1.3.5.3. Горячий поташный метод

Процесс основан на очистки газа горячим карбонатом калия К₂СО₃, при этом очистку проводят при высочайшем давлении 2—6 МПа (20— 60 кгс/см²) и температуре 110°С,

а регенерацию — при давлении, близком к атмосферному (к примеру 1,35 кгс/см²) и

температуре 120°С.

Преимущества:

1)Простой

2) Малые затраты на тепло

Недостатки:

1) Маленькая степень очистки

2) Вызывает коррозию аппарата [17]

2. Расчетно-технологическая часть

2.1 Расчет материального баланса узла абсорбции

Схема материального баланса:

СО₂ K₂CO₃

N₂ H₂О_реак

KOH H₂О_р-р

H₂O N_2погл

N_{2непогл}

СО_{2непогл}

СО_2физ.аб

Рисунок 1. – Процесс абсорбции

2.1. Расчет материального баланса узла абсорбции

1. Исходные данные:

Расход газовой смеси V_{0 см} = 7000 м³/ч ; начальная концетрация СО₂ в смеси у_н = 10 % об.; конечная концентрация СО₂ в смеси у_к = 0.1 % об. Абсорбент – раствор КОН с концентрацией х = 12 % масс. Давление Р = 1 атм. Температура газовой смеси t = 25^о С. Инертный газ – азот. Поглотительная способность СО₂ раствором КОН α = 34 м³/м³, поглотительная способность N₂ раствором КОН β = 1.675 ·10^-3 м³/м³ . Плотности газов при 0^о С из [5, с.513, табл.V]: ρ₀ (СО₂) = 1.98 кг/м³; ρ₀ (N₂) = 1.25 кг/м³. Плотности жидкостей при 25⁰ С из [5, с.512, табл.IV]:: ρ (12% КОН) = 1110 кг/м³; ρ (КОН) = 2044 кг/м³; ρ (Н₂О) = 994 кг/м³; ρ (К₂СО₃) = 2290 кг/м³.

Решение:

1. Сделаем перерасчёт расхода газовой смеси и плотностей газов на исходную температуру по [5,c.13]:

Т₀ = 273.15 К Т = 25 + 273.15 = 298.15 К

V_см = V_{0 см} * Т/Т₀ = 7000 * 298.15/273.15 = 7640.67 м³/ч

ρ (СО₂) = ρ₀ * Т₀/Т = 1.98 * 273.15/298.15 = 1.814 кг/м³

ρ (N₂) = ρ₀ * Т₀/Т = 1.25 * 273.15/298.15 = 1.145 кг/м³

2. Найдём объемный и массовый расходы СО_2, поступающего в абсорбер:

V (СО₂)_пр = V_см * у_н = 7640.67 * (10%/100%) = 764.067 м³/ч

G (СО₂)_пр = V (СО₂)_пр * ρ (СО₂) = 764.067 * 1.814 = 1386,02 кг/ч

3. Найдём объемный и массовый расходы N₂ ,поступающего в абсорбер:

V (N₂)_пр = V_см * (1 - у_н) = 7640.67 * (1 - 10%/100%) = 6876.6 м³/ч

G (N₂)_пр = V (N₂)_пр * ρ (N₂) = 6876.6 * 1.145 = 7873.71 кг/ч

4. Найдём объемный и массовый расходы непоглощённого СО₂:

V (СО₂)^неп_р = V_см * у_к = 7640.67 * (0.1%/100%) = 7.641 м³/ч

G (СО₂)^неп_р = V (СО₂)^неп_р * ρ (СО₂) = 7.641 * 1.814 = 13.861 кг/ч

5. Найдём расход поглощённого СО₂:

V (СО₂)^пог = V (CO₂)_пр - V (СО₂)^неп_р = 764.067-13.861 = 750.206 м³/ч

6. Найдём расход 12% раствора КОН:

V (12% КОН)_пр = V (СО₂)^пог */α = 750.206/ 34 = 22.065 м³/ч

G (12% КОН)_пр=V(12% КОН)_пр*ρ(12% КОН)= 22.065 * 1110 = 24492.15 кг/ч

7. Найдём расход КОН и Н₂О:

G (КОН) _пр = х * G (12% КОН)_пр = (12%/100%) * 24492.15 = 2939.058 кг/ч

G (Н₂О) _пр = (1- х)*G (12% КОН)_пр =(1-12%/100%)*24492.15 = 21553.092 кг/ч

V (КОН)_пр = G (КОН)_пр/ρ(КОН) = 2939.058/2044 = 1.438 м³/ч

V (Н₂О)_пр = G (Н₂О)_пр/ρ(Н₂О) = 21553.092/994 = 21.683 м³/ч

8. Найдём расход поглощённого N₂ :

V (N₂)^пог_р = V (12% KOH)_пр * β = 21.683 * 1.675 * 10^-3 = 0.036 м³/ч

G (N₂)^пог_р = V(N₂)^пог_р * ρ(N₂) = 0.036 * 1.145 = 0.041 кг/ч

9. Найдём расход непоглощённого N₂:

V (N₂)^неп_р = V (N₂)_пр - V (N₂)^пог_р = 6876.6 – 0.036 = 6876.564 м³/ч

G (N₂)^неп_р = V(N₂)^неп_р * ρ(N₂) = 6876.564 * 1.145 = 7873.666 кг/ч

10)Напишем уравнение хемосорбции СО₂ 12% раствором КОН:

2КОН + СО₂ = К₂СО₃ + Н₂О

11. Найдём молярные расходы веществ из уравнения хемосорбции:

n (КОН) = G (KOH) _пр/M (KOH) = 2939.058 /56 = 52.322 кмоль/ч

n (CO₂) = 0.5 * n (KOH) = 0.5 * 52.322 = 26.161кмоль/ч

n (H₂O) = n (CO₂) = 26.161 кмоль/ч

n (K₂CO₃) = n (CO₂) = 26.161 кмоль/ч

11. Найдём массовый расход СО₂ из уравнения хемосорбции:

G (CO₂)^ур = n (CO₂) * M(CO₂) = 26.161 * 44 = 1151.084 кг/ч

11. Найдём расход СО₂ на физическую абсорбцию:

G (CO₂)^ф-а_р = G (CO₂)_пр – G (CO₂)^ур = 1386,02 – 1151.084 = 234.936 кг/ч

V (СО₂)^ф-а_р = G (СО₂)^ф-а/ρ(СО₂) = 234.936/1.814 = 129.51 м³/ч

11. Найдём расход Н₂О из уравнения хемосорбции:

G (Н₂О)_р = n (Н₂О) * M(Н₂О) = 26.161* 18 = 470.898 кг/ч

V (Н₂О)_р = G (Н₂О)/ρ(Н₂О) = 470.898/997 = 0.474 м³/ч

11. Найдём расход K₂CO₃ из уравнения хемосорбции:

G (K₂CO₃)_р = n (K₂CO₃) * M(K₂CO₃) = 26.161 * 138 = 3610.218 кг/ч

V (K₂CO₃)_р = G (K₂CO₃)/ρ(K₂CO₃) = 3610.218/2290 = 1.577 м³/ч

Составим таблицу материального баланса:

	Приход				Расход
компонент	G, кг/ч	V, м3/ч	% масс.	компонент	G, кг/ч	V, м3/ч	% масс.
КОН	2939.058	1.438	8.7	K2CO3	3610.218	1.577	10.7
H2О	21553.092	21.683	63.86	H2O	21553.092	21.683	63.85
CO2	1386,02	764.067	4.11	H2Oyp	470.898	0.474	13.95
N2	7873.71	6876.6	23.33	N2пог	0.041	0.036	0.0001
				N2неп	7873.666	6876.564	23.32
				CO2ф-а	234.936	129.51	0.69
				CO2неп	13.861	7.641	0.041
Всего жидкости:	24492.15	23.121	72.57	Всего жидкости:	25634.208	23.734	75.94
Всего газа:	9259.73	7640.667	27.43	Всего газа:	8122.504	7013.751	24.06
Итого:	33751.88	7663.788	100	Итого:	33756.712	5059.947	100

Сравниваем итоговые массовые расходы прихода и расхода. Они приблизительно равны – значит, расчёт был сделан правильно.