Расчет абсорбционной установки
Улавливание бензольных углеводородов из коксового газа каменноугольным маслом представляет собой процесс многокомпонентной абсорбции, когда из газа одновременно поглощается смесь компонентов – бензол, толуол, ксилол и сольвенты. Инертная часть коксового газа состоит из многих компонентов – Н2, СН4, СО, N2, СО2, О2, NH3, Н2 и др. сложным является и состав каменноугольного масла, представляющего собой смесь ароматических углеводородов (двух- и трехкольчатых) и гетероциклических соединений с примесью фенолов. Для упрощения приведенных ниже расчетов газовая смесь и поглотитель рассчитываются как бинарные, состоящие из распределяемого компонента (бензольные углеводороды) и инертной части (носителей); физические свойства их приняты осредненными.
Для линеаризации уравнения рабочей линии абсорбции составы фаз выражают в относительных концентрациях распределяемого компонента, а нагрузки по фазам – в расходах инертного носителя. В приведенных ниже расчетах концентрации выражены в относительных массовых долях распределяемого компонента, а нагрузки – в массовых расходах носителей.
Материальный баланс
В бензольные скрубберы поступает из конечных газовых холодильников газ следующего состава:
| Состав | кг/ч | м³/ч |
| сухой коксовый газ | 33783,08 | 76370,4 |
| водяные пары | 1804,16 | 2255,2 |
| бензольные углеводороды | 2315,8 | 626,4 |
| сероводород | 1136,96 | 748 |
| итого | 39040 | 80000 |
|
|
|
Температура поступаемого газа 25ºС и давление 847 мм. рт. ст. принимаем потери бензольных углеводородов с выходящим газом, равным 1,167 г/м³ сухого газа, что составляет
кг/ч
тогда степень улавливания
или 96%
Количество поглощаемых бензольных углеводородов:
G=2315,8 – 92,632 =2223,168 кг/ч
Таким образом, из скрубберов выходит:
| Состав | кг/ч | м³/ч |
| сухой коксовый газ | 33783,08 | 76370,4 |
| водяные пары | 1804,16 | 2255,2 |
| бензольные углеводороды | 92,632 | 25,056 |
| сероводород | 1136,96 | 748 |
| итого | 36816,8 | 79398,656 |
Фактическое содержание бензольных углеводродов в поступающем газе:
г/м3
и выходящем газе:
г/м3
где 825-давление газа после бензольных скрубберов, мм рт ст
847-давление газа до бензольных скрубберов, мм рт ст
303-температура газа после скруббера, ºК
Максимальное содержание бензольных углеводородов в поступающем масле определяем по уравнению:
где a2-содержание бензольных углеводородов в выходящем газе
a2=1,91гр/м³
p2=825 мм рт ст
Mn-молекулярная масса поглотителя 170
Pω-упругость паров бензольных углеводородов над поступающим маслом, мм рт ст
Для определения упругости бензольных углеводородов над поступающим маслом принимаем следующий состав сырого бензола:
|
|
|
бензола 73%, ксилолов 5%, толуола 21%, сольвентов 1%
При t=30ºC упругость: бензол 118,4
толуол 39,5
ксилол 23,5
сольвент 5
Средняя молекулярная масса сырого бензола:
Молекулярная доля компонентов в сыром бензоле:
где 78,92,106,120-молекулярные массы компонентов.
Тогда упругость бензольных углеводородов при 30ºС: Рсб в поглотительном масле:
Действительное содержание С должно быть менее равновесным для создания движущей силы абсорбции вверху скруббера:
n - коэффициент сдвига равновесия, который можно принять равным 1,1-1,2
Максимальное содержание бензольных углеводородов в выходящем из скрубберов масле при условии равновесия внизу скруббера определяем по уравнению:
Для сдвига равновесия внизу абсорбера принимаем коэффициент сдвига равновесия n=1.5, тогда
Минимальное количество поглотителя:
L min = 
Действительное количество поглотителя:
L = 
Что составит на 1м³ сухого газа: 
Таким образом, в поступающем масле содержатся бензольных углеводородов:
99314· 
и в выходящем:
|
|
|
99314·2,22/100=2205 кг/ч
Следовательно, поглощается маслом бензольных углеводородов:
2205-178=2027 кг/ч
материальный баланс скрубберов, кг/ч
| Компоненты | Приход | Расход |
| коксовый газ | 37506 | 35479 |
| поглотительное масло | 99314 | 99314 |
| бензольные углеводороды | 178 | 2205 |
| Итого | 136998 | 136998 |
Определение поверхности абсорбции и размеров скрубберов
Для скрубберов принимаем деревянную хордовую насадку со следующей характеристикой:
толщина рейки…………… а = 0,01 м =10мм;
зазоры между ними……… в = 0,02 = 20мм
высота рейки……………… с = 120мм
Критическая скорость газа определяется уравнением:
U=2.32 
Вязкость коксового газа при Т = 30ºС Z=0.0127 спз
Плотность газа на выходе:
p = 
dэ=2b=2·0,02=0,04м.
критическая скорость газа:
U=2.32 · 
Требуемое живое сечение насадки:
Sж = 
Где V-фактический объем газа на выходе из скруббера.
V=74452.4 · 
Отсюда:
Sж = 
Общее сечение насадки скруббера:
S общ = 
и диаметр скруббера:
Д= 
Поверхность абсорбции определяется уравнением:
F= 
Где G-количество поглощенных бензольных углеводородов, кг/ч;
∆pср - средняя движущая сила абсорбции.
К- коэффициент абсорбции, кг/(м²·ч·мм рт ст)
|
|
|
Движущая сила абсорбции вверху скруббера:
где 
-парциальное давление бензольных углеводородов в выходящем газе.
=0.0224 · 
=0.418 мм.рт.ст.
мм.рт.ст.
Тогда
∆p2=0.418-0.363=0.055 мм.рт.ст.
Движущая сила абсорбции внизу скруббера:
где pг - парциальное давление бензольных углеводородов в поступающем газе.
=0,0224· 
мм.рт.ст.
средняя движущая сила абсорбции:
коэффициент абсорбции определяется:
K= 
Где Кг-коэффициент массоотдачи при абсорбции через газовую пленку.
Плотность газа на входе
и плотность газа на выходе:
Средняя плотность газа:
и при фактических условиях:
тогда:
Uг = 
Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в коксовом газе Дr при нормальных условиях:
Дr= 
Мr-молекулярная масса коксового газа
Мr=22,4·0,488=11, тогда
Дr= 
Pср=825+ 
мм. рт. ст. T=300ºK
Приводим коэффициент диффузии к фактическим условиям:
Число Нуссельта
Число Рейнольдса
Число Прандтля
таким образом
и коэффициент массоотдачи через газовую пленку
или
коэффициенты массоотдачи при абсорбции через жидкую пленку:
Число Рейнольдса для поглотителя
орошения м³/(м·ч)
Uж-кинематическая вязкость поглотителя, м²/ч
qж= 
где L-количество поглотителя, кг/ч pж- плотность поглотителя, 
U- периметр сбегания поглотителя в одном круге насадки, м
Периметр сбегания жидкости в одном круге насадки: где L- длинна реек в одном круге
U-периметр сбегания жидкости в одном круге насадки
Вязкость поглотительного масла при t=30ºC равна 16,5 спз, что в пересчете на кинематическую вязкость составит:
или
тогда
Число Прандтля для поглотителя:
Коэффициент диффузии бензольных углеводородов в поглотительном масле при 30ºС равен Дж=0,14·10 
м 
Тогда,
Отсюда коффициент массотдачи через жидкостную пленку:
Для пересчета на движущую силу абсорбции в мм.рт.ст. необходимо полученное значение 
делить на константу равновесия Генри.
Н-упругость Генри (мм. рт. ст ·м³)/кг
тогда константа Генри будет равна
над входящим газом
таким образом,
отсюда коэффициент массопередачи будет равен:
Необходимая поверхность абсорбции:
или на 1м³ сухого коксового газа
Поверхность круга насадки:
где U-периметр сбегания жидкости по насадке
C-высота рейки насадки 0,1м
Необходимое число кругов насадки.
Принимаем три скруббера по 240 кругов и в каждом скруббере по 24 круга. Считая расстояние между секциями 0,5м, высоту опорных реек 0,12 м и расстояние от верха насадки до крышки и от низа насадки до дна 5 м, получим общую высоту скруббера.
Механический расчет. Подбор толщины обечайки
Расчет толщины обечаек проводят в соответствии с ГОСТ-14249-80.
Исполнительную толщину гладкой тонкостенной цилиндрической обечайки, рассчитывают по формуле:
где Д-диаметр скруббера,
p- давление внутри скруббера, МПа
φ-коэффициент прочности сварных швов, φ=1
с-исполнительная толщина стенки элементов, с=0,02мм
Принимаем диаметр из стандартного ряда p=0.160 МПа
Допускаемое напряжение в рабочем состоянии при расчетной температуре 20ºС δ=140 МПа
Расчет толщины днища
Толщину стенки днища определяют
где 
Принимаем днище эллиптическое отбортованное стальное по ГОСТ-6533-68
| Дв, мм | hв, мм | Fв, м² | емк. V·10 
|
| 5000 | 500 | 4,5 | 1124 |
Расчет и подбор диаметров штуцеров
Принимаем диаметр штуцеров для входа и выхода коксового газа 1,500 м
Материал штуцеров сталь марок 08 и 10.
Где ω = 15 м/с принятая скорость коксового газа в трубопроводе.
Для входа и выхода поглотительного масла:
где- ρ плотность поглотительного масла 1060 кг/м³
ω - маловязкие жидкости 0,5-1,0м/с
Принимаем диаметр штуцеров для входа и выхода поглотительного масла Д = 0,200 м Подбор фланцевых соединений
Принимаем фланцы плоские стальные приварные Тип 1 по ГОСТ1255-54
| Присоединительные размеры, мм | Болты, шт | Тип фланца | ||||||
| Рy, мн/м² | Дв, мм | Д, мм | Дб, мм | Д1,мм | Д 
| dσ | z | h,мм |
| 1,500 | 1500 | 1640 | 1590 | 1560 | 1513 | М20 | 32 | 25 |
| Присоединительные размеры, мм | Болты, шт | Тип фланца | ||||||
| Py, мн/м² | Дy | Дн | Д | Дб | Д1 | d 
| z | h,мм |
| 0,2 | 200 | 219 | 290 | 255 | 232 | М16 | 8 | 22 |
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 239; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!