Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным

Введение



Углеводородные нефтяные и природные газы могут содержать в качестве нежелательных примесей кислые компоненты (сероводород, углекислый газ), а также сероорганические соединения (сероуглерод, меркаптаны, тиофены). Для удаления этих компонентов применяют абсорбционные процессы, основанные на избирательном поглощении целевого компонента из газовой смеси жидким поглотителем в процессе их контактирования. 

В зависимости от типа взаимодействия нежелательных примесей с растворителем различают процессы химической и физической абсорбции. В первом случае очистка происходит за счет химической реакции нежелательных соединений с растворителями. В качестве абсорбентов применяют растворы алканоламинов (моноэтаноламина – МЭА; ДЭА; дигликольамина и др.) при физической абсорбции нежелательные соединения в составе газовой смеси взаимодействуют с жидкими неорганическими (вода) или органическими (пропиленкарбонат, диметиловый эфир N- метилпирролидона и др.) растворителями и поглощаются ими. Выбор способа очистки определяется выбором растворителя.

Абсорбционные аппараты по способу создания развитой поверхности контакта фаз между очищаемым газовым сырьем и жидким поглотителем подразделяют на насадочные, тарельчатые, пленочные и распылительные. 

В насадочных аппаратах, наиболее распространенных в промышленности, она создается при обволакивании слоем жидкого абсорбента насадки (кольца Рашига, Палля, хордовые насадки, проволочные, седлообразные и др.). Поток газа непрерывно контактирует с пленкой жидкости. 

В тарельчатых аппаратах на некотором расстоянии друг от друга размещают перфорированные тарелки (колпачковые, ситчатые, клапанные), на которых с помощью сливных порогов поддерживается слой жидкости. Через него барботирует газ, в результате чего обеспечивается необходимая поверхность контакта фаз. 

В пленочных абсорберах поглотитель распределяется по поверхности труб (пленочные абсорберы трубчатого типа) или прямоугольных вертикальных листов (пленочные абсорберы с плоскими поверхностями), а газовый поток проходит через трубное пространство или зазорах между параллельными листами. В распылительных абсорберах большая величина поверхности контакта фаз достигается распылением жидкости в газовом потоке.

Для очистки углеводородных газов применяют колонные аппараты тарельчатого и насадочного типа. 

В курсовом проекте требуется рассчитать абсорбер для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина (ДЭА) производительность по газовому сырью 280000 м3/ч. Расчет включает в себя: составление материального и теплового баланса абсорбера, определение химического состава насыщенного абсорбента, предварительный расчет диаметра абсорбера, расчет работоспособности тарелок, расчет высоты абсорбера и диаметров штуцеров аппарата.


1. Материальный баланс абсорбера





Рис. 1



Суммарное содержание кислых компонентов (рис. 1):

 ,  и  - содержание кислых компонентов в газовом сырье, % об.

 

Количество раствора ДЭА в единицу времени находим из графика:, тогда количество раствора ДЭА, циркулирующего в системе абсорбер – десорбер,  – плотность 18-%-ного водного раствора ДЭА при температуре входа в аппарат .

Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА и состава неочищенного газа приведен в таблицах 1 и 2.


Таблица 1 - Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА

Компонент

Мольная масса 

Количество

Содержание







, 



, масс. доли

, мольн. доли





18,0

123477

6860

0,8199

0,96367

0,046

ДЭА

105,0

27108

258,2

0,18

0,03627

0,0017



34,0

15

0,4

0,0001

0,000056

2,94*10-6

Σ



150600

7118,6

1,0000

0,9999961,0

0,04770294

















Таблица 2 - Расчет состава неочищенного газа

Компонент

Мольная масса 

Количество , 

Содержание  , мольн. доли



Количество , кг/ч

Содержание масс. доли



16

210000

0,75

12

150000

0,5372



30

28000

0,1

3

37500

0,1343



44

22400

0,08

3,52

44000

0,1576



58

16800

0,06

3,48

43500

0,1558



34

2800

0,01

0,34

4250

0,0152

Σ



280000

1,00

22,34

279250

1,00011,000



Количество метана и этана, растворившихся в единицу времени в воде, содержащейся в водном растворе ДЭА

 ,  ,

где  и  - растворимость метана и этана в воде при температуре t и нормальном давлении, , - объемный расход воды в водном растворе ДЭА, t – температура, при которой происходит растворение (принимаем t = ). 


 ,  

 * , 

 * .

Расходы метана, этана и сероводорода в очищенном газе равны:





( =0,15% об. - содержание в очищенном газе, не более).

Остальной расчет состава очищенного газа приведен в таблице 3.



Таблица 3 - Расчет состава очищенного газа

Компонент

Мольная масса 

Количество , 

Содержание  , мольн. доли



Количество , кг/ч

Содержание масс. доли



16

209997,45

0,7576

12,12

149998,2

0,5459



30

27996,86

0,1010

3,03

37495,8

0,1365



44

22400

0,0808

3,56

44000

0,1604



58

16800

0,0606

3,51

43500

0,1581



34

4,2

0,0000152

0,00052

6,4

0,000023

Σ



277198,5

1,0000152

22,2

275000

1,000923



Расход газов, поглощенных раствором ДЭА:

 .

Расход насыщенного кислыми компонентами водного раствора ДЭА:

 


Сводные данные по материальному балансу абсорбера представлены в таблице 4.



Таблица 4 - Материальный баланс абсорбера

Поток, поступающий в абсорбер (рис. 1)

Количество, кг/ч

Поток, выводимый из абсорбера (рис. 1)

Количество, кг/ч

Неочищенный газ, 

279250

Очищенный газ, V

275000

Регенерированный раствор ДЭА, 

150600

Насыщенный раствор ДЭА, 

154850

Σ

429850

Σ

429850



Тепловой баланс абсорбера.

Уравнение теплового баланса абсорбера:



 .



Здесь Q - количество тепла соответствующего материального потока, кДж,  – количество тепла, выделяемого при абсорбции компонентов, кВт.

Количество тепла, вносимого в аппарат газовым сырьем при температуре .

Расчет энтальпии  идеального газа представлен в табл. 5. 



Таблица 5 - Расчет энтальпии  для неочищенного газа

Компонент

Содержание  , масс. доли

Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа

Энтальпии, кДж/кг





А

В

С

D







0,5372

154,15

15,12

0,0519

56,62

650,3

349,3



0,1343

58,65

23,63

0,4139

56,15

445,7

59,9



0,1576

33,65

26,31

0,5380

35,58

390,9

61,6



0,1558

34,72

26,08

0,5455

39,22

393,4

61,3



0,0152

87,27

2,54

0,0128

26,12

306,8

4,7

Σ

1,00011,000











536,8



R = 8,315 – универсальная газовая постоянная; - псевдокритическая температура, К; - средняя мольная масса неочищенного газа; - поправки на давление для энтальпии; - фактор ацентричности смеси. Определяются в зависимости от приведенных давления  и температуры , вычисляемых по формулам:

- псевдокритическое давление, Па.







 - критические давления (Па) и температуры (К) для компонентов смеси

 - фактор ацентричности i-го компонента.

Расчет псевдокритических параметров и фактора ацентричности приведен в таблице 6. Данные для расчета , - в таблице 7.



Таблица 6 - Псевдокритические параметры и фактор ацентричности неочищенного газа

Компонент

Содержание  , мольн. доли

, МПа

, К



, МПа

, К





0,75

4.605

190.55

0.0104

3.4538

142.91

0.00780



0,1

4.875

305.43

0.0986

0.4875

30.54

0.00986



0,08

4.248

369.82

0.1524

0.3398

29.59

0.01219



0,06

3.795

425.16

0.2010

0.2277

25.51

0.01206



0,01

9.000

373.6

0.1000

0.0900

3.74

0.00100

Σ

1,00







4.6

232.29

0.04291



Таблица 7 - Поправки на давление для энтальпии плотных газов и жидкостей











0,8

1,0



0,8

1,0

1,3

2,09

2,76

1,3

0,55

0,71

1,4

1,76

2,26

1,4

0,34

0,42





Количество тепла, приносимого газовым сырьем:

 



Таблица 8 - Расчет энтальпии  для очищенного газа

Компонент

Содержание , масс. доли

Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа

Энтальпии, кДж/кг





А

В

С

D







0,5459

154,15

15,12

0,0519

56,62

650,3

355



0,1365

58,65

23,63

0,4139

56,15

445,7

60.84



0,1604

33,65

26,31

0,5380

35,58

390,9

62.7



0,1581

34,72

26,08

0,5455

39,22

393,4

62.2



0,000023

87,27

2,54

0,0128

26,12

306,8

0.0071

Σ

1,000923











540.75 


Таблица 9 - Псевдокритические параметры и фактор ацентричности очищенного газа

Компонент

Содержание  , мольн. доли

МПа

, К



, МПа

, К





0,7576

4.605

190.55

0.0104

3.4887

144.36

0.0079



0,1010

4.875

305.43

0.0986

0.4924

30.85

0.01



0,0808

4.248

369.82

0.1524

0.3432

29.88

0.0123



0,0606

3.795

425.16

0.2010

0.2300

25.76

0.0122



0,0000152

9.000

373.6

0.1000

0.000137

0.0057

0.000002

Σ

1,00







4.55

230.86

0.0424



,  (по данным из табл. 7).

 

Так как остаточное содержание  невелико, можно принять равной энтальпии 18%-го водного раствора ДЭА; тогда

теплоемкость водного раствора ДЭА, .

При  .

Рассчитываем количество тепла, выделяемого в единицу времени при абсорбции  в 18%-ном водном растворе ДЭА (теплом, выделяющимся при абсорбции  и , пренебрегаем в силу его незначительности):



, 



 - теплота хемосорбции , кДж/кг.


 ,



- теплота хемосорбции сероводорода,  - доля сероводорода в смеси кислых компонентов, в данном случае .

.

 

Расход тепла  с насыщенным абсорбентом вычисляется на основе теплового баланса абсорбера, представленного в таблице 10.



Таблица 10 - Тепловой баланс абсорбера

Обозначение потока

Количество, кг/ч

Температура, 

Энтальпия, кДж/кг

Количество тепла, кВт

Приход



279250

40

349,8

27206,7



150600

40

152,8

6392



4250



1905

2248,7

Σ







35847,4

Расход



275000

40

354,55

27300



154850







Σ







35847,4



 

Для учета зависимости теплоемкости насыщенного абсорбента от температуры примем значение температуры насыщенного абсорбента на 12 градусов выше температуры регенерированного раствора:

 .

Теплоемкость при данной температуре  пересчитываем . 




Найденная и принятая величины совпадают с точностью до 0,19%.

Химический состав насыщенного абсорбента.



 

 



 - давление в аппарате, МПа, - общее число молей реагирующей смеси,  - разность чисел молей продуктов и исходных реагентов.

Константа химического равновесия связана с изменением стандартного изобарного потенциала:



 



Где  – изменение стандартного изобарного потенциала для j-й реакции (j = 1, 2), кДж/моль; R = 8,315 газовая постоянная температура реакции, К.

Рассчитываем изменение изобарного потенциала реакции:



, где



 - изменение энтальпии образования, кДж/моль;  - изменение энтропии реакции, .

– суммы энтальпий образований исходных веществ и продуктов реакции, кДж/моль; - суммы энтропий исходных веществ и продуктов реакции, ,  - количество молей вещества. Значения энтальпий образования и энтропий веществ приведены в таблице 11. Расчет констант химического равновесия – в таблице 12.



Таблица 11 - Стандартные энтальпии  образования и энтропии  при температуре t = 25

Элемент, соединение, ион

, кДж/моль

, Дж/(моль*К)

Элемент, соединение, ион

, кДж/моль

, Дж/(моль*К)



-20.160

205.776



-51.036

219.592



-17.668

-61.126



-156.499

999.306

S

2.805

22.190



-310.193

2020.802



46.221

192.630



-176.167

938.181



-46.221

192.630







, 



Таблица 12 - Расчет констант химического равновесия

Реакция

, кДж/моль

, 

, кДж/моль







22,965

-0,184

82,8

-0,013

0,971



-21,981

-0,350

91,8

-0,015

0,447



Обозначим число киломолей  и , полученных по реакциям 1 – 2, через  и  и проведем расчет равновесного превращения по схемам, представленным в таблице 13.



Таблица 13 - Расчет равновесного превращения

Реакция





Число киломолей

3

2

 в исходной смеси





 в равновесной смеси, 





 всего в равновесной смеси, 



2

Разность чисел киломолей

-2

0



Тогда выражения для расчета констант химического равновесия реакций 1 – 2 будут выглядеть следующим образом:



  



Методом подбора определяем  и . 



, 



Для получения  в количестве  кмоль/ч необходимо знать количество прореагировавших веществ.

Определяем количество исходного сероводорода:



 



По реакции 1 прореагировали вещества в количествах:

Получено по реакции 1:

или 



 

После реакции 1 в насыщенном абсорбенте остаются непрореагировавшими:



 

 



Определяем количество исходного:



 



По реакции 2 прореагировали вещества в количествах:

Получено по реакции 2:



 



После реакции 1 в насыщенном абсорбенте остаются непрореагировавшими:



 



С учетом содержания остаточного сероводорода в поступающем в аппарат абсорбенте количество , растворенное в насыщенном абсорбенте, равно:



 

Расчет состава насыщенного абсорбента, выводимого из аппарата, приведен в таблице 14.

Таблица 14 - Расчет состава насыщенного абсорбента

Компонент

Мольная масса 

Количество

Содержание







, кг/ч

, кмоль/ч

, масс. доли

мольн. доли





105

26283

250,3

0,169732

0,034593

3,63



18

123477

6859,8

0,797400

0,948062

17,07



34

4067,8

119,6

0,026269

0,016529

0,56



244

548,2

2,25

0,003540

0,000311

0,08



139

467,6

3,36

0,003020

0,000464

0,06



16

1,8

0,113

0,000012

0,000016

0,0003



30

4,2

0,14

0,000027

0,000019

0,0006

Σ



154850

7235,6

1,000000

0,999994

21,42



Диаметр абсорбера.

Диаметр абсорбера в наиболее нагруженном нижнем его сечении рассчитываем по формуле:



, где



L – расход насыщенного абсорбента из аппарата, кг/с;  - плотность насыщенного абсорбента, ;  – коэффициент для клапанных тарелок; С = 480 – коэффициент для абсорберов при расстоянии между тарелками, равном 0,6 м; G – расход газового сырья в аппарат, кг/с;  - плотность газового сырья, .

Расход насыщенного абсорбента: .

Плотность насыщенного водного раствора ДЭА при температуре  находим по содержанию в нем ДЭА:





Расход газового сырья в аппарат: 

Рассчитываем плотность газового сырья при температуре  и давлении :

Тогда диаметр абсорбера:



 



Предварительно принимаем . Правильность данного значения диаметра аппарата будет уточнена в ходе расчетов.

Расчет работоспособности клапанных тарелок.

Работоспособность наиболее нагруженной по газу и жидкости нижней тарелки абсорбера определяется необходимыми значениями следующих показателей:

- сопротивление тарелки потоку газа;

- скорость газа в отверстиях тарелки;

- отсутствие провала жидкости;

- высота слоя пены на тарелке;

- унос жидкости; 

- градиент уровня жидкости на тарелке; 

- отсутствие захлебывания.

Сопротивление тарелки потоку газа.

Рассчитываем сопротивление клапанной тарелки потоку газа. Для клапанной тарелки оно должно находиться в пределах 450 – 800 Па.

 - коэффициент сопротивления сухой тарелки, при полностью открытых клапанах равный 3,63; - скорость газа в отверстии под клапаном, м/с;  - высота сливной перегородки, м;  - подпор жидкости над сливной перегородкой, м; – сопротивление, связанное с действием сил поверхностного натяжения, Па.

Скорость газа в отверстиях тарелки:

где  – площадь прохода паров, м2.

 

( - доля живого сечения тарелки;  – рабочая площадь тарелки,.

Параметры двухпоточной клапанной тарелки диаметром  представлены в таблице 15.



Таблица 15 - Техническая характеристика двухпоточной тарелки типа ТКП (по ОСТ 26-02-1401-76)

Диаметр абсорбера , м

3,4

Свободное сечение абсорбера , м2

9,08

Шифр тарелки

Б

Рабочая площадь тарелки , м2

7,11

Периметр слива В, м

4,08

Площадь слива , м2

0,89

Длина пути жидкости , м

1,00

Доля живого сечения тарелки  при шаге между рядами отверстий 

0,129

Межтарельчатое расстояние , м

0,60

Число рядов клапанов на поток

13

Общая масса тарелки, кг, не более

680



Высоту сливной перегородки  принимаем равной 0,04 м.

Определяем подпор жидкости над сливной перегородкой:



 ,



 - удельная жидкостная нагрузка

 32 мм.

Для клапанных тарелок  должно быть не менее 13 мм, иначе наблюдается явление конусообразования (отталкивания жидкости от отверстий). Так как , конусообразования происходить не будет.

Рассчитываем сопротивление, связанное с действием сил поверхностного натяжения жидкости:

где  - поверхностное натяжение насыщенного 17% водного раствора ДЭА при температуре 52℃.

 - эквивалентный гидравлический диаметр щели под клапаном,  - высота поднятия клапана.

Тогда сопротивление клапанной тарелки потоку газа будет равно:

 

Значение сопротивления выбранного типа тарелок не выходит за пределы допустимых значений для клапанных тарелок (450).

Скорость газа в отверстиях тарелки.

Рассчитываем массу цилиндрического столбика жидкости над клапаном: диаметр клапана.

Площадь клапана, на которую действует давление газа (для упрощения принимаем ее равной площади отверстия под клапаном):

Рассчитываем скорость газа:

условие открытия клапана на орошаемой жидкостью тарелке выполняется.

(Поток газа в отверстии над клапаном должен иметь скорость для того, чтобы поднять клапан и столбик жидкости над ним. После поднятия клапана в отверстии устанавливается скорость ).

Отсутствие провала жидкости.

Для того, чтобы не происходило утечки (провала) жидкости на нижележащие тарелки через отверстия под клапанами, необходимо, чтобы фактическая скорость газа в отверстиях была больше минимальной необходимой для отсутствия провала жидкости скорости,

Рассчитываем минимальную допустимую скорость газа в отверстиях клапанной тарелки:

где Q – коэффициент, зависящий от длины пути жидкости и в данном случае равный 0,16 (для условие отсутствия провала жидкости выполняется.

Объемный расход газа на нижней границе эффективной работы тарелки:

Условие выполняется.

Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:



 



Условие выполняется.

Высота слоя пены на тарелке.

Высота слоя пены над слоем светлой жидкости  рассчитывается по формуле:



,



где , В, С – коэффициенты, равные для клапанной тарелки: А = 59,5, В = 2,2, С = 1,74; - приведенная скорость газа, м/с;  - поверхностное натяжение насыщенного 17% водного раствора ДЭА при температуре 52℃.

Приведенная скорость газа (скорость, отнесенная к рабочей площади  тарелки):



 

Полученная высота пены  является допустимой при расстоянии между тарелками 0,6 м. 

Унос жидкости.

Допустимая величина межтарельчатого уноса:



 



Рассчитываем величину удельного уноса жидкости с наиболее нагруженных нижних тарелок аппарата:



,



где D, α – коэффициенты, для клапанных тарелок D = 1.72, α = 1.38;  - комплекс, рассчитываемый по формуле:



 

 .



Унос жидкости  не превышает допустимой величины .

Объемный расход жидкости с учетом уноса:



,


 .



Градиент уровня жидкости на тарелке.

На клапанных тарелках с перекрестным током вследствие гидравлического сопротивления при течении жидкости в сторону переливного порога уровень жидкости на стороне ее входа будет больше на величину гидравлического градиента, рассчитываемого по формуле:

где  - коэффициент сопротивления для клапанных тарелок;  - длина пути жидкости на тарелке, м; - эквивалентный диаметр потока вспененной жидкости, м; - условная скорость пены на тарелке, м/с.

Рассчитываем коэффициент сопротивления для клапанных тарелок (по формуле для колпачковых тарелок):



 ,



где  – глубина барботажа, м; - критерий Рейнольдса.

Глубина барботажа равна: 

 

Критерий Рейнольдса:

где  - кинематическая вязкость жидкости с нижней тарелки, м2/с.

Условная скорость пены на тарелке:

где - средняя линейная плотность орошения, м2/с,

- средняя ширина потока при движении жидкости по тарелке (n – число потоков).

Рассчитываем условную скорость пены:

Эквивалентный диаметр потока вспененной жидкости:

Кинематическая вязкость насыщенного раствора ДЭА при содержании ДЭА, равном 17% масс, составляет 

 - динамическая вязкость насыщенного раствора ДЭА.



 

 

.



Данное значение  допустимо для длины пути жидкости  

Отсутствие захлебывания.

Захлебывание представляет собой нарушение нормального перетока жидкости с тарелки на тарелку в результате переполнения переточного устройства. Условие отсутствия захлебывания:

где - высота уровня вспененной жидкости в устройстве, равная

Здесь - высота светлой жидкости в сливном устройстве м;  - высота слоя пены в сливном устройстве, м.

 где = 760 Па – общее сопротивление нижней клапанной тарелки аппарата; - потеря давления жидкости при ее протекании через сливное устройство, Па.

где  – коэффициент сопротивления; - скорость жидкости в сечении между нижним обрезом сливной перегородки и тарелкой, м/с, равная:

площадь сечения между нижним обрезом сливной перегородки и тарелкой (поперечное сечение зазора). Здесь а – зазор под сливным стаканом, который для обеспечения гидрозатвора должен быть меньше ; принимаем а = 0,027 м.

Высоту пены в сливном устройстве примем равной высоте пены на тарелке,  Тогда условие отсутствия захлебывания выполняется.

В результате расчета работоспособности наиболее нагруженной по газу и жидкости нижней тарелки абсорбера была подтверждена правильность выбора диаметра аппарата равным .



2. Высота абсорбера



Рабочая высота абсорбера равна, м:

где  - высота верхней камеры;  - высота части аппарата, занятой тарелками;  - высота нижней камеры.

. (Принимаем).

где  - число рабочих тарелок.

Число рабочих тарелок равно:



,



где  - число теоретических тарелок, η – коэффициент полезного действия тарелки.

Применим в абсорбере клапанные тарелки, к.п.д. которых при хемосорбции  и  находятся в пределах 10. Учитывая, что  отсутствует, примем η = 35%.

Рассчитываем число теоретических тарелок, необходимое для обеспечения заданного коэффициента извлечения  в абсорбере при постоянном среднем коэффициенте его извлечения на каждой тарелке:



 ,



где  – коэффициент извлечения  в абсорбере;  - средний коэффициент извлечения  на тарелках.

Коэффициент извлечения  в абсорбере равен:



.



Рассчитываем средний коэффициент извлечения на тарелках:

где  - коэффициент массопередачи при хемосорбции, м/ч; а – удельная поверхность контакта фаз,  – высота газожидкостного слоя, м; - приведенная скорость газа при рабочих условиях в нижней части аппарата, м/с.

Коэффициент массопередачи при хемосорбции рассчитывается через коэффициенты массоотдачи при физической абсорбции по формуле:

 – коэффициенты массотдачи в газовой и жидкой фазах, м/ч;  - константа фазового равновесия при физической абсорбции с поправкой на ионную силу раствора, полученного в результате хемосорбции.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

- коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный к единице рабочей площади  тарелки.

Находим:

(А = 41700, m = 1, n = 0.5 – коэффициенты, 

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

- коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к единице рабочей площади  тарелки.

Находим:

(А = 240, m = 0,35, n = 0.58 – коэффициенты, 

Найдем константу фазового равновесия с поправкой на ионную силу раствора ДЭА:


,



где  – константа фазового равновесия для ; ,  и  - поправочные коэффициенты на присутствие отрицательных, положительных ионов и растворенного газа; ,  - количества положительных и отрицательных ионов; С – концентрация абсорбента, кмоль/м3.

Константу фазового равновесия  рассчитаем по формуле:

где  - константа фазового равновесия для водного раствора  при температуре ;  и  - средняя мольная масса и плотность абсорбента в нижней части аппарата; T = 52 + 273 = 325 К – абсолютная температура газа.



.



В водном растворе ДЭА в результате хемосорбции содержатся следующие положительные и отрицательные ионы:



 ,

 ,

.



Поправочные коэффициенты и заряды ионов приведены в таблице 16.



Таблица 16 - Поправочные коэффициенты

Ион, молекула

Ион-аналог

Число ионов

Поправочный коэффициент



















3







0,07







2



0,2









3



0,05











0,2







Рассчитываем концентрацию абсорбента:



Тогда 

 

Коэффициент массопередачи равен:

Рассчитываем удельную поверхность контакта для клапанных тарелок:



 ,



где  – критерий Вебера;  - газосодержание; ,  - вязкость водного раствора ДЭА и воды при 52℃; Fr – критерий Фруда, рассчитываемый по приведенной скорости газа:



0,25



Критерий Вебера:



 



Рассчитываем газосодержание:



 


Тогда удельная поверхность контакта будет равна:



 



Число теоретических тарелок:



 



Число рабочих тарелок:



.



Рабочая высота абсорбера равна: 







Расчет диаметров штуцеров аппарата.

Внутренние диаметры штуцеров аппарата рассчитываются по формуле:



,



где  – объемные расходы соответствующих потоков, м3/с;  - скорости соответствующих потоков, м/с.



, 


где  - абсолютные плотности соответствующих потоков, кг/ м3 (плотности очищенного газа и регенерированного раствора ДЭА рассчитываются аналогично плотностям очищенного газа и насыщенного раствора ДЭА).

Для получения значения оптимального диаметра трубопровода принимаем  в зависимости от типа перекачиваемой среды.

Расчет оптимальных диаметров приведен в таблице 17.



Таблица 17 - Расчет оптимального диаметра штуцеров аппарата

Поток

Тип перекачиваемой среды

 , кг/с

, кг/ м3

м3/с

, м/с

Расчетное значение диаметра штуцера , мм

Принимаемое значение  и толщины стенки , мм

, м/с

Неочищенный газ, 

Газ при большом давлении

77,8

34,8

2,215

17

404

426

17,3

Регенерированный раствор ДЭА, 

Жидкость нормальной вязкости, перекачиваемая насосом

41,8

1006

0,042

2

164

194

1,6

Очищенный газ, V

Газ при большом давлении

76,6

34,6

2,214

17

404

426

17,3

Насыщенный раствор ДЭА, 

Жидкость нормальной вязкости, перекачиваемая насосом

43,0

999,5

0,043

2

164

194

1,6


Заключение



В курсовом проекте был проведен технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина (ДЭА). В результате расчета выбран колонный аппарат ККП (с клапанными тарелками) даметром 3,4 м, работающий под давлением 4 МПа. Исполнение - цельносварное Техническая характеристика выбранного аппарата приведена в таблице 18. Техническая характеристика выбранного типа тарелок приведена в таблице 19.



Таблица 18 - Техническая характеристика абсорбера

Внутренний диаметр , м

3,4

Высота, м 

10,4

Давление в аппарате, МПа

4

Число рабочих тарелок

15

Размеры штуцеров:



- для ввода газового сырья

426

- для ввода регенерированного раствора ДЭА

194

- для вывода очищенного газа

426

 - для вывода насыщенного раствора ДЭА

194

Поступающий на очистку газ:



расход, м3/ч

280000

содержание , об. доли

0,01

Содержание  в очищенном газе, об. доли, не более

0,001

Температура поступающего раствора, ℃

40

Температура уходящего раствора, ℃

52

Состав регенерированного раствора ДЭА:



 

0,8199

ДЭА

0,18

 

0,0001

Расход, м3/м3 газа 

0,019


Таблица 19 - Техническая характеристика двухпоточной тарелки типа ТКП (по ОСТ 26-02-1401-76)

Диаметр абсорбера , м

3,418

Свободное сечение абсорбера , м2

9,08

Шифр тарелки

Б

Рабочая площадь тарелки , м2

7,11

Периметр слива В, м

4,08

Площадь слива , м2

0,89

Длина пути жидкости , м

1,00

Доля живого сечения тарелки  при шаге между рядами отверстий 

0,129

Межтарельчатое расстояние , м

0,60

Число рядов клапанов на поток

13

Общая масса тарелки, кг, не более

680

Зазор под сливной перегородкой а, м

0,027

Площадь прохода газа, м2

0,917

КПД тарелки

0,35






Список литературы



			Гайле А.А., Пекаревский Б.В. Расчет ректификационных колонн: учебное пособие. - СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007.

			Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983.

			Мурин И.В., Кисленко Н.Н., Сурков Ю.В. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник. - ч. 2. - М.: Изд-во «Недра», 2002.

			Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007.

			Рамм В.М. Абсорбция газов. - 2-е изд. - М.: Химия, 1976.

			Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник/ Под ред. Е.Н. Судакова. - 3-е изд. - М.: Химия, 1979.

			Справочник нефтепереработчика/ Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко и М.Г. Рудина. – Л.: Химия, 1986.

			Справочник химика: в 6 т. – т. 1. / Под ред. Зониса С.А., Симонова Г.А., изд. 2, перераб. и доп. – Л.: Изд-во «Химия», 1966.

			Фролов В.Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». – 2-е изд., испр. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008.

			Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. - Л.: Химия, 1969.