Розрахунок насадочного абсорбера
Матеріальний баланс процесу абсорбції. Розрахунок рушійної сили процесу абсорбції. Середня логарифмічна різниця концентрацій. Розрахунок діаметра абсорбера. В'язкість абсорбтиву за нормальних умов та константа Саттерленда. Розрахунок висоти колони.
Надіслати свою гарну роботу до бази знань просто. Використовуйте форму нижче
Студенти, аспіранти, молоді вчені, які використовують базу знань у своєму навчанні та роботі, будуть вам дуже вдячні.
Розміщено на http://www.allbest.ru/
Побудова рівноважної лінії
Матеріальний баланс процесу абсорбції
Побудова робочої лінії
Розрахунок рушійної сили процесу абсорбції
Середня логарифмічна різниця концентрацій
Середня інтегральна різниця концентрацій
Розрахунок діаметра абсорбера
Розрахунок коефіцієнта масовіддачі у газовій фазі
Розрахунок коефіцієнта масовіддачі у рідкій фазі
Розрахунок коефіцієнта масопередачі
Розрахунок висоти колони
- молярний потік абсорбтиву між фазами, кмоль/с,
- масовий потік абсорбтиву між фазами, кг/сек.
x, y - абсолютні молярні частки в рідкій та газовій фазах,
- абсолютні масові частки в рідкій та газовій фазах,
X, Y - відносні молярні частки в рідкій та газовій фазах,
- відносні масові частки в рідкій та газовій фазах.
m - мольна константа фазової рівноваги,
E – коефіцієнт Генрі, мм рт. ст.,
ц - ступінь поглинання абсорбтиву,
r - коефіцієнт надлишку зрошення,
Ш - коефіцієнт змочуваності насадки.
G - чистий абсорбат (в даному випадку водень),
L - чистий абсорбент (у даному випадку метанол),
x - рідка фаза, що містить абсорбтив,
y - газова фаза, що містить абсорбтив,
A - абсорбтив (в даному випадку вуглекислий газ),
н, до - початкові та кінцеві склади або витрати, відповідно.
«Ректизол»-процес - перший із процесів фізичної абсорбції, застосованих для очищення газу, розроблений у ФРН та реалізований у 1955 р.
Як абсорбент у цьому процесі використовується охолоджений метанол. Зі зниженням температури абсорбційна ємність метанолу різко зростає. Зазвичай використовується температура -70 градусів Цельсію, при цьому з газу одночасно витягуються всі сірчисті сполуки, вуглекислий газ і волога. Метанол хімічно нейтральний, має високу інтенсивність масообміну, має низьку температуру замерзання, забезпечує тонке очищення газу.
Абсорбція проходить при підвищеному тиску (2-7,5 МПа), температурі -35:-70 градусів Цельсія в колонах тарілчастих. Висота абсорбера 20-25 метрів. Співвідношення рідина-газ за нормальних умов становить 0,00055-0,00033 м3/м3. Десорбція здійснюється поступовим зниженням тиску. На останньому ступені може застосовуватись теплова регенерація.
Процес рекомендується застосовувати при необхідності очищення газу від великої кількості різноманітних домішок, і особливо при низькотемпературних процесах переробки газу, наприклад, вилучення монооксиду вуглецю.
Основною перевагою процесу очищення газу від вуглекислого газу метанолом є різке збільшення розчинності двоокису вуглецю при зниженні температури. При цьому зменшується циркуляція розчину та зростає селективність розчинника. Важливою перевагою методу є практично повна відсутність корозії.
Вихідні дані
Абсорбент (поглинач L) – метанол.
Абсорбат (інерт G) -водень.
Умови абсорберу: тиск p1 = 5 МПа, температура t1 = -60°C.
Умови десорбері: тиск p2 = 0,0981 МПа, температура t2 = -36°C.
Витрати та склади:
об'ємний витрата вихідної газової суміші (наведений до нормальних умов) ,
ступінь поглинання ц = 0,7,
коефіцієнт надлишку поглинача r = 1,6.
Характеристики насадки:
тип контактних елементів - керамічні кільця Рашига,
розміри контактних елементів N = 35Ч35Ч4 мм,
коефіцієнт змочування насадки Ш = 0,7,
відношення фіктивної швидкості газу в абсорбері до швидкості захлинування насадки n = 70%.
Фізичні властивості
Мольний обсяг CO2 (для розрахунку коефіцієнта дифузії) [4, с. 288].
В'язкість CO2 за н. у. [3, с. 13].
Константа Саттерленду CO2 [3, с. 13].
Мольний обсяг метанолу (для розрахунку коефіцієнта дифузії) [4, с. 288].
Щільність метанолу при t1 = -60 ° С: [1, с. 339].
Щільність метанолу при t2 = -36С: [2, с. 66].
Мольний обсяг водню (для розрахунку коефіцієнта дифузії) [5].
В'язкість водню за н. у. [5].
Константа Саттерленд водню [5].
Побудова рівноважної лінії
Для побудови рівноважної лінії необхідно перевести розчинність, виражену в або в відносні мольні частки X розчиненого газу (абсорбтиву) в поглиначі (абсорбенті) .
Перерахунок розчинності у відносні мольні частки, якщо розчинність виражена в:
Перерахунок розчинності у відносні мольні частки, якщо розчинність виражена в:
у співвідношенні розчинність виражена в , щоб підставляти розчинність при її табличному значенні, вираженому в необхідно її розділити на . Таким чином,підсумкова формула перерахунку розчинності, вираженої в :
Відносна мольна частка абсорбтиву в газовій фазі знаходимо як відношення парціального тиску:
де прирівнюємо до тиску в абсорбері, а прирівнюємо до табличного значення тиску чистого абсорбтиву над його насиченим розчином у поглиначі.
Табл. 2. Розрахунок точок рівноважної лінії за даними про розчинність вуглекислого газу в метанолі для умов в абсорбері (t 1 = 25 ° C, p 1 = 7 МПа)
Тиск вуглекислого газу над розчином
Розчинність вуглекислого газу метанолі
Відносні мольні частки
Розраховуємо точки рівноважної лінії для абсорбера (t1 = 25 ° C, p1 = 7 МПа).
Мал. 1. Рівноважна лінія за умов абсорбції
Газова фаза
Молярна витрата газової фази на вході в абсорбер:
де - молярний обсяг за нормальних умов.
Кількість абсорбтиву (вуглекислого газу) у газовій фазі на вході в абсорбер:
Кількість абсорбату (водню), що проходить через абсобер:
Міжфазний потік абсорбтиву - кількість абсорбтиву (вуглекислого газу), що переходить із газової фази в рідку:
Масова витрата газової фази на вході в абсорбер:
Витрата газової фази на виході з абсорбера:
Відносна мольна частка абсорбтиву (вуглекислого газу) у газовій фазі на вході та виході абсорбера:
Рідка фаза
Склад рідкої фази на вході в абсорбер відповідає складу рідкої фази на виході з десорбера, який знаходятьят з рівноважної розчинності абсорбтиву в поглиначі в умовах десорбції (t2 = -36 °C, p2 = 0,0981 МПа):
Для знаходження мінімальної витрати абсорбенту (поглинача) необхідний рівноважний склад рідкої фази на виході з абсорбера, якийзнаходимо по рівноважній лінії (див. рис. 3): .
Мінімальна витрата поглинача (метанолу):
Витрата поглинача (метанолу):
Склад рідкої фази на виході з абсорбера:
Витрата рідкої фази на вході в абсорбер:
Витрата рідкої фази на виході з абсорбера:
Результати розрахунку заносимо на схему потоків абсорбері (рис. 2).
Мал. 2. Схема потоків в абсорбері
замінюємо на змінний аргумент, на функцію від аргументу:
таким чином, рівняння робочої лінії має вигляд: де коефіцієнт (тангенс кута) нахилу робочої лінії , а відрізок, що відсікається робочою лінією на вертикальній осі .
Визначимо чисельні значення коефіцієнтів робочої лінії:
(Ця величина називається питомою витратою поглинача l і може бути знайдена з матеріального балансу
Для побудови робочої лінії на графіку скористаємось двома відомими точками:
точка для верху колони;
точка для низу колони, .
Мал. 3 . Робоча та рівноважна лінії процесу абсорбції
Середня логарифмічна різниця концентрацій
По лінії рівноваги (рис. 3) знаходимо значення рівноважного вмісту абсорбтиву для нижнього та верхнього перерізу абсорбера:
Рухаюча сила в нижньому перерізі абсорбера:
Рухаюча сила у верхньому перерізі абсорбера:
Середня логарифмічна рушійна сила процесу абсорбції:
Мал. 4. Середнє логарифмічне значення різниці концентрацій
Середня інтегральна різниця концентрацій
Крапка 1: Y = 0.01250
Крапка 2: Y = 0.04167
Крапка 3: Y = 0.04, Y * = 0.02745
Крапка 4: Y = 0.03, Y * = 0.02100
Крапка 5: Y = 0.02, Y * = 0.01455
Мал. 5. Графічне визначення числа одиниць перенесення
Розрахунок діаметра абсорбера
Характеристики насадки [6, с. 196, табл. 5.1]:
насадка невпорядкована з керамічних кілець Рашига 35Ч35Ч4 мм,
вільний обсяг (порізність) ,
Діаметр абсорбера повинен забезпечувати стабільну роботу абсорбера в плівковому режимі, для цього швидкість газової фази в абсорбері повинна бути меншою від граничної швидкості (швидкості захлинування). Якщо знехтувати гідравлічним опором насадки, зміною об'ємної витрати рідкої фази та зміною температури за рахунок теплового ефекту змішування, то найбільша об'ємна витрата газової фази спостерігатиметься в нижньому перерізі абсорбера. Відповідно, граничну швидкість слід знаходити саме для цього перерізу.
Швидкість захлинування (гранична швидкість) визначається рішенням рівняння:
Для невпорядкованої насадки (кільця Рашига внавал), [6, с. 197].
Оскільки вплив концентрації розчиненого в абсорбенті абсорбтиву на властивості рідкої фази невідомий, то щільність і в'язкість рідкої фази приймаємо рівними щільності та в'язкості абсорбенту:
Формула для знаходження швидкості захлинування насадки була отримана для води при температурі 20єС, для поширення формули на інші рідини в неї був введений множник, що коригує , де - в'язкість води при 20єС.
Молярна маса та щільність газової фази в нижньому перерізі:
Розрахунок граничної швидкості:
За умовою відношення фіктивної швидкості газу в абсорбері до швидкості захлинування насадки n = 70 %, отже швидкість газу в абсорбері:
Об'ємна витрата газової фази на вході за робочих умов:
Орієнтовна площа перерізу абсорбера:
Орієнтовний діаметр абсорбера:
Виберемо найближчий більший стандартний діаметр колони [6, c. 197]: