Лабораторная работа №3 Моделирование технологической схемы осушки газа с помощью тэг (4 часа)

Цель работы: освоение методики расчета технологических схем с рециклами.

Рис.4.1. Технологическая схема осушки газа с помощью ТЭГ

Описание процесса

Этиленгликоли, в частности, триэтиленгликоль (ТЭГ), применяются для глубокой осушки газовых потоков (арктические условия, криогенные процессы).

В данном примере с помощью Unisim моделируется типичная схема осушки ТЭГом и регенерация последнего. Поток влажного газа поступает в абсорбер, где он контактирует со свежим раствором ТЭГ и осушается до содержания воды не более 1% мае. Абсорбер имеет 14 теоретических тарелок. Обводненный ТЭГ из абсорбера нагревается до 105 С горячим потоком раствора ТЭГ из регенератора и подается в отпарную колонну на регенерацию. Регенератор представляет собой колонну с тремя теоретическими тарелками, включая дефлегматор и кипятильник. Регенерированный поток ТЭГ (99% мае.) охлаждается и вновь подается на верхнюю тарелку абсорбционной колонны (Рис.4.2.).

Поскольку рассматриваемая схема содержит рецикл (регенерированный ТЭГ возвращается в абсорбер), необходимо до начала расчета задать параметры рециркулирующего потока (Свежий ТЭГ), которые затем будут пересчитаны системой.

Приведенный ниже состав природного газа указан без учета воды. Для того, чтобы получить влажный (насыщенный) газ, смешаем потоки Сырье и Вода, отделим свободную воду и направим в абсорбер поток влажного газа.

Рис.4.2. Схема абсорбера и регенератора

Начало расчета

Для расчета мы используем уравнение состояния Пенга-Робинсона и систему единиц SI. Состав и условия потоков природного газа и свежего ТЭГ (начальное приближение) приведены в таблицах.

Имя	Сырье
Температура (С)	30.0
Давление (кг/см2)	63.0
Мольный расход (кмоль/час)	500.0
N2, мольные доли	0.0010
С02, мольные доли	0.0284
H2S, мольные доли	0.0155
Метан, мольные доли	0.8989
Этан, мольные доли	0.0310
Пропан, мольные доли	0.0148
Изобутан, мольные доли	0.0059
Бутан, мольные доли	0.0030
Изопентан, мольные доли	0.0010
Пентан, мольные доли	0.0005

Имя	Вода
Температура (С)	30.0
Давление (кг/см2)	63.0
Мольный расход (кмоль/час)	0.5
Н20, массовые доли	1.0

СМЕСИТЕЛЬ - Сатуратор - Сатуратор
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход Выход	Сырье Вода Газ+Н2O
Данные, Параметры	Давления потоков	Равно во всех потоках

Установите Сатуратор - операция смеситель. Расход воды можно задать в широком диапазоне, важно, чтобы доля пара в смешанном потоке была меньше 1. В этом случае газ, покидающий сепаратор, будет насыщен водой.

Затем установите Скрубер - операция сепаратор.

СЕПАРАТОР - Скрубер
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Питание Пар Жидкость	Газ + Н20 Газ в абсорбер Уходящая вода
Данные, Параметры	АР	0

Добавьте новый поток- Свежий ТЭГ.

Имя	Свежий ТЭГ
Температура (С)	50.0000
Давление (кг/см2)	63.0000
Станд.расход ид.жидк. (мЗ/час)	0.5000
ТЭГ, массовые доли	0.9900
Н20, массовые доли	0.0100

Чтобы установить абсорбер К-100, нажмите соответствующую кнопку в кассе объектов. Абсорбер содержит 14 теоретических тарелок. КПД тарелок со 2 по 13 принят равным 0.5. Для первой и последней тарелки КПД принимается равным 1.0, поскольку продукты должны отбираться с равновесных тарелок.

КОЛОННА - К-100
Закладка, Страница	Поле	Значение
Соединения	Число тарелок Питание (тарелка) Пар сверху Кубовая жидкость	14 Свежий ТЭГ (1) Газ в абсорбер (14) Сухой газ Обводненный ТЭГ
Давление	1 тарелка	63.00 кг/см2
	14 тарелка	63.00 кг/см2
Параметры, КПД	Тарелки 1,14	1.0
	Тарелки 1-13	0.5

КЛАПАН - Дроссель -Дроссель
Поле	Значение
Вход Выход	Обводненный ТЭГ ТЭГ низк.давл.

Чтобы провести расчет колонны нажмите кнопку Пуск.

Поток обводненного ТЭГ проходит через дроссель.

Следующая операция, которую нужно установить, это теплообменник Т-100. Задайте температуру и давление в потоке Сырье регенератора 105 С и 1.1 кг/см2.

ТЕПЛООБМЕННИК - Т-100
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход в корпус Вход в трубки Выход из корпуса Выход из трубок	ТЭГ низк.давл. Куб регенератора Сырье регенератора ТЭГ из Т-100
Данные, Параметры	Δ Р трубок Δ Р корпуса	0.01 кг/см2 0.7 кг/см2
Задайте температуру и давление в потоке Сырье регенератора 105 С и 1.1 кг/см2.

Регенератор моделируется как ректификационная колонна с одной теоретической тарелкой.

РЕКТИФИКАЦИОННАЯ КОЛОННА - Регенератор
Закладка, Страница	Поле	Значение
Соединения	Число тарелок Питание Тип конденсатора Пар сверху Кубовая жидкость	1 Сырье конденсатора Полная флегма Газ из регенератора Куб регенератора
Давление	Конденсатор	1.03 кг/см2
Данные, Соединения	Δ Р конденсатора	0.02 кг/см2

Для колонн такого типа две спецификации должны быть активными. По умолчанию это Флегмовое число и Расход пара. Мы будем считать колонну на другие спецификации - температура в конденсаторе и температура в кипятильнике. Добавьте новые спецификации и назначьте их активными.

Регенератор, Спецификации |ИИ
Тип спецификации	Поле	Значение
Температура (Column Temperature)	Имя Тарелка Задано	Температура конденсатора Конденсатор 102 С
Температура (Column Temperature)	Имя Тарелка Задано	Температура ребойлера Ребойлер 205 С

На закладке Параметры, страница Дополнительные измените метод расчета на Modified HYSIM Inside-Out. Нажмите кнопку Пуск для запуска колонны на счет.

Небольшие количества ТЭГ теряются в схеме, поэтому необходимо предусмотреть подпитку ТЭГ. Сначала заведите поток Подпитка ТЭГ, а затем установите Смеситель.

СМЕСИТЕЛЬ - Смеситель
Поле	Значение
Вход Выход	ТЭГ из Т-100 Подпитка ТЭГ ТЭГ на насос
Давление	Равно во всех потоках

Задайте объемный расход потока ТЭГ на насос равный 0.45 м3/час. Задайте давление на выходе из насоса (поток ТЭГ после насоса) равное 67.7 кг/см2.

НАСОС - Насос
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход Выход Энерг. поток	ТЭГ на насос ТЭГ после насоса Нагр.насоса

Теперь установите теплообменник Т-101. В этом теплообменнике ТЭГ охлаждается до 50С.

ТЕПЛООБМЕННИК - Т-101
Закладка, Страница	Поле	Значение
Данные, Соединения	Вход в трубки Выход из трубок Вход в корпус Выход из корпуса	ТЭГ после насоса ТЭГ на рецикл Сухой газ Охлажденный газ
Данные,	АР трубок	0.7 кг/см2
Параметры	АР корпуса	0.35 кг/см2

Чтобы завершить моделирование схемы, добавьте операцию Рецикл.

РЕЦИКЛ - Рецикл
Закладка	Поле	Значение
Соединения	Вход Выход	ТЭГ на рецикл Свежий ТЭГ

Убедитесь, что поток ТЭГ на рецикл рассчитан. Рассчитанные значения из этого потока будут переданы в поток Свежий ТЭГ. Поскольку концентрация ТЭГ в этих потоках высокая, нужно увеличить точность расчета рецикла, особенно по составу. Измените точность расчета рецикла как показано ниже. Для этого перейдите на страницу Точность закладки Переменные специализированного окна рецикла (Рис.4.3).

Рис.4.3. Страница Точность закладки Переменные специализированного окна рецикла