Расчет насадочного абсорбера

    

    где - расходы соответственно чистого абсорбента (пропиленкарбоната) и инертной части газа (природного газа), кг/с;

  - конечная  и начальная относительные массовые концентрации абсорбтива (сероводорода) в абсорбенте (пропиленкарбонате), кг сероводорода/кг пропиленкарбоната ;

  - начальная  и конечная относительные массовые  концентрации абсорбтива (сероводорода) в инертной части газа (природном газе), кг сероводорода /кг природного газа. 
 
 
 
 
 

      
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    Рис.5 Равновесная (1) и рабочая (2) линии процесса абсорбции;

    АС- рабочая  линия при .

    Переведем объемные концентрации в относительные массовые

концентрации  по формуле:

    

      где y- мольные (объемные) доли, %; 

 мольные массы абсорбтива (сероводорода) и инертного газа (природного газа).

y_k = y_н (1-Ψ)=16%(1-0,85)=2,4 % объемных

    Ῡ_н = 0,16 ^. 34/(1-0,16) ^. 18=0,36 кг/кг

    Ῡ_к = 0,024 ^. 34/(1-0,024) . 18=0,046 кг/кг

    Исходная  концентрация сероводорода в пропиленкарбонате .

    Уравнение равновесной линии в относительных  массовых  концентрациях: 

    

    где - коэффициент распределения:

    

    

    где – коэффициент Генри, зависящий от температуры, от природы газа и жидкости;

- давление  в абсорбере, Мпа 

    Рассчитаем  E по закону Генри: растворимость газа при заданной температуре пропорциональна его давлению над раствором

    

    где х – растворимость, м³/м³.

    Определим Е_ср., исходя из справочных данных о растворимости сероводорода в пропиленкарбонате, м³/м³ (объем газа при н.у.) при температуре 25⁰С: 

    Таблица 1    

 
 

    

 

    

 

    m=2,5/4 = 0,625

    m´  = 0,625 ^. 102,09/19 =3,36 

    Определим   - минимальный расход абсорбента из уравнения

    

    Для этого нужно определить массовый расход инертного газа (природного газа) 

    

    где - плотность инертного газа (природного газа)  при условиях в абсорбере;

- объемный  расход инертного газа  (природного газа) при условиях в абсорбере: (t = 25⁰С; Р = 4МПа).

    Приведем  объемный расход воздуха к условиям в абсорбере:

    

    где - объемный расход инертной части газа (природного газа) при нормальных условиях (0⁰С; 760 мм.рт.ст =0,1МПа), м³/с

V₀ = 90 000 м³/ч = 9,7 м³/с

Т₀ = 273 К

t = 25⁰С

V´₀ = 25 ^. (273+25) ^.0,1/273^.4 = 0,7 м³/с

    Пересчитаем плотность инертного газа (природного газа) на условия в абсорбере:

    

    где - плотность природного газа при нормальных условиях (0⁰С; 760 мм.рт.ст =0,1МПа) 0, 7 ;

;

t - температура в абсорбере , ⁰С, t = 25⁰С;

 - нормальное давление (760 мм рт. ст.=0,1 МПа);

- давление  в абсорбере, Р=4МПа;

    p_r =0,7 ^. 273 ^. 4 / (273+25) ^. 0,1 = 25,65 кг/м³

    

    

    Определим массовый расход воздуха по формуле:

     0,7 ^. 25,65 = 17,96 кг/с                 

     Производительность  абсорбера по поглощаемому компоненту в соответствии

                   17,96 ^. (0,36 -0,046) = 5,64 кг/с

    По  уравнению равновесной линии  определим относительную массовую концентрацию сероводорода в жидкой фазе (пропиленкарбонате):

    

    0,36/3,36 = 0,107 кг/кг

    Определим - минимальный расход абсорбента из уравнения

    

    52,7 кг/с

    Расход  абсорбента (пропиленкарбоната) принимаем из условия

    

     где r – коэффициент избытка поглотителя, r=1,9

    1,6 ^. 52,7 = 84,32 кг/с

    Конечную  относительную массовую концентрацию определяем из уравнения материального баланса:

    

    откуда  конечная концентрация  :

    

    где - относительная массовая концентрация сероводорода в жидкой фазе (пропиленкарбонате), равновесная с начальной концентрацией сероводорода в природном газе;

- начальная  относительная массовая концентрация сероводорода в пропиленкарбонате

     Соотношение расходов фаз или удельный расход поглотителя равен:

                                  84,32/17,96 = 4,96 

    1.2 Расчет движущей силы процесса

    В насадочных абсорберах жидкая и газовая  фаза движутся противотоком.

    Движущую силу процесса определяем по уравнению

    

    где  и - большая и меньшая движущие силы на входе потоков в абсорбер и на выходе из него, кг /кг

    Значение  найдем по уравнению равновесной линии:

    

    3,36 ^.0,07 = 0,2352 кг/кг

     Движущая сила абсорбции внизу колонны:

     0,36-0,235 = 0,125 кг/кг

     Движущая сила на верху колонны:

    0,046 – 0,0 = 0,046 кг/кг

    Средняя движущая сила процесса абсорбции:

    

    0,079/0,999 = 0,079 кг/кг 
 
 
 
 

    1.3 Расчет скорости газа и диаметра абсорбера

    Определим скорость в точке захлебывания или предельную скорость газа в насадочном абсорбере

    

 

    где  - скорость газа в точке захлебывания, м/с;

- удельная  поверхность насадки, м²/м³;

- доля свободного  объема, м³/м³;

- плотность  газа и жидкости соответственно, кг/м³;

- вязкость  жидкости, мПа^.с;

А,В- коэффициенты, зависящие от типа насадки;

 , - расход жидкости и газа соответственно, кг/с

    В рассматриваемом проекте используются в качестве насадки кольца Рашига (керамические неупорядоченные) с размером . Насадка имеет следующие характеристики:

а = 90 м²/м³

0,79 м³/м³

0,035 м

6000

 25,65 кг/м²

   

 = 2,657 МПа  

А=-0,073; В=1,75 (1.107)

    

                     (W₃^{2 .} 90 ^. 25,65 ^. 2,657^0,16 /9,81 ^. 0,035^. 0,79^{3 .} 1199) =

    = - 0,073 – 1,75(84,32/17,96)^{0,25 .} (25,65/1199)^0,125 

    

0,4 м/с

    Рабочая скорость газа в насадочном абсорбере:

    

              0,8 ^. 0,4 = 0,32 м/с

    Диаметр абсорбера находим по уравнению объемного расхода

    

    где - объемный расход природного газа при условиях в абсорбере, м³/с;

- рабочая  скорость газа в насадочном  абсорбере, м/с.

    D = 1,66 м

    Принимаем стандартный диаметр абсорбера 1,6 м