Материал: Абсорбер В19 — копия

Российский химико-технологический университет им. Д. И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Курсовая работа

По теме

«Расчёт насадочного абсорбера»

Выполнил: Эбергард Андерс К-31 Проверил: Бородкин Алексей Георгиевич

Дата выдачи задания: «___» ___________ 20__ г. Дата сдачи работы: «___» ___________ 20__ г.

Работа защищена с оценкой: _____ баллов.

Москва 2019

Обозначения

Расходы:

– молярный, кмоль/с,

– массовый, кг/с,

– объёмный, м³/с,

– молярный поток абсорбтива между фазами, кмоль/с,

– массовый поток абсорбтива между фазами, кг/с.

Составы:

x, y – абсолютные молярные доли в жидкой и газовой фазах,

– абсолютные массовые доли в жидкой и газовой фазах,

X, Y – относительные молярные доли в жидкой и газовой фазах,

– относительные массовые доли в жидкой и газовой фазах.

Коэффициенты:

M – мольная константа фазового равновесия,

E – коэффициент Генри, мм рт. ст.,

φ – степень поглощения абсорбтива,

m – коэффициент избытка орошения,

Ψ – коэффициент смачиваемости насадки.

Индексы:

С – чистый абсорбат (в данном случае природный газ),

В – чистый абсорбент (в данном случае N-метилпирролидон-2),

x – жидкая фаза, содержащая абсорбтив,

y – газовая фаза, содержащая абсорбтив,

A – абсорбтив (в данном случае сероводород),

н, к – начальные и конечные составы или расходы, соответственно.

Исходные данные

Абсорбтив (извлекаемое вещество A) – сероводород.

Абсорбент (поглотитель B) – N-метилпирролидон-2.

Абсорбат (инерт С) – природный газ.

Условия в абсорбере: давление p­­₁ = 4 МПа, температура t₁ = 25°C.

Условия в десорбере: давление p­­₂ = 0,1 МПа, температура t₂ = 100°C.

Расходы и составы:

содержание абсорбтива в исходной газовой смеси y_н = 10 % об. =

= 0,1 ,

объёмный расход исходной газовой смеси (приведённый к нормальным условиям) ,

степень поглощения φ = 0,9,

коэффициент избытка поглотителя m = 1,9.

Характеристики насадки:

тип контактных элементов – керамические кольца Рашига,

размеры контактных элементов N = 35×35×4 мм,

коэффициент смачиваемости насадки Ψ = 0,8,

отношение фиктивной скорости газа в абсорбере к скорости захлёбывания насадки n = 80 %.

Физические свойства

Абсорбтив

Молекулярная масса сероводорода

Мольный объём сероводорода (для расчёта коэффициента диффузии)

Вязкость сероводорода при н. у.

Константа Сазерленда сероводорода

Абсорбент

Молярная масса N-метилпирролидона-2

Мольный объём N-метилпирролидона-2 (для расчёта коэффициента диффузии)

Плотность

Плотность N-метилпирролидона-2 при t­­₁ = 25°С:

Плотность N-метилпирролидона-2 при t₂ = 100°С:

Вязкость

Вязкость N-метилпирролидона-2 при t­­₁ = 25°С:

Абсорбат

Молекулярная масса природного газа

Мольный объём природного газа (для расчёта коэффициента диффузии)

Вязкость природного газа при н. у.

Константа Сазерленда природного газа

Построение равновесной линии

Растворимость α газов в поглотителях выражается в приведённых к нормальным условиям кубометрах газа, отнесённых к кубометрам жидкого поглотителя , либо в приведённых к нормальным условиям кубических сантиметрах газа, отнесённых к граммам жидкого поглотителя . Для построения равновесной линии необходимо перевести растворимость, выраженную в или в , в относительные мольные доли X растворённого газа (абсорбтива) в поглотителе (абсорбенте) .

Пересчёт растворимости в относительные мольные доли, если растворимость выражена в : .

Пересчёт растворимости в относительные мольные доли, если растворимость выражена в : , в соотношении растворимость выражена в , чтобы подставлять растворимость при её табличном значении, выраженном в , необходимо её разделить на . Таким образом, итоговая формула пересчёта растворимости, выраженной в : .

Относительная мольная доля абсорбтива в газовой фазе находится как отношение парциальных давлений: , где приравниваем к давлению в абсорбере , а приравниваем к табличному значению давления чистого абсорбтива над его насыщенным раствором в поглотителе.

Табл. 1. Расчёт точек равновесной линии по данным о растворимости сероводорода в N-метилпирролидоне-2 для условий в абсорбере (t₁ = 25 °C, p₁ = 4 МПа)

Рассчитываем точки равновесной линии для абсорбера (t₁ = 25 °C, p₁ = 4 МПа).

Точка 1:

,

.

Точка 2:

, .

Точка 3:

, .

Точка 4:

,

.

Рис. 1. Равновесная линия в условиях абсорбции

Линеаризация равновесной линии по методу наименьших квадратов:

где n - число точек с известными данными (n=5).

Получаем систему:

Решая ее, находим:

; .

Так как функция усредняющей линии задается уравнением , то, подставив полученные значения, находим искомую функцию:

Материальный баланс процесса абсорбции Газовая фаза

Молярный расход газовой фазы на входе в абсорбер:

,

где – молярный объём при нормальных условиях.

Количество абсорбтива (сероводорода) в газовой фазе на входе в абсорбер:

,

.

Количество абсорбата (природного газа), проходящего через абсорбер:

,

.

Межфазный поток абсорбтива – количество абсорбтива (сероводорода), переходящее из газовой фазы в жидкую:

,

.

Массовый расход газовой фазы на входе в абсорбер:

.

Расход газовой фазы на выходе из абсорбера:

,

.

Относительная мольная доля абсорбтива (сероводорода) в газовой фазе на входе и выходе абсорбера:

,

.

Жидкая фаза

Состав жидкой фазы на входе в абсорбер соответствует составу жидкой фазы на выходе из десорбера, который находят из равновесной растворимости абсорбтива в поглотителе в условиях десорбции (t₂ = 100 °C, p₂ = 0,1 МПа):

.

Для нахождения минимального расхода абсорбента (поглотителя) необходим равновесный состав жидкой фазы на выходе из абсорбера, который находим по равновесной линии (см. рис. 1): .

Минимальный расход поглотителя (N-метилпирролидона-2):

.

Расход поглотителя (N-метилпирролидона-2):

,

.

Состав жидкой фазы на выходе из абсорбера:

.

Расход жидкой фазы на входе в абсорбер:

,

.

Расход жидкой фазы на выходе из абсорбера:

,

.

Результаты расчёта заносим на схему потоков в абсорбере (рис. 2).

Газовая фаза на выходе из абсорбера:

,

,

.