Расчёт абсорбционной установки
Дипломная работа - Разное
Другие дипломы по предмету Разное
м, блочная и хордовая насадка из дерева /2/. Тип насадки будет выбран при расчёте абсорбера.
Процесс абсорбции проводится при невысокой температуре. Поэтому перед тем, как попасть в абсорбер, газ и поглотитель охлаждают в холодильниках, в которые подаётся охлаждающая вода.
В ходе проекта помимо основного оборудования (насадочного абсорбера) выбрано вспомогательное оборудование: насос и вентилятор. Насос используется для подачи поглотителя на абсорбцию, а вентиляторы для подачи газа.
Так как на абсорбцию подаётся большое количество неочищенного газа (по заданию), iелью повышения эффективности работы системы, газовый поток до попадания в абсорбер разбит на два. Процесс абсорбции проводится следующим образом. С помощью вентиляторов газ сначала подаётся в холодильники Х1 и Х2 для предварительного охлаждения, а затем далее в абсорбер. Газ на абсорбцию подаётся в нижнюю часть колонны, где равномерно распределяется перед поступлением на контактный элемент (насадку). Абсорбент из промежуточной ёмкости Е2 насосом подаётся в верхнюю часть колонны и равномерно распределяется по поперечному сечению. Газ после абсорбции выходит из колонны. Абсорбент стекает через гидразатвор в промежуточную ёмкость Е1, откуда из колонны насосом направляется на регенерацию.
Технологичная схема процесса абсорбции
3. ПОДРОБНЫЙ РАСЧЁТ АБСОРБЕРА
Исходные данные для проектирования установки.
Газ -СО2.
Производительность по газу при нормальных условиях - V0 = 10000 м3/ч.
Состав газовой смеси: СО2 - 20% (об), воздух - 80% (об).
Поглотитель -водный раствор моноэтаноламина (в.р. МЭА).
Температура поглотителя tп = 15 0С.
Содержание СО2 в поглотителе - хн= 0.
Степень извлечения целевого компонента - ? = 90%.
Давление в аппарате - Р = 0,1 МПа.
Коэффициент избытка поглотителя - 1,8.
Температура абсорбции tа = 20 0С.
Температура исходной газовой смеси - Т = 150 0С.
Тип абсорбера - насадочный.
Геометрические размеры колонного массообменного аппарата определяются в основном поверхностью массопередачи, необходимой для проведения данного процесса, и скоростями фаз /3/.
Поверхность массопередачи будет найдена следующим образом:
, (3.1)
где Ку - коэффициент массопередачи в газовой фазе, кг/(м2с);
М - масса поглощаемого вещества.
3.1 Масса поглощаемого вещества и расход поглотителя
Массу газа СО2 , переходящих в процессе абсорбции из газовой смеси в поглотитель за единицу времени находим из уравнения:
, (3.2)
где G,L - расходы соответственно чистого поглотителя и инертной части газа, кг/с;
- начальная и конечная концентрации газа СО2 в поглотителе, кг СО2/кг в.р. МЭА;
- начальная и конечная концентрации газа СО2 в газе, кг СО2/кг газа.
Выразим составы фаз, нагрузки по газу и жидкости в выбранной для расчёта размерности:
кмоль СО2/кмоль газа
кмоль СО2/кмоль газа
Конечную концентрацию газа СО2 в поглотителенайдём из равновесной линии по зависимости .
, (3.3)
где К = 20,4 мм.рт.ст. = 2719,32 Па /4/.
Подставим и получим следующую зависимость:
Строим равновесную и рабочую линии абсорбции (рис.3.1).
1 - равновесная линия, 2 - рабочая линия
Рис.3.1
Находим кмоль СО2/кмольв.р. МЭА.
Конечная концентрация газа СО2 в поглотителеобуславливает его расход (который, в свою очередь, влияет на размеры абсорбера), а также часть энергетических затрат, связанных с перекачиванием жидкости и регенерацией.
Тогда найдём
кмоль СО2/кмольв.р. МЭА.
Расход инертной части:
, (3.4)
где = 1,29 кг/м3 /4/ ;
= 0,2 м3 СО2/м3газа - объёмная доля СО2 в газе.
Подставим и получим
Производительность абсорбера по поглощаемому компоненту:
, (3.5)
Подставим и получим:
Расход поглотителя:
, (3.6)
Подставим и получим:
Тогда соотношение расходов фаз, или удельный расход поглотителя, составит:
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 концентраций газовой фазы:
, (3.7)
где - большая и меньшая движущая силы на входе и выходе потоков в абсорбере, кмоль СО2/кмоль газа (рис.3.2)
Схема распределения концентраций в газовом и жидкостном потоках в абсорбере
Рис.3.2
Тогда
,
где ,- концентрация СО2 в газе, равновесные с концентрациями в жидкой фазе (поглотителе) соответственно на входе и выходе из абсорбера (рис.3.1, 3.2).
Подставим и получим:
кмоль СО2/кмоль газа,
кмоль СО2/кмоль газа,
кмоль СО2/кмоль газа
3.3 Коэффициент массопередачи
Коэффициент массопередачи Ку находим по уравнению аддитивности фазовых диффузионных сопротивлений:
, (3.8)
где ?у, ?х - коэффициенты массопередачи соответственно в жидкой и газовой фазах, кг/м2с;
m - коэффициент распределения, кг в.р. МЭА /кг газа.
Для расчёта коэффициентов массопере