Изчисляване на пакетиран абсорбатор
Материален баланс на процеса на абсорбция. Изчисляване на движещата сила на процеса на абсорбция. Средна логаритмична разлика в концентрацията. Изчисляване на диаметъра на абсорбера. Вискозитетът на абсорбента при нормални условия и константата на Sutterland. Изчисляване на височината на колоната.
Изпратете добрата си работа в базата знания е лесно. Използвайте формата по-долу
Студенти, докторанти, млади учени, които използват базата от знания в обучението и работата си, ще ви бъдат много благодарни.
Хоствано на http://www.allbest.ru/
Изграждане на линия на равновесие
Материален баланс на процеса на абсорбция
Изграждане на работна линия
Изчисляване на движещата сила на процеса на абсорбция
Средна логаритмична разлика в концентрацията
Средна интегрална разлика на концентрациите
Изчисляване на диаметъра на абсорбера
Изчисляване на коефициента на масопреминаване в газовата фаза
Изчисляване на коефициента на масопреминаване в течната фаза
Изчисляване на коефициента на масопреминаване
Изчисляване на височината на колоната
- моларен поток на абсорбента между фазите, kmol/s,
- масов поток на абсорбента между фазите, kg/s.
x, y - абсолютни молни фракции в течна и газова фаза,
- абсолютни масови фракции в течната и газовата фаза,
X, Y - относителни молни фракции в течна и газова фаза,
- относителни масови дялове в течната и газовата фаза.
m - моларна константа на фазовото равновесие,
E - коефициент на Хенри, mm Hg. Изкуство.,
c - степента на абсорбция на абсорбента,
r - коефициент на излишно напояване,
W - коефициент на намокряне на опаковката.
G - чист абсорбат (в този случай водород),
L - чист абсорбент (в този случай метанол),
x - течна фаза, съдържаща абсорбент,
y - газова фаза, съдържаща абсорбент,
A - абсорбент (в този случай въглероден диоксид),
n, k - съответно начален и краен състав или разходи.
Процесът "Rectizol" е първият от физическите абсорбционни процеси, използвани за пречистване на газове, разработен в Германия и внедрен през 1955 г.
Като абсорбент в този процес се използва охладен метанол. С понижаване на температурата абсорбционната способност на метанола рязко се увеличава. Обикновено се използва температура от -70 градуса по Целзий, докато всички серни съединения, въглероден диоксид и влага се отстраняват едновременно от газа. Метанолът е химически неутрален, има висока скорост на пренос на маса, има ниска точка на замръзване и осигурява фино пречистване на газа.
Абсорбцията протича при повишено налягане (2-7,5 МРа), температура -35:-70 градуса по Целзий в тарелкови колони. Височина на абсорбатора 20-25 метра. Съотношението течност-газ при нормални условия е 0,00055-0,00033 m3/m3. Десорбцията се извършва чрез постепенно намаляване на налягането. В последния етап може да се приложи термична регенерация.
Процесът се препоръчва, когато е необходимо да се пречисти газ от голям брой различни примеси и особено при нискотемпературни процеси на преработка на газ, например при извличане на въглероден оксид.
Основното предимство на процеса на почистване на газ от въглероден диоксид с метанол е рязкото увеличаване на разтворимостта на въглеродния диоксид с понижаване на температурата. Това намалява циркулацията на разтвора и повишава селективността на разтворителя. Важно предимство на метода е и почти пълното отсъствие на корозия.
Първоначални данни
Абсорбент (абсорбент L) - метанол.
Абсорбат (инертен G) -водород.
Условия в абсорбера: налягане p1 = 5 MPa, температура t1 = -60°C.
Условия в десорбера: налягане p2 = 0,0981 MPa, температура t2 = -36°C.
Разходи и композиции:
обемен дебит на първоначалната газова смес (намален до нормални условия),
степен на абсорбция c = 0,7,
коефициент на излишък на абсорбера r = 1,6.
Характеристики на дюзата:
вид на контактните елементи - керамични рингове Рашиг,
размери на контактните елементи N = 35×35×4 mm,
омокряемост на опаковката W = 0,7,
отношението на фиктивната скорост на газа в абсорбера към скоростта на наводняване на дюзата n = 70%.
Физични свойства
Моларен обем на CO2 (за изчисляване на коефициента на дифузия) [4, p. 288].
Вискозитет на CO2 при n. г. [3, стр. 13].
Константата на Sutterland CO2 [3, p. 13].
Моларен обем метанол (за изчисляване на коефициента на дифузия) [4, p. 288].
Плътност на метанола при t1 = -60°С: [1, p. 339].
Плътността на метанола при t2 = -36С: [2, p. 66].
Моларен обем на водород (за изчисляване на коефициента на дифузия) [5].
Вискозитет на водород при n. г. [5].
Сътърландова константа на водорода [5].
Построяване на линия на равновесие
За да се изгради линия на равновесие, е необходимо разтворимостта, изразена в или в , да се преобразува в относителни молни фракции X на разтворения газ (абсорбционен) в абсорбера (абсорбент).
Преобразуване на разтворимостта в относителни молни фракции, ако разтворимостта се изразява в:
Преобразуване на разтворимостта в относителни молни фракции, ако разтворимостта се изразява в:
в съотношението разтворимостта се изразява в , за да се замени разтворимостта с нейната таблична стойност, изразена в , е необходимо да се раздели на . По този начин,крайната формула за преобразуване на разтворимостта, изразена в:
Относителната молна фракция на абсорбента в газовата фаза се намира като отношение на парциалните налягания:
където се равнява на налягането в абсорбера и се равнява на табличната стойност на налягането на чист абсорбент върху неговия наситен разтвор в абсорбера.
Раздел. 2. Изчисляване на точките на линията на равновесие според данните за разтворимосттана въглероден диоксид в метанол за условия в абсорбера (t 1 = 25 ° C, p 1 = 7 MPa)
Налягането на въглероден диоксид върху разтвор
Разтворимост на въглероден диоксид в метанол
Относителни молни фракции
Изчисляваме точките на линията на равновесие за абсорбера (t1 = 25 °C, p1 = 7 MPa).
Ориз. 1. Линия на равновесие при условия на абсорбция
Газова фаза
Моларен дебит на газовата фаза на входа на абсорбера:
където е моларният обем при нормални условия.
Количеството абсорбент (въглероден диоксид) в газовата фаза на входа на абсорбера:
Количеството абсорбат (водород), преминаващо през абсорбера:
Абсорбиращ междинен поток - количеството абсорбент (въглероден диоксид), преминаващ от газовата фаза към течността:
Масов дебит на газовата фаза на входа на абсорбера:
Дебитът на газовата фаза на изхода на абсорбера:
Относителна молна фракция на абсорбента (въглероден диоксид) в газовата фаза на входа и изхода на абсорбера:
Течна фаза
Съставът на течната фаза на входа на абсорбера съответства на състава на течната фаза на изхода на десорбера, който се намираот равновесната разтворимост на абсорбента в абсорбера при условия на десорбция (t2 = -36 °C, p2 = 0,0981 MPa):
За да се намери минималната скорост на потока на абсорбента (абсорбера), е необходим равновесният състав на течната фаза на изхода на абсорбера, койтонамираме по линията на равновесие (виж фиг. 3): .
Минимална консумация на абсорбер (метанол):
Консумация на абсорбент (метанол):
Съставът на течната фаза на изхода на абсорбера:
Дебитът на течната фаза на входа на абсорбера:
Дебитът на течната фаза на изхода на абсорбера:
Резултатите от изчислението се нанасят върху технологичната схема в абсорбера (фиг. 2).
Ориз. 2. Схема на потоците в абсорбера
замени с променлив аргумент, с функция от аргумента:
По този начин уравнението на работната линия има формата:
Нека определим числените стойности на коефициентите на работната линия:
(тази стойност се нарича специфична консумация на абсорбера l и може да се намери от материалния баланс
За да изградим работна линия на диаграмата, ще използваме две известни точки:
точка за върха на колоната, ;
точка за дъното на колоната , .
Ориз. 3 . Работни и равновесни линии на абсорбционния процес
Средна логаритмична разлика
По линията на равновесие (фиг. 3) намираме стойностите на равновесното съдържание на абсорбента за долната и горната част на абсорбера:
Задвижващата сила в долната част на абсорбера:
Движещата сила в горната част на абсорбера:
Средна логаритмична движеща сила на процеса на абсорбция:
Ориз. 4. Средна логаритмична стойност на разликата в концентрацията
Средна интегрална разлика на концентрациите
Точка 1: Y = 0,01250
Точка 2: Y = 0,04167
Точка 3: Y = 0,04, Y* = 0,02745
Точка 4: Y = 0,03, Y* = 0,02100
Точка 5: Y = 0,02, Y* = 0,01455
Ориз. 5. Графично определяне на броя на трансферните единици
Изчисляване на диаметъра на абсорбера
Характеристики на дюзата [6, p. 196, табл. 5.1]:
случаен накрайник от керамични Рашиг рингове 35x35x4 mm,
свободен обем (порьозност),
Диаметърът на абсорбера трябва да осигурява стабилна работа на абсорбера във филмов режим, за това скоростта на газовата фаза в абсорбера трябва да бъде по-малка от граничната скорост (скорост на наводняване). Ако пренебрегнем хидравличното съпротивление на уплътнението, промяната в обемния дебит на течната фаза и промяната в температурата поради термичния ефект на смесването, тогава най-големият обемен дебит на газовата фаза ще се наблюдава в долната част на абсорбера. Съответно граничната скорост трябва да се намери точно за този участък.
Скоростта на наводняване (ограничителната скорост) се определя чрез решаване на уравнението:
За неподредена опаковка (Rashig пръстени в насипно състояние), [6, p. 197].
Тъй като влиянието на концентрацията на абсорбента, разтворен в абсорбента, върху свойствата на течната фаза е неизвестно, плътността и вискозитетът на течната фаза се приемат равни на плътността и вискозитета на абсорбента:
Формулата за намиране на скоростта на пълнене на дюзата е получена за вода при температура 20ºC, за да се разшири формулата към други течности, в нея е въведен корекционен фактор, където е вискозитетът на водата при 20ºC.
Моларна маса и плътност на газовата фаза в долната част:
Изчисляване на максималната скорост:
Съгласно условието съотношението на фиктивната скорост на газа в абсорбера към скоростта на пълнене на дюзата е n = 70%, следователно скоростта на газа в абсорбера е:
Обемен дебит на газовата фаза на входа при работни условия:
Приблизителна площ на напречното сечение на абсорбера:
Приблизителен диаметър на абсорбера:
Избираме най-близкия по-голям стандартен диаметър на колоната [6, p. 197]: