книги из ГПНТБ / Алекперов, Г. З. Расчет абсорберов газоперерабатывающих заводов науч.-техн. обзор

К Р И Т Е Р И А Л Ь Н О Е У Р А В Н Е Н И Е Д Л Я О П Р Е Д Е Л Е Н И Я К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А М А С С О П Е Р Е Д А Ч И

Для того чтобы вывести критериальное уравнение абсорбции, от­ ражающее влияние различных параметров на процесс в изученных услови­ ях, все результаты экспериментов необходимо было подвергнуть кор­ реляции по методу наименьших квадратов. В результате этой обработ­ ки было получено уравнение абсорбции пропана и бутана из пузырьков

газа, не содержащего инертного разбавителя (метана или воздуха) керосином

где Dim - коэффициент молекулярной диффузии компонента в газовой смеси, мусек; - динамическая вязкость газовой смеси, спз.

Поскольку члены этого уравнения зависят от давления Р

и~р-Ш93;

то

Кго5щ - ( р - * т ) 1>3р''3р -< ~ р «*** ,

Влияние температуры на коэффициент массопередачи складывается из известных зависимостей:

19

Из этого вытекает, что общий коэффициент массопередачи ком­ понентов при небольших давлениях мало изменяется с ростом давле - ния газовой смеси. При постоянном давлении на скорость массопе - редачи в одну и ту же жидкость основное влияние оказывают темпе - ратура абсорбции, диаметр сопла и плотность газовой смеси.

За последние годы в литературе неоднократно обсуждался воп­ рос моделирования абсорбционных колонн в условиях барботажа. Ос­ новным затруднением в моделировании является выбор определяющего размера в числе Re , обеспечивающего подобие гидродинамической обстановки.

если в качестве определяющего размера будет взят статический уро­ вень жидкости на тарелке.

Исходя из этого, приводим уравнение (4) к виду, пригодному для моделирования барботажного процесса абсорбции;

Здесь в числе Re/t определяющим линейным параметром является ста­ тическая высота слоя жидкости на тарелке. Аналогичная обработка экспериментального материала по абсорбции пузырьков природного га­ за керосином дала возможность вывести критериальное уравнение аб­ сорбции пропана из пузырьков газа, в основном состоящего из мета - на:

(5)

где А = 0,00145.

Для определения коэффициентов массопередачи через критерий подобия Нуссельта были рассчитаны [28] коэффициенты диффузии каж­ дого компонента в газовой многокомпонентной фазе, состоящей из ft

компонентов (С2 , Cg, С4), по уравнению стационарного состояния [29]

где - мольные доли диффундирующего компонента (пропана) и

20

J -го (этана и бутана) ; Dq - бинарный коэффициент диффузии для пропана и j -го компонента газа, см /сек.

ѣц рассчитывали по уравнению ['29] .являющемуся наиболее удобной формой теоретического уравнения при небольших давлениях:

„ о . о о / а з а т ^ і п Л т Ч '1

новений, определяемый температурой и параметрами, характеризующи - ми потенциальную энергию взаимодействия между молекулами компонен­

тов 1 и J ч силовая постоянная Леннарда-Джонса для газо­ вой пары. Методика определения интеграла столкновений и силовой постоянной приводится в [29J.

Р А С Ч Е Т К О Э Ф Ф И Ц И Е Н Т А П О Л Е З Н О Г О Д Е Й С Т В И Я Т А Р Е Л К И И ,Ч И С Л А ■Д Е Й С Т В И Т Е Л Ь Н Ы Х

Т А Р Е Л О К В А Б С О Р Б Е Р Е

В практике газопереработки наиболее распространены барботаж -

dp- равновесная концентрация’компонента в газе над тарелкой,г/м8; й ; И й 2 - концентрация компонента во входящем и выходящем с тарел­ ки газе, г/м3.

В условиях массового барботажа имеет место полное перемешива - ние на тарелке и ар/ = аРг тогда

6/1— ^ Р

а* - а в

21

a t~ aP

К.п.д. тарелки £ есть отношение количества поглощенного ком­ понента из поступающего на тарелку газа к количеству компонента, способного поглотиться до наступления равновесного состояния, т.е.

Приравнивая правые части уравнений (6) и (7), получаем

KF. *

г- е V

Vf*

Показатель степени у = М представляет собой число единиц переноса. Таким образом, к.п.д. тарелки увеличивается с ростом ко­ эффициента массопередачи и с развитием поверхности.

22

Отсюда число единиц переноса равно

3600 ■ct1

Таким образом, к.п.д. тарелки можно найти из уравнения

£ к /ъ

Q 36 0 0 - и Сіу

г » / - *

Определив к.п.д. каждой тарелки, можно рассчитать число дейст­ вительных тарелок абсорбционной колонны. В работе [30J показано,

что расчет числа действительных тарелок как отношение числа теорети­ ческих тарелок к к.п.д. колонны во многих случаях дает большое от - клонѳние от фактического числа тарелок в колонне, потребного для оп­ ределенной степени извлечения целевого компонента. Число дѳйсгви - тельных тарелок с учетом к.п.д. на каждой тарелке и концентраций поглощаемого компонента в поглотителе и в газовом потоке на любой тарелке можно определить по уравнению

тупающем поглотителе, г/м3 ; 'Н - константа Генри, д/м3; і - удель ный расход поглотителя, д/м3.

В качестве примера рассчитаем число действительных тарелок барботажного ситчатого абсорбера, процесс абсорбции в котором про­ текает под рабочим давлением 50 кГ/см^ и при температуре 40°С.Ско­ рость газа в свободном сечении аппарата - 0,1 м/сек. Расход абсор­

рых равно 3%; следовательно, скорость газа.в отверстиях W0 =І,Іч/сѳж. Диаметр отверстий - 3 мм, плотность природного газа в условиях опы­ та - 34,77 кг/м3. Критерий Рейнольдса на барботахннх тарелках овязан с диаметром отверстия CL0 зависимостью

23

ЬГо cLBJ>r

Скорость всплытия пузырька под давлением 50 кГ/см^ рассчитана ориентировочно по выведенной авторами экспериментальной зависимос­

Он оказался равным 0,00163 іц/сек. Отсюда, к.п.д. тарелки

Z = i - e 0,s/7=o,M .

В газе, подвергающемся разделению (например, на Азербайджан­ ском ШЗ ), содержится 3,65$ вес. пропана, т.е. 25 г/м3. При 57$ - ном поглощении в сухом газе его остается 10,8 г/м3, а в каждом литре насыщенного абсорбента 3,3 г/л пропана. Константа фазового равновесия /77 = 0,595 моль/моль. Тогда константа Генри

о?- Мж

- = ^ 2 2 л /л г \

22Л iß ук

Если после десорбции содержание пропана в абсорбенте будет 0,15$ вес. (1,2 г/л), то необходимое число тарелок в абсорбере

%= 23,4.

Сувеличением количества пропана в абсорбенте до 0,26$ вес., т.е. до 2,1 г/л, достичь требуемого извлечения в описанных услови­ ях невозможно. Следовательно, одним из основных факторов эффектив­ ной работы абсорбера является качество тощего абсорбента.

Предлагаемый расчет, числа действительных тарелок в абсорбере учитывает к.п.д. тарелки, рассчитанный по эффективности абсорбции компонента смеси. Действительное число тарелок, установленное че­ рез теоретическое и к.п.д. колонны,и рассчитанное по формуле (8),

внекоторых условиях абсорбции сильно отличаются друг от друга.

'24

Так, при малых значениях £ и j - отношение чисел действитель­ ных тарелок,рассчитанных этими двумя способами, достигает 2-2,4 раза [Зо].

Таким образом, в описываемых условиях абсорбции целесообраз­ но пользоваться предлагаемым способом кинетического расчета к.п.д. тарелки и их числа в барботажной колонне.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Исследована кинетика абсорбции компонентов углеводородных га­ зовых смесей при барботажной режиме. Установлено, что коэффициен - ты массопередачи компонентов из пузырьков газа диаметром 3-4 мм наиболее эффективно увеличиваются с ростом глубины барботажа до 10 мм и весьма незначительно меняются с дальнейшим повышением вы­ соты слоя жидкости.

Показано, что изменение давления абсорбции сильно влияет на поглощение компонентов меньшего молекулярного веса.

Экспериментально определена скорость всплытия пузырьков газо­ вой смеси и установлено, что увеличение давления замедляет всплы - тие пузырьков газа через слой абсорбента. Найдено, что скорость всплытия пузырька обратно пропорциональна Р 0,193

Экспериментально определены коэффициенты массопередачи ком­ понентов разных газовых смесей и предложены критериальные уравне­

ЛИТЕРАТУРА

I. Васильев В.Г. Ресурсы природного газа СССР. ІІ-й Междуна­ родный газовый конгресс, М., І970.

2. Kremser А."National Petroleum News", 22, № 21, р.48, 1930 .

3. Sondere M.G»,Brown G.G. "Industrial Engineering Chemistry",

24, H°5» P.519, 1932.

4. Horton G.,franklin V.B. "Industrial Engineering Chemistry”,

5.Edmister W.C. "Industrial Engineering Chemistry",35t № 8 , p.837, 1943.

V 6. Александров И.А., Яковлева Л.А. Расчет процесса абсорбции углеводородных газов на электронно-вычислительных машинах. В сб.: 'Теология, разработка, транспорт и использование природного газа*

:jn.8. М„, "Недра", 1968.

7.Катц Д.П. [и др.]. Руководство по добыче, транспорту и переработке природного газа. М., "Недра", 1965.

8.Дытнерский Ю.И., Касаткин А.Г., Ходпанов Л.П. Обобщенное

уравнение массоотдачи при барботаже. "Журнал прикладной химии", 1966, Й І ,

11.Ефремов Г.И., Вахрушев И.А. Образование пузырьков газа

вразличных жидкостях из цилиндрических сопел. - "Химия и техно­

12.Сахаров В.А. Экспериментальное определение относительной скорости движения газового пузырька в потоке жидкости. Известия вузов, "Нефть я газ", Баку, 1966, № 6.

13.Кутателадзе С.С., Стнрикович М.А. Гидравлика газожидкост­ ных систем. М., Госэнергоиздат, 1958.

14.Левич В.Г. Физико-химическая гидродинамика. М., Изд.АН

СССР, 1952.

15.Вахрушев И.А., Ефремов Г.И. Интерполяционная формула для расчета скорости движения одиночных пузырьков газа в жидкостях.

пузырьков газа в различных жидкостях. Известия вузов, "Нефть и газ", Баку, 1968, J6 6.

17. Халиф А.Л. Абсорбция углеводородных газов. М., ЦНИИТЭнефтегаз, 1965.

18.Leonard І.Н.,Houghton G. "Chemical Engineering Science", vol. 18, № 2 , p.133, 1965.

19.Leonard I.H.,Houghton G. "Hature^London ,vol.190, №4777, 1961.

20.Андриасов Г.С., Сахаров В.А. Зависимость скорости всплы -

тия пузырька от его размеров и физико-химических свойств жидкос­ ти. Труды Московского института нефтехимической и газовой промыш - ленности, вып.79,, 1969.

26

28