Расчет очистки газа

      1. Состав сырья. Для расчета регенерации поглотителя в десорбере необходимо знать химический состав насыщенного абсорбента при температуре t=90 °С и давлении в теплообменнике 6 (см. рис. 1.6). Принимаем давление в трубном пространстве теплообменника равным =0,196 МПа.

      Водный  раствор МЭА содержит СО₂ и H₂S в растворенном и химически связанном состояниях (см. табл. 1.12).

      Найдем  количества кислых компонентов, которые  образуются при разложении химических соединений по реакциям (5)–(8).   

      Константы химического равновесия для реакций  (5)–(8) запишем в фοрме, принятой в литературе [8, с. 246]:                                                           

       

        

        

         

где в  квадратных скобках – количества молей веществ.

      С учетом давления и протекания реакций  в растворе константы равновесия запишем так [9, с. 265]:

     

      

      

      

где  – общее число   молей в   реагирующей смеси;   Δn – разность  чисел молей продуктов и исходных реагентов в реакциях (5)– (8).

      Константа химического равновесия связана с изменением стандартного изобарного потенциала [10, с. 230]:

          

где – изменение стандартного изобарного потенциала j-ой реакции (j=5, 6, 7, 8), кДж/моль; R=8,315 кДж/(моль*К) – газовая постоянная; Т –температура реакции, К.

      Изменение изобарного потенциала реакции рассчитывается по уравнению [10, с. 232]:

         

где  – изменение энтальпии   образования,   кДж/моль;   ΔS° – изменение энтропии реакции, кДж/(моль*К).

      Рассчитаем  изменение изобарного потенциала для  реакции  (5):

         

при этом

   

    

где H_i и S_i – энтальпии образования и энтропии веществ   (см. табл.  1.11). Подставив в формулы числовые значения величин, получим:

откуда  k₅=0,935.

      Аналогичным образом получены числовые значения k₆=0,874, k₇=1,018, k₈=1,049.

      Обозначим число киломолей каждого вещества, полученного по реакции (5), через  х₅. Тогда для расчета равновесного превращения воспользуемся схемой (в дальнейшем ее запись опускается):

 

      Тогда в соответствии с найденным уравнением для константы химического равновесия k₅ запишем

      Методом подбора определяем х₅= 0,6836 кмоль. Уравнения для расчета х₆, х₇, х_8:

откуда  х₆=0,51'16 кмоль/ч; х₇=0,6647 кмоль/ч; х₈=0,4952 кмоль/ч.

      Для разложения х₅ (кмоль/ч) вещества, записанного в левой части стехиометрического уравнения (5)

надо  знать исходное количество сырья  для этой реакции (см. табл. 1.12). Оно равно =0,0276 кмоль/ч.

      По  реакции (5) разлагается

или

      Получено  по реакции (5):

      После реакции (5) в насыщенном  абсорбенте остается непрореагировавшим сырье  в количестве

      Для разложения (кмоль/ч) вещества, записанного в левой части стехиометрического уравнения (6)

имеем исходное количество сырья (см. табл. 1.12)

      По  реакции (6) разлагается:

или

      Получено  по реакции (6):

      В насыщенном  абсорбенте остается непрореагировавшим сырье в количестве

 

      Для разложения х₇ (кмоль/ч) вещества, записанного в левой части стехиометрического уравнения (7)

имеем исходное количество сырья (см. табл. 1.12)

      По  реакции (7) разлагается

или

      Получено  по реакции (7)

      Количество непрореагировавшего сырья

Для разложения х₈ (кмоль/ч) вещества, записанного в левой части стехиометрического уравнения (8)

имеем исходное количество сырья (см. табл. 1.12)

      По  реакции (8) разлагается:

или

      Получено  по реакции (8):

      Количество  непрореагировавшего сырья:

      В результате нагревания в теплообменнике состав сырья десорбера, найденный при расчете абсорбера (см. табл. 1.12), изменится. При вводе сырья в десорбер имеем:

      Расчет состава насыщенного абсорбента при его вводе в десорбер дан в табл. 1.15.

      Таблица  1.15. Расчет состава насыщенного абсорбента при его вводе в десорбер

 

      Средняя мольная масса сырья десорбера  из табл. 1.15

      2. Температура и давление в аппарате. Температура в верхней части  десорбера должна быть такой,  чтобы унос раствора МЭА из  аппарата был минимальным. Этому  условию соответствует температура

где Δt – разность температуры кипения t_кип раствора МЭА и температуры _tв в верхней части аппарата, °С.

      Величина  Δt выбирается так, чтобы соблюдалось неравенство температур

      Температура кипения насыщенного раствора при с 0,07 кмоль CO₂/кмоль МЭА определяется из графика (рис. 1.7); t_кип=119°С.

      Приняв  Δt=8°C, получим:

      Указанное выше неравенство температур выполняется:

      Для обеспечения движущей силы процесса регенерации раствора МЭА необходимо создать разность температур Δt₁ между нижней и верхней частями десорбера. При проектировании установок аминной очистки газов от кислых компонентов числовое значение Δt₁ принимают равным 10–20 °С.

      Принятие  больших числовых значений Δt₁ приведет к увеличению тепловой нагрузки испарителя 2 (см. рис.1.6), обеспечивающего теплом нижнюю часть десорбера. Одновременно увеличится тепловая нагрузка конденсатора-холодильника, обеспечивающего поддержание температуры t_в=lll°C.

      Рис.  1.7.    Зависимость  температуры  кипения  15%-ного раствора МЭА от содержания СО₂ в растворе при давлении в верхней части колонны π= 0,12 МПа.

      С учетом названных обстоятельств примем Δt₁=10°С. Тогда температура в нижней части аппарата равна

      С учетом термической стойкости раствора МЭА и для предотвращения коррозии оборудования давление в аппарате должно быть не выше π=0,167 МПа [14, с. 139]. Принимаем давление по высоте аппарата одинаковым и равным π=0,12 МПа; это не окажет существенного влияния на результаты дальнейших расчетов, так как перепад давления в десорбере зависит от числа и типа тарелок.