2. Выбор конструкционного материала

Для изготовления абсорбционных аппаратов используют самые различные материалы:

• углеродистые и легированные стали;

• цветные металлы и сплавы (медь, алюминий, титан и др.);

• неметаллические материалы (графит, коробон, тефлон и др.).

Выбор материала диктуется в основном его коррозионной стойкостью, возможностью обработки резанием, штамповкой, а также свариваемостью, причем конструкция аппарата существенно зависит от свойств выбранного материала.

Выбор материала проводим в соответствии [5].

Рабочая среда в аппарате воздушная смесь с СО₂ и вода. СО₂ и его водные растворы обладают коррозионными свойствами. Поэтому для элементов аппарата соприкасающихся с рабочей средой выбираем сталь 12Х18Н10Т по ГОСТ 1256 - 84 со скоростью коррозии не более 0,1 мм/год.

Эта сталь широко используется в химическом и нефтехимическом машиностроении, обладает хорошей свариваемостью и легко подвергается различным видам механической обработки.

Для изготовления остальных элементов колонны не соприкасающихся с рабочей средой используем:

• опора - углеродистая сталь ВстЗсп5 ГОСТ 380 - 88;

• крепежные изделия - сталь 08X13 ГОСТ 1256 - 84;

• прокладки - паронит марки ПМБ ГОСТ 481 - 80.

3. Технологический расчёт абсорбера

3.1 Цель расчёта

Целью технологического расчёта абсорбера является составление материального баланса, расчёт диаметра аппарата, высоты аппарата, гидравлический расчет и расчет штуцеров абсорбера.

3.2 Исходные данные

Производительность по воздушной смеси V_K = 12000 м³/ч.

Концентрация СО₂ в смеси (масс, доли) у_н= 0,2.

Концентрация СО₂ в воде на входе (масс, доли) х_н = 0.

Давление в абсорбере (абс.) Р = 1,6 МПа.

Температура в абсорбере t = 30 С.

Степень поглощения (%) к = 0,83

Расчет ведем согласно [4, 6].

3.3 Материальный баланс

Производительность абсорбера по поглощенному СО₂ определим по формуле:

M = G(y_H-yk), (3.1)

где G - массовый расход газовой смеси, кг/с; у _К - конечная концентрация СО₂а.

Подставив численные данные, получим:

yk = yн(1-k)= 0.2(1-0.83) = 0.034

Массовый расход газовой смеси определим по формуле:

G = Vρr, (3.2)

где ρr - плотность газовой смеси, кг/м³.

Плотность газовой смеси определим по формуле:

ρr=(Мсм/22,4)*(P/Po)*(273/(t+273)) (3.3)

где Р₀ = 0,1013 МПа - давления при нормальных условиях; М_см - молекулярная масса газовой смеси, кг/кмоль.

Молекулярная масса газовой смеси:

Мсм=унМсо2+(1-ун)Мвозд (3 .4)

где Мсо2 =44 кг/кмоль - мольная масса СО₂; М_возд = 29 кг/кмоль -

молекулярная масса воздуха; у_п - мольная концентрация СО2.

Мольную концентрацию СО2 определим по формуле:

Ун (3.5)

Подставив численные значения в формулы (3.5) - (3.1), получим:

ун=

Мсм=0,015*44+(1-0,015)*29=29,22 кг/моль

ρг=

G=12000*19,8*0,1013/3600*1,6=3,91 кг/с

М=3,91(0,2-0,034)=0,65 кг/с

Дальнейшие расчеты процессов абсорбции принято вести в относительных массовых концентрациях.

Пересчет массовых концентраций в относительные массовые проведем по формуле:

Y= (3.6)

Таким образом, имеем:

Yн= кгCO2\кг возд

Yк= кгCO2\кг возд

Расход поглотителя (воды) для поглощения CO2 определяется на основании уравнения:

L_min=M/(X*_K-X_H), (3.7)

где Lmm - минимальный массовый расход воды, кг/с; X _к - равновесная

концентрация CO2 в воде на выходе из абсорбера, кг CO2/кг Н2О; Х_н = 0 -

концентрация CO2 в воде на входе в абсорбер.

Согласно [6], уравнение равновесия в относительных массовых концентрациях можно записать в виде:

Y=m* (3.8)

где т - коэффициент распределения; М_вод = 18 кг/кмоль - молекулярная масса воды.

Коэффициент распределения для СО₂ в воде определим выражением

т=Е/Р = 1.41*10⁶*133.3/1.6*10⁶ = 117,5

где Е = 1.41*10 мм.рт.ст. - константа Генри для СО₂ при рабочей температуре [6, табл. XLI].

Тогда уравнение равновесия примет вид:

Y*=117,5* X=72.9X

Для противоточной схемы движения фаз имеем:

Х_к= Y_H /72,9 = 0.25/72,9 =0.003 кг CO2/кгН₂0

Подставив численные значения, получим:

Lmin=0,65/0.003=216кг/с.

Принимая, коэффициент избытка поглотителя <φ = 1,3 расход воды на поглощение CO2 составит:

L = φ* Lmin = 1,3*216 = 280 кг/с

Конечная концентрация CO2 в воде на выходе из абсорбера составит:

Х_к = M/L = 0,65/280 = 0,0023 кг CO2/кг Н₂0.

Массовый расход инертного носителя воздуха определим из соотношения:

G= G-M = 3,91-0,65= 3,26 кг/с.

Тогда удельный расход поглотителя составит:

ι = L/G = 280/3,26 = 85,9 кг H2O/кг воз.