- •Обозначения
- •Исходные данные
- •Материальный баланс процесса абсорбции Газовая фаза
- •Жидкая фаза
- •Построение рабочей линии
- •Расчёт движущей силы процесса абсорбции
- •Расчёт диаметра абсорбера
- •Расчёт коэффициента массоотдачи в газовой фазе
- •Расчёт коэффициента массоотдачи в жидкой фазе
- •Расчёт высоты колонны
- •Заключение
- •Список литературы
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 yн = 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)
Давление сероводорода над раствором |
Растворимость сероводорода в N-метилпирролидоне-2 |
Относительные мольные доли |
|
, МПа |
α, |
в жидкой фазе |
в газовой фазе |
X, |
Y, |
||
0,02666 |
11,1 |
0,04835 |
0,00671 |
0,05333 |
20,9 |
0,09104 |
0,01351 |
0,07999 |
29,8 |
0,12981 |
0,02041 |
0,10132 |
35,4 |
0,1542 |
0,02599 |
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: