Автор работы: Пользователь скрыл имя, 29 Декабря 2011 в 12:00, реферат
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]:
Ввиду незначительного содержания кислых компонентов энтальпия раствора МЭА, направляемого из десорбера в испаритель, равна
где ср = 4,2 кДж/(кг*°С) – теплоемкость раствора (см. рис. 1.3); t0=90°C– принятая температура, при которой раствор выводится из десорбера.
Расчет теплового баланса представлен в табл. 1.23, при этом количество теплопотерь составляет величину
Количество водяного пара в нижней части десорбера рассчитывается по уравнению
где =1905 [7, с. 35·]; =1918 [7, с. 35]; =2227 [16, с. 94] –удельные теплоты десорбции сероводорода, диоксида углерода и испарения воды,
кДж/кг.
7. Число теоретических и рабочих тарелок. Извлечение СО2 и H2S из водных растворов моноэтанояамина является одним из трудных процессов десорбции, вследствие относительной стойкости соединений, образуемых моноэтаноламином [7, с. 46]. Расчет разложения химических соединений при температуре tн=121°C и сравнение составов абсорбента до разложения и после него (см. табл. 1.18 и 1.19) подтверждают это обстоятельство. Основная масса кислых компонентов выделяется из раствора при однократном испарении (см. табл. 1.15 и 1.18). По этой причине необходимое число теоретических тарелок предпочитают устанавливать, исходя из опытных данных; оно составляет 2–4 тарелки.
Число рабочих тарелок равно:
где – число теоретических тарелок; η – к. п. д. тарелки.
С учетом повышенных требований к чистоте абсорбента принимаем =4.
Материальный баланс десорбции (табл. 1.21) показывает, что аппарат имеет высокую нагрузку по жидкости, наряду с высокой нагрузкой по парогазовой смеси. Поэтому принимаем решение установить в аппарате тарелки из 5-образных элементов с прямоточными клапанами [6, с. 262].
В десорберах известные конструкции тарелок имеют низкие к. п. д. (в пределах от 0,1 до 0,2). Принимая η = 0,15, получим
Для извлечения испарившегося амина в верхней части аппарата (выше ввода насыщенного раствора) устанавливают от 2 до 6 рабочих тарелок. Для установления в верхней части аппарата следует принять ΝВ=6 рабочих тарелок.
8.
Диаметр десорбера. Диаметр
где V – объемный расход парогазовой смеси в наиболее нагруженном сечении аппарата, м3/с; – максимальная допустимая скорость смеси, м/с.
Наиболее нагруженным является сечение аппарата под нижней тарелкой; объемный расход парогазовой смеси в этом сечении равен
– количество парогазовой смеси под нижней тарелкой десорбера, кг/ч; – плотность парогазовой смеси, кг/м3. Величина равна:
Плотность парогазовой смеси при давлении в аппарате близком к атмосферному рассчитывается по формуле:
в которой – средняя мольная масса парогазовой смеси, равная
Подставив
в формулу для расчета
Объемный расход парогазовой смеси составит:
Рис. 1.9. Зависимость коэффициента С1 от расстояния между тарелками hт, м.
Максимальная допустимая скорость парогазовой смеси [11, с. 179] равна:
где С – коэффициент, величина которого определяется типом тарелки, расстоянием между тарелками и нагрузкой по жидкости на единицу длины слива.
Значение коэффициента С определяется по формуле:
в которой коэффициенты, стоящие в правой части, зависят от типа тарелки.
Для тарелок из S-образных элементов K1=1. Для десорберов рекомендуется числовое значение коэффициента Κ2=1,13.
Величина коэффициента C1 определяется в зависимости от расстояния между тарелками, которое принимается равным hт=0,6 м. Тогда числовое значение коэффициента C1 найдем из графика, приведенного на рис. 1.9, C1=465.
Для тарелок из S-образных элементов с прямоточными клапанами С2=4.
Коэффициент λ принимают в зависимости от L – расхода жидкости на единицу длины сливной планки тарелки:
| L, м3/(м*ч) | |
| <10 | 10 |
| >65 | 65 |
Расход жидкости на единицу длины сливной планки вычислим так:
где Gж – расход жидкости, кг/ч; Lcл – длина сливной планки, равная (0,75 0,8) Dпр.
Плотность жидкости в нижней части аппарата принимается равной плотности регенерированного раствора МЭА =980 кг/м3.
Примем Lcл = 0,8 Dпр=0,8·2,8=2,24 м, где Dпр= 2,8 м – предварительно принимаемый диаметр регенератора раствора МЭА.
Числовое значение расхода жидкости L равно:
При L 65 м3/(м-ч) величина λ=65.
Числовое значение коэффициента С равно:
Подставив числовые значения величин в формулу для расчета скорости , получим:
Диаметр аппарата:
В соответствии с принятым в нефтеперерабатывающей промышленности нормальным рядом диаметров колонн принимаем DB=2,8м.
Тогда скорость парогазовой смеси в свободном сечении аппарата будет равна
где – площадь свободного сечения аппарата в межтарелочном отделении, которая на 10–15% меньше поперечного сечения аппарата.
Тогда
Далее следует проверить полученный диаметр колонны по жидкостной нагрузке сливного устройства. При этом для предотвращения захлебывания тарелки необходимо, чтобы высота уровня вспененной жидкости в сливном устройстве не превышала примерно половины расстояния между тарелками. Расчет высоты уровня вспененной жидкости в сливном устройстве подробно изложен в [17, с. 48; 18, с. 212].
9.
Высота десорбера. Рабочая
где
h1 – высота нижней части десорбера;
h2–высота нижней части десорбера,
занятой тарелками; h3 – высота секции
питания десорбера; h4– высота верхней
части десорбера, занятой тарелками; h5
– высота аппарата над его верхней тарелкой.
Рис. 1.10. Схема для расчета рабочей высоты десорбера. Рис. 1.11. Схема нижней части десорбера.
Высота нижней части десорбера h1 (м) равна (рис. 1.11):
при этом h6 – высота уровня жидкости внизу десорбера; h7=1,2+2,0м – высота над уровнем жидкости внизу десорбера.
Высоту h1 нижней части десорбера можно рассчитать, исходя из пятиминутного запаса жидкости при h7=1,6 м:
Высота h2 равна:
Высоту секции питания десорбера примем равной h3 = l,2 м. Высота h4 равна:
На основе практических данных высоту над верхней тарелкой примем равной h5 = 1,0 м.
Тогда рабочая высота колонны будет равна:
Диаметры основных штуцеров колонны рассчитываются по обычным формулам гидравлики с последующим принятием их согласно существующим нормалям.