Д3 розрахунОк очищення газу від оксиду карбону (IV) гарячим розчином поташу

Мета роботи: розрахунок в середовищі Excel матеріальних потоків, теплового балансу і апаратурного оформлення хемосорбційного процесу.

Водні розчини поташу (K₂CO₃ – карбонату калію), активовані різними добавками, широко застосовуються для очищення газів від двооксиду вуглецю. В імпортних схемах очищення абсорбентом є розчин поташу, що містить диетаноламін (ДЕА), інгібітор корозії – оксид ванадію (V) та засоби проти спінювання розчину (різні силіконові масла).

Взаємодія розчину K₂CO₃ і CO₂ протікає за реакцією:

K₂CO₃ + H₂O + CO₂ ↔ 2KHCO₃ + Q.

Додавання ДЕА у поташний розчин дозволяє значно знизити рівноважний тиск CO₂ над розчином за малих ступенів його карбонізації (в умовах верхньої частини абсорбера), тобто досягти більш тонкого очищення, а також збільшити швидкість абсорбції CO₂ гарячим (70 – 100^оС) розчином карбонату калію в 1,5–2 рази в порівнянні з чистим розчином K₂CO₃ і за високих ступенів карбонізації розчину (тобто в нижній частині абсорбера). Рівняння взаємодії оксиду вуглецю (IV) з ДЕА:

2R₂NH + H₂O + CO₂ ↔ (R₂NH₂)₂CO₃,

(R₂NH₂)₂CO₃ + H₂O + CO₂ ↔ 2R₂NH₂HCO₃,

де R – СН₂СН₂ОН.

Температура розчину в абсорбері не повинна перевищувати температури його кипіння за атмосферного тиску. Максимальна концентрація розчину поташу вибирається таким чином, щоб зменшити об’єм циркулюючого розчину та уникнути випадіння осаду, тому гранична концентрація поташу в робочому розчині повинна бути не більше 40% (реально до 30%).

Нижче надано схему матеріальних потоків в насадковому абсорбері.

1 Матеріальний розрахунок

Вихідні дані:

Продуктивність за аміаком, т/добу: R₀ = 1360.

Склад неочищеного конвертованого газу, % об. наведений в табл.1 :

Таблиця 1 - Склад неочищеного конвертованого газу

C0(CO2)	17,36
C0(CO)	0,5
C0(H2)	61,64
C0(CH4)	0,3
C0(N2)	19,95
C0(Ar)	0,25

Вміст CO₂ в очищеному конвертованому газі, % об., після:

• грубого очищення: C(CO₂) =1,7;

• тонкого очищення: C'(CO₂) = 0,1.

Тиск процесу: Р = 27,9 атм.

Масова частка К₂СО₃ в розчині, %: w(K₂CO₃) = 25.

Ступінь карбонізації розчину К₂СО₃, кмоль/кмоль:

• тонке очищення: вхід: X_1' = 0,288; вихід: X_2' = 0,472;

• грубе очищення: вхід: X₁ = 0,472; вихід: X₂ = 0,908.

Температура розчину, К, на вході:

• тонкого очищення: T’₀ = 343;

• грубого очищення: T”₀ = 378.

Густина розчину, кг/м³: ρ(К₂СО₃) = 1225.

Розчинність малорозчинних компонентів газової суміші за нормальних умов, м³газу/м³розчину, наведена в табл.2.

Таблиця 2 - Розчинність і-того компоненту за нормальних умов

R(СО)	0,0165
R(Н2)	0,0153
R(СН4)	0,02369
R(N2)	0,011
R(Ar)	0,0252

Попередні розрахунки:

Молярну концентрацію К₂СО₃ в водному розчині, кмоль/м³, розрахувати наступним чином:

, (1)

де – молярна маса К₂СО₃, кг/кмоль. (М = 138)

.

Густини газів за нормальних умов, кг/м³:

, (2)

де – молярна маса газу, кг/кмоль;

– молярний об’єм газу, м³/кмоль.

Таблиця 3 – Результати розрахунку густини газів за нормальних умов

ρ(CO2)
ρ(CO)
ρ(H2)
ρ(CH4)
ρ(N2)
ρ(Ar)

Витрата азоту, необхідного для забезпечення заданої продуктивності за аміаком, м³/добу:

, (3)

де – коефіцієнт, що враховує технологічні втрати газу, К=1,1.

.

Витрата вихідного газу, м³/год:

; (4)

.