6.4.4. Принципы расчета абсорберов и десорберов

Порядок расчета процесса абсорбции при заданном давлении процесса, составах, количестве и температурах исходного газа и тощего абсорбента, заданном извлечении целевого компонента _к и принятом числе теоретических тарелок N будет следующий [18]:

1. Принимается температура сухого (отбензиненного) газа, которая на 2-3⁰С (абсорбция газов средней жирности) или на 4-8 ⁰С (абсорбция жирных газов) превышает температуру тощего абсорбента, и определяется эффективная температура абсорбции t_эф. (⁰С) по формуле:

t_эф. = , (6.4)

где t₁, t₂ - соответственно, температуры исходного и сухого газов, ⁰С.

По эффективной температуре абсорбции t_эф. определяются константы фазового равновесия К_i всех компонентов газа (см. главу 2).

2. По диаграмме Кремсера (рис. 6.5) по заданным коэффициенту извлечения целевого компонента _к и числу теоретических тарелок в абсорбере определяют фактор абсорбции целевого компонента А_к. Факторы абсорбции для всех других компонентов газа А_i рассчитывают по формуле:

А_i = A_к , (6.5)

3. По формуле (6.2) рассчитывают коэффициенты извлечения всех компонентов газа _i и определяют количество каждого компонента в сухом газе по формулам:

v_1i = v_Fi (1-_i)

V₁ =  v_1i (6.6)

где v_1i , v_Fi - соответственно, содержание i-ого компонента в сухом и

исходном газах, моли/ч;

V₁ - количество сухого газа, моли/ч.

4. Определяют расход тощего абсорбента L₀ (моли) по формуле:

L₀ = А_к  К_к  V₁ (6.7)

5. Из уравнения материального баланса процесса определяют расход (L_N, моли/ч) и состав насыщенного абсорбента (l_Ni, моль/ч) по формулам:

L_N = V_F + L₀ - V₁

l_Ni = v_Fi + l_oi - v_1i (6.8)

где V_F - количество исходного газа, моли/ч;

l_oi - содержание i-ого компонента в тощем абсорбенте, моли/ч.

6. По формуле (6.1) определяют температуру нагрева насыщенного абсорбента.

7. Составляют уравнение теплового баланса абсорбера:

V_F Q_F + L₀ Q_L0 = V₁ Q₁ + L_N Q_LN, (6.9)

где V_F, L_0, V_1, L_N - соответственно, количества исходного газа, тощего

абсорбента, сухого газа и насыщенного абсорбента,

моли/ч;

Q_F, Q_L0, Q₁, Q_LN - соответственно, энтальпии этих же потоков,

Дж/моль (см. главу 2).

По уравнению теплового баланса определяют температуру сухого газа t₂, значение которой сравнивается с первоначально принятой (см. п.1). Если найденное значение температуры будет значительно отличаться от первоначально принятой, необходимо повторить весь расчет, принимая новые значения температур сухого газа, до достижения удовлетворительного их совпадения.

8. Определяют число практических (реальных) тарелок n_р в абсорбере по формуле:

n_р = , (6.10)

где  - к.п.д. тарелок ( = 0,2-0,5).

9. Определяют диаметр абсорбера D по формуле:

D = 5,339 , (6.11)

где V_F - производительность абсорбера по газу, моли/с;

W_доп. - допустимая скорость движения газа в свободном сечении

абсорбера, м/с (W_доп = 0,2-0,5 м/c).

Если рассчитанный диаметр абсорбера не совпадает с нормализованным значением (см. раздел 5.2.4), то принимают ближайший больший диаметр.

10. Определяют высоту абсорбера аналогично высоте абсорбера для осушки газа (см. раздел 5.2.4).

Порядок расчета процесса десорбции при заданных давлении процесса, составе, количестве и температуре насыщенного абсорбента и отпаривающего агента (например, водяного пара, подаваемого в куб десорбера вместо его рибойлерного обогрева), коэффициенте извлечения (отпарки) целевого компонента и числе теоретических тарелок N будет следующий [18]:

1. Принимают, что температура отпаренного газа на несколько градусов (2-5 ⁰С) выше температуры насыщенного абсорбента, и определяют эффективную температуру процесса десорбции (⁰С) по формуле:

, (6.12)

где t₃, t₄ - соответственно, температуры отпаривающего газа и

отпаренных углеводородов, ⁰С.

По эффективной температуре десорбции определяют константы фазового равновесия К_i всех компонентов насыщенного абсорбента (см. главу 2).

2. По диаграмме Кремсера (рис. 6.5) по заданным коэффициенту извлечения (отпарки) целевого компонента и числу теоретических тарелок в десорбере N определяют фактор десорбции целевого компонента S_к. Факторы десорбции для всех других компонентов S_i рассчитывают по формуле:

S_i = S_к , (6.13)

3. Определяют количество каждого компонента в тощем абсорбенте и расход последнего по формуле:`

l_1i = l_Fi(1- )

L₁ = l_1i (6.14)

где l_1i , l_Fi - соответственно, содержание i-ого компонента в тощем и

насыщенном абсорбенте, моли/ч;

L_{1 -} количество регенерированного (тощего) абсорбента, моли/ч.

4. Определяют расход газа, поднимающегося с нижней тарелки десорбера, по формуле:

V₁ = S_к  К_к  L₁ (6.15)

5. Определяют температуру, до которой охлаждается уходящий из куба десорбера абсорбент, по формулам:

t = , ⁰С (6.16)

где С_i, С_F - соответственно, теплоемкости i-ого компонента отпаренного

газа и насыщенного абсорбента, кДж/кгград;

Н_тепл. - тепло, подводимое в куб десорбера, кДж/ч.

t_L1 = t_LF - t (6.17)

6. Определяют потребный расход отпаривающего газа по формуле:

V₀ = V₁ (1- ) , моль/ч (6.18)

где Р_V1 - давление насыщенных паров отпаренных фракций внизу

десорбера, МПа;

Р - давление в кубе десорбера, МПа.

7. Определяют общий расход отпаренных фракций (моль/ч) по уравнению материального баланса:

V_N = L_F + V₀ - L₁ (6.19)

8. Из уравнения теплового баланса определяют температуру отпаренных углеводородов вверху десорбера, которая сравнивается с принятой ранее температурой (п. 1). Если их значения значительно расходятся, то принимается новое значение t₄ и расчет повторяется вплоть до удовлетворительного совпадения этих температур.

Далее рассчитывают диаметр и высоту десорбера аналогично вышеприведенному порядку расчета диаметра и высоты абсорбера.