"Kimyoviy ishlab chiqarish jarayonlari va qurilmalari" fanidan

Absorbsiya jarayonining texnologik sxemasi


ABSORBERNING KATTA HISOBI

O'rnatishni loyihalash uchun dastlabki ma'lumotlar.

Gaz - CO2.

Oddiy sharoitlarda gaz quvvati - V0 = 10000 m3 / soat.

Gaz aralashmasining tarkibi: CO2 - 20% (v), havo - 80% (v).

Absorber monoetanolaminning suvli eritmasi (v.r. MEA).

Absorber harorati tp = 15 0S.

Absorberdagi CO2 miqdori xn = 0 ga teng.

Maqsadli komponentning tiklanish darajasi ph = 90% ni tashkil qiladi.

Qurilmadagi bosim P = 0,1 MPa ni tashkil qiladi.

Ortiqcha absorber koeffitsienti 1,8 ga teng.

Yutish harorati ta = 20 0S.

Dastlabki gaz aralashmasining harorati T = 150 ° S dir.

Absorber turi - qadoqlangan.

Ustunli massa uzatish apparatining geometrik o'lchamlari, asosan, ushbu jarayon uchun zarur bo'lgan massa o'tkazuvchanlik yuzasi va faza tezligi / 3 / bilan belgilanadi.

Massa uzatish yuzasi quyidagicha topiladi:

, (3.1)

bu erda Ku - gaz fazasida massa uzatish koeffitsienti, kg / (m2s);

M - so'rilgan moddaning massasi.
3.1. So'rilgan moddaning massasi va absorberning sarfi
Gaz aralashmasidan absorberga vaqt birligida yutish jarayonida o'tadigan CO2 gazining massasi tenglamadan topiladi:

, (3.2)

bu erda G, L - mos ravishda sof absorber va gazning inert qismining oqim tezligi, kg / s;

- absorberdagi CO2 gazining dastlabki va oxirgi kontsentratsiyasi;

kg CO2 / kg w.r. IEA;

- gazdagi CO2 gazining dastlabki va yakuniy kontsentratsiyasi, kg CO2 / kg gaz.

Hisoblash uchun tanlangan o'lchamdagi fazalar, gaz va suyuqlik yuklarining tarkibini ifodalaymiz:

кмоль СО₂/кмоль газа

кмоль СО₂/кмоль газа

Bog'liqlikka ko'ra muvozanat chizig'idan yutuvchidagi CO2 gazining yakuniy konsentratsiyasini topamiz.

, (3.3)

bu erda K = 20,4 mm Hg = 2719,32 Pa / 4 /.

Quyidagi qaramlikni almashtiring va oling

Muvozanat va ishchi yutilish chiziqlarini quramiz (3.1-rasm).

1 - muvozanat chizig'i, 2 - ishchi chiziq

Biz kmol CO2 / kmol w.r. IEA.

Absorberdagi CO2 gazining yakuniy kontsentratsiyasi uning iste'molini (bu, o'z navbatida, absorberning hajmiga ta'sir qiladi), shuningdek, suyuqlikni quyish va qayta tiklash bilan bog'liq energiya xarajatlarining bir qismini belgilaydi.

Keyin biz kmol CO2 / kmol w.r. IEA.

Inert qism iste'moli:

, (3.4)

Bu yerda; = 1,29 кг/м³ /4/ ;

= 0,2 m3 CO2 / m3 gaz - gazdagi CO2 ning hajm ulushi.

O'rniga qo'ying va oling

So'rilgan komponent bo'yicha yutuvchi quvvati:

, (3.5)

O'rniga qo'ying va oling:

Absorber iste'moli:

, (3.6)

O'rniga qo'ying va oling:

Keyin fazalarning oqim tezligining nisbati yoki absorberning o'ziga xos oqim tezligi quyidagicha bo'ladi:

3.2. Massa almashinuvining harakatlantiruvchi kuchi
(3.1) tenglamaga muvofiq harakatlantiruvchi kuch suyuqlik va gaz fazalarining kontsentratsiya birliklarida ifodalanishi mumkin. Fazali kompozitsiyalar o'rtasidagi chiziqli muvozanat munosabati uchun ikkala fazaning oqimlarida ideal siljish modelini olib, biz harakatlantiruvchi kuchni gaz fazalari kontsentratsiyasi birliklarida aniqlaymiz:

, (3.7)

Absorberdagi oqimlarning kirish va chiqishidagi katta va kichik harakatlantiruvchi kuchlar qayerda, kmol SO2 / kmol gaz (3.2-rasm)

Absorberdagi gaz va suyuqlik oqimlarida konsentratsiyani taqsimlash diagrammasi

3.2 rasm


Keyin, ,

bu yerda, gazdagi CO2 ning suyuqlik fazasidagi (absorber) konsentrasiyalari bilan muvozanatda, mos ravishda absorberning kirish va chiqish joylarida konsentratsiyasi (3.1, 3.2-rasm).

O'rniga qo'ying va oling:

кмоль СО₂/кмоль газа,

кмоль СО₂/кмоль газа,

кмоль СО₂/кмоль газа

3.3. Massa uzatish koeffitsienti

Ku massa o'tkazish koeffitsienti fazali diffuziya qarshiligining qo'shimcha tenglamasi bilan topiladi:

, (3.8)

bu erda bu, bx - suyuqlik va gaz fazalarida mos ravishda massa uzatish koeffitsientlari, kg / m2s;

m - taqsimlash koeffitsienti, kg w.r. IEA / kg gaz.

Massa uzatish koeffitsientlarini hisoblash uchun biz qadoqlash turini tanlaymiz va absorberdagi oqim tezligini hisoblaymiz.

Loyihamiz uchun biz nozulni tanlaymiz - seramika Raschig halqalari (3.3-rasm) (100x100x10).

Seramika Raschig uzuklari

3.3-rasm
Tanlangan nozulning xususiyatlari.

- a = 60 m2 / m3 - qadoqlashning o'ziga xos yuzasi;

- e = 0,72 - m3 / m3 - erkin hajm;

- de = 0,048 m - ekvivalent diametr;

- r = 670 kg / m3 - massa zichligi;

- soni - 1050 dona.
3.4. Gaz tezligi va absorber diametri
Qadoqlangan absorberlarning suv bosishi sodir bo'ladigan gazning chegaraviy tezligini quyidagi formula bo'yicha hisoblash mumkin:

, (3.9)

bu yerda ōpr - cheklovchi xayoliy gaz tezligi. Xonim;

mx = 2.0.10-3 Pa.s - absorberdagi haroratda absorberning yopishqoqligi / 4 /;

mku = 1,10-3 Pa.s - absorberda 20 0S da suvning yopishqoqligi / 4 /;

rx = 1015 kg / m3 - absorberning zichligi;

A, B - qadoqlash turiga qarab koeffitsientlar, A = - 0,073, B = 1,75 / 5 /.

Gaz zichligini absorberdagi shartlarga qayta hisoblaymiz

, (3.10)
O'rniga qo'ying va oling:

Suyultirilgan aralashmalar holatidagi fazalar nisbati inert fazalar iste'moli nisbatiga taxminan teng deb faraz qilib, biz chegara tezligini topamiz ō:

Ushbu tenglamani yechish, biz ōpr = 1,9 m / s ni olamiz. Ish tezligini ō = ʼnpr ga teng olamiz. 0,5 = 1,9. 0,5 = 0,95 m / s.

Absorberning diametri oqim tenglamasidan topiladi:

(3.11)

O'rniga qo'ying va oling:

Absorberning diametri d = 2,0 m ni olamiz.
3.5. Sug'orish zichligi va nozulning faol yuzasi
Sug'orish zichligini quyidagi formula bo'yicha hisoblaymiz:

, (3.12)

bu yerda S - absorberning kesma zichligi, m2.

O'rniga qo'ying va oling:

O'rniga qo'ying va oling:

, (3.13)

где q_эф = 0,022^.10^-3 м²/с

Ko'krakning faol yuzasi / 5 /:

, (3.14)

bu erda p va q - qadoqlash turiga qarab koeffitsientlar.

Raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

3.6. Massa uzatish koeffitsientlarini hisoblash

Oddiy qadoqlash uchun gaz fazasidagi massa o'tkazish koeffitsienti bu tenglamadan topiladi / 1; 5 /:

, (3.15)

bu erda Du - gazdagi CO2 diffuziyasining o'rtacha koeffitsienti, m2 / s;

Rey - qadoqdagi gaz fazasi uchun Reynolds mezoni;

Pr / y - gaz fazasi uchun Prandtl diffuziya mezoni;

my = 0,015,10-3 Pa.s - gazning yopishqoqligi / 4 /;

l = 0,1 m - ko'krak balandligi.

Kerakli qiymatlarni topamiz.

Gazdagi CO2 ning diffuziya koeffitsientini quyidagi tenglama yordamida hisoblash mumkin:

, (3.16)

Raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

Paketdagi gaz fazasi uchun Reynolds mezoni:

Qadoqdagi gaz fazasi uchun Prandtl mezoni:

Massa uzatish koeffitsientini topamiz:

Hisoblash uchun tanlangan o'lchamda b ni ifodalaymiz:

β_у = 0,017^. (ρ_у – у_ср) = 0,017^.(1,19-0,019) = 0,02 кг/м^2.с

Suyuq fazadagi massa almashinish koeffitsienti bx tenglamadan topiladi:

, (3.17)

bu erda Dx - absorberdagi o'rtacha CO2 diffuziya koeffitsienti, m2 / s;

dpr - tushayotgan suyuqlik plyonkasi qalinligining qisqarishi, m;

Rex - o'ramdan pastga oqadigan suyuqlik plyonkasi uchun o'zgartirilgan Reynolds mezonlari;

Pr / x - suyuqlik uchun Prandtl diffuziya mezoni.

Diffuziya koeffitsientini topamiz:

, (3.18)

bu erda M - absorberning molyar massasi, kg / kmol;

b - molekulalarning assotsiatsiyasini hisobga oluvchi parametr;

T - absorberning harorati.

Raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

Tushgan suyuqlik plyonkasining berilgan qalinligi:

O'zgartirilgan Reynolds testi:

Suyuqlik uchun diffuziya Prandtl mezoni:

Raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

Hisoblash uchun tanlangan o'lchamda bx ni ifodalaymiz:

β_х = 7,6^. 10^-6(ρ_х – с_хср) = 7,6^. 10^-6(1015-20,1) = 0,756 кг/м^2.с

Raqamli qiymatlarni formulaga (3.8) almashtirib, gaz fazasida massa o'tkazish koeffitsientini topamiz:

3.7. Massa uzatish yuzasi va absorber balandligi

Biz (3.1) tenglama bo'yicha absorberdagi massa o'tkazish yuzasini topamiz:

Ushbu massa o'tkazuvchan sirtini yaratish uchun zarur bo'lgan qadoqlash balandligi quyidagi formula bo'yicha hisoblanadi:

, (3.19)

Raqamli qiymatlarni almashtirib, biz quyidagilarni olamiz:

Berilgan jarayonni amalga oshirish uchun biz 4 ta ketma-ket ulangan skrubberni tanlaymiz, ularning har birida qadoqlash balandligi 35 m.Har bir yarusdagi to'rlar sonini 25 ta, yaruslar orasidagi masofani 0,3 m deb olib, biz absorberning qadoqlash qismining balandligini aniqlaydi:

Absorberning pastki qismi va o'rash Zn orasidagi masofa ustunning ko'ndalang kesimi bo'ylab gazni bir xil taqsimlash zarurati bilan belgilanadi. O'ramning yuqori qismidan absorber qopqog'igacha bo'lgan masofa Zw o'ramni sepish uchun distribyutorning o'lchamlariga va ajratish joyining balandligiga bog'liq. Biz bu masofalarni mos ravishda 2,3 va 3,2 m ni olamiz.

Bitta absorberning umumiy balandligi quyidagicha bo'ladi:

Н_а = Н_н + Z_в + Z_н = 38,9 + 2,3 + 3,2 = 44,4 м

3.8. Absorberlarning gidravlik qarshiligi
Shlangi qarshilik DPa gaz oqimini absorber orqali tashish uchun energiya xarajatlarini aniqlaydi. DR qiymati / 5 / formula bo'yicha hisoblanadi:

, (3.20)

bu erda DRS - quruq (suyuqlik bilan sug'orilmagan) o'rashning gidravlik qarshiligi;

U - sug'orishning zichligi, m3 / m2.s;

b = 119 - koeffitsient.

Quruq o'rashning gidravlik qarshiligi DRs tenglama bilan aniqlanadi:

, (3.21)