Розрахунок теплового балансу

Вихідні дані:

середня теплоємність розчину МЕА, кДж/(кг∙˚С): Ср_сер = 4;

теплоємність пари на виході з регенератору (т. Г), кДж/(кмоль∙˚С):

Ср₃ = 35;

температура розчину МЕА на виході з абсорберу t₁ = 60˚C;

температура розчину МЕА на вході в регенератор, ˚C: t_вх = 100;

температура розчину після кип'ятильника МЕА, ˚C: t_вих = 120;

температура конденсату на виході сепаратору поз. 2, ˚C: t₄ = 40;

теплота десорбції СО₂, кДж/кг СО₂: QCO₂ = 1507;

теплота випаровування води в умовах регенератору, кДж/кг: Q_вип = 2200.

Параметри насиченої пари на вході в кип'ятильник МЕА:

температура, ˚C: t_кип.вх = 150;

тиск насиченої пари, атм : Р = 4,9;

теплота фазового переходу пара – вода, кДж/кг: ∆Н_ф.п. = 2111.

Алгоритм розрахунку

Розрахунок теплового балансу зводиться до визначення температури регенерованого розчину МЕА на виході з теплообмінника поз. 6 (t_тепл), а також витрат насиченої пари (G_п), що подається в кип’ятильник МЕА.

З рівняння теплового балансу теплообмінника 6:

G₁∙t₁∙Ср_сер + G₀∙t_вих∙Ср_сер = G₁∙t_вх∙Ср_сер + G₀∙t_тепл∙Ср_сер (4)

визначимо t_тепл, ˚C:

t_тепл = .(5)

Основними статтями приходу теплового балансу згідно штрихового контуру рисунку є:

- теплота, що вноситься з розчином МЕА, кДж: Q₁ = G₁∙ t_вх∙ Ср_сер ;

- теплота конденсату – флегми (в т. Д) , кДж:

Q₄ = m₄∙ t₄∙ Ср_води, (m₄ = m₃ - m₂),

де Ср_води - середня теплоємність води, кДж/(кг∙˚С): Ср_води = 4,19;

- теплота, що вноситься з насиченою парою, кДж: Q_п.

Основними статтями витрат теплового балансу є:

- теплота, що виноситься вологим газом з регенератору (т. Г), кДж:

Q₃ = V∙ t_вх∙ Ср₃/22,4;

- теплота реакції десорбції і випаровування, кДж:

Q₅ = QCO₂ ∙(m₁ – m₀) + Q_вип∙ m₃;

- теплота, що виноситься регенерованим розчином МЕА, кДж:

Q₆ = G₀∙ t_вих∙ Ср_сер;

- втрати теплоти (прийняти 5 % від приходу), кДж:

Q_втрат = (Q₁ + Q₄ + Q_п )∙0,05.

Таким чином з рівняння теплового балансу

Q₁ + Q₄ + Q_п = Q₃ + Q₅+ Q₆ + Q_втрат.

Q_п визначається як : Q_п = (Q₃ + Q₅ + Q₆ – 0,95·Q₁ - 0,95·Q₄)/0,95

Витрата насиченої пари, що подається в кип’ятильник МЕА:

G_п = Q_п /∆Н_ф.п..

На практиці витрата насиченої пари є меншою, оскільки після теплообмінника 6 відбувається дроселювання зі зміною тиску від 28 атм до 1,62 атм, і частина води в розчині МЕА перетворюється на пару, тому в регенератор надходить не вода, а суміш води і насиченої пари.

Конструктивний розрахунок

Розрахунок тарілчастого десорберу зводиться до визначення кількості тарілок.

Вихідні дані

Табличні довідкові значення рівноважного тиску СО₂ над розчином МЕА в залежності від температури розчину та ступеню карбонізації приведені у таблиці (5). Кількість кроків інтегрування: n = 50. Див. також вихідні дані матеріального і теплового розрахунків.

Таблиця 5 – Значення рівноважного тиску СО₂ над розчином МЕА.

№	T	α	Ртабл.кПа
1	2	3	4
1	373	0,1	0,343
2	373	0,14	0,733
3	373	0,18	1,36
4	373	0,22	2,37
5	373	0,26	3,76
6	373	0,3	5,82
7	373	0,34	9,01
8	373	0,38	13,96
9	373	0,42	24,82
10	373	0,46	55,57
11	373	0,5	118,3
1	2	3	4
12	373	0,54	211,3
13	373	0,58	312,5
14	373	0,62	473
15	383	0,1	0,716
16	383	0,14	1,5
17	383	0,18	2,72
18	383	0,22	4,73
19	383	0,26	7,33
20	383	0,3	11,35
21	383	0,34	17,17
22	383	0,38	26,6
23	383	0,42	45,16
24	383	0,46	94,36
25	383	0,5	188,3
26	383	0,54	298,4
27	383	0,58	451,7
28	383	0,62	668,1
Продовження таблиці 5
1	2	3	4
29	393	0,1	1,36
30	393	0,14	2,85
31	393	0,18	5,31
32	393	0,22	9,01
33	393	0,26	13,64
34	393	0,3	21,62
35	393	0,34	32,72
36	393	0,38	50,68
37	393	0,42	84,11
38	393	0,46	160,3
39	393	0,5	298,4
40	393	0,54	451,7
41	393	0,58	638
42	393	0,62	880,7