная
где v0 объем 1 моля воздуха, равная 22,4 ? 10-3 м3/моль;
молярная масса Н2S, равная 32 ? 10-3 кг/моль
Тогда
G = 15,85 (1 0,602)(0,724 0,914) = 1,199 кг/с
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту
(3.12)
Расход поглотителя (метанола) равен:
(3.13)
Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя составит:
Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя на вторую ступень определяется по формулам, приведенным выше:
Все кинетические закономерности, использованные для расчета конечной концентрации примесей в поглотителе для первой ступени абсорбции, сохраняются для расчета конечной концентрации примесей во второй ступени абсорбции. В этом случае для определения конечной концентрации используют данные по равновесию по рисунку 14 и находят по уравнению (3.4):
где - концентрация остаточного Н2S в жидкости (метаноле), равновесная с газом входящего состава.
Рисунок 11. Зависимость между Н2S в природном газе и поглотителем при минус 45о для второй ступени абсорбции.
Расход инертной части газа находят по уравнению (3.11)
G = 15,85 (1 0,602)(0,724 0,025) = 4,41 кг/с
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
Расход поглотителя:
Соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:
3.3.2 Движущая сила массопередачи
Движущая сила в соответствии с уравнением (3.1) может быть выражена в единицах концентраций как жидкой, так и газовой фаз. Для случая линейной равновесной зависимости между составами фаз, принимая модель идеального вытеснения в потоках обеих фаз, определим движущую силу в единицах концентрации газовой фазы /19/.
(3.14)
где и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг Н2S/кгГ, в соответствии с рисунками
В данном случае
где и - концентрации Н2S в природном газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе и выходе абсорбера, в соответствии с рисунком
Движущая сила массопередачи для второй ступени определяется по формуле:
(3.15)
где и большая и меньшая движущие силы на входе и выходе во вторую ступень абсорбера, кг Н2S/кгГ, в соответствии с рисунками
где и концентрации остаточных Н2S в природном газе, равновесные с концентрациями в жидкой среде, соответственно на входе и выходе второй ступени абсорбера, в соответствии с рисунком
3.3.3 Коэффициент массопередачи
Коэффициент массопередачи Ку находят по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений /19/.
(3.16)
где и - коэффициенты массоотдачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/(м2 ? с); m коэффициент распределения, кгМ/кгГ.
Для расчета коэффициентов массопередачи необходимо выбрать тип насадки и рассчитать скорости в абсорбере. При выборе типа насадки для проведения массообменных процессов, как описано выше, руководствуются следующими соображениями /5, 19, 20, 21/:
во-первых, конкретными условиями процесса нагрузками по газу, жидкости, различиями в физических свойствах систем, наличием в потоках жидкости и газа механических примесей, поверхностью контакта фаз в единице объема аппарата и т.д.;
во-вторых, особыми требованиями к технологическому процессу необходимостью обеспечить небольшой перепад давления в колонне, широкий интервал изменения устойчивости работы, малое время пребывания жидкости в аппарате и т.д.
в-третьих, особыми требованиями к аппаратурному оформлению создани