Алгоритм розрахунку

Матеріальні і конструктивні розрахунки

Поступає сірководню з коксовим газом, кг/год.:

Поглинається в абсорбері сірководню, кг/год.:

при грубому очищенні

при тонкому очищенні

Відходить сірководню з газом, кг/год:

при грубому очищенні

при тонкому очищенні

Витрата розчину на зрошування абсорберу дорівнює, м³/год.:

V= rap·/С(As₂O₃).

Розчин містить As₂О_3, кг: g1= V · С(As₂O₃).

У перерахунку на 1 м³ вихідного газу це складе, г As₂O₃:

g2 = g1 ·1000/ Vк.г._.

На нижню тарілку абсорберу надходить розчин, що містить частину миш'яку в активній формі, частину - зв'язаного сірководнем на верхніх тарілках. При тонкому очищенні 1 м³ вихідного газу сумарна кількість зв'язаного з сірководнем арсену дорівнює, у перерахунку на As₂O₃, г:

g3 = (C^вх(H₂S) - C^вих(H₂S)^тонк) ·198/34 ,

де 34 і 198 — молярні маси H₂S _і As₂O₃.

Отже, розчин, що стікає з нижньої (першої) тарілки абсорберу, містить арсену в активній формі, г: g4₁ = g2 - g3.

Масове відношення f на нижній тарілці:

f = g4₁/ c^вх(H₂S) .

Для f < 12 за формулою (1) розрахувати ккд нижньої тарілки.

Концентрація сірководню після першої (нижньої) тарілки, г/м³:

С₁ = C^вх(H₂S) · (1- η).

Отже, концентрація сірководню за рахунок поглинання зменшиться на:

dC = C^вх(H₂S) – С₁.

Витрачено As₂O₃ на поглинання, г: g3₁ = dC ·198/34.

На другій (за ходом газу) тарілці абсорберу розчин містить, г As₂O₃:

g4₂ = g4₁ + g3₁. При цьому f = g4₂/С₁ ≥ 12 (використати функцію

ОКРУГЛВВЕРХ). Тому в даному конкретному випадку для всіх тарілок абсорбера, починаючи з другої, значення ккд визначаємо за формулою (2).

Значення концентрації сірководню в газі після кожної тарілки, що обчислені за формулою С_і=C^вх(H₂S)_і-1·(1-η), наведено в фрагменті електронної таблиці (використати в ході власних розрахунків авто заповнення). Умовним форматуванням виділити кольором комірки (заливка), для яких виконується умова «между» 2 і 1,8 (досягнуто грубе очищення – додати примітку про це) і «между» 0,02 і 0,017 (досягнуто тонке очищення - додати примітку про це). За допомогою авто заповнення розрахувати в таблиці значення g3_і= (С_і-1 - C_i) ·198/34 ; починаючи з 2 тарілки g4_і.= g4_i-1 + g3_і-1.

Перевірка: сума всіх значень g3_і дорівнює 116,35.

Таблиця – Фрагмент електронної таблиці

№ тарілки	CH2S	g3	g4
Низ колони	20
1	16,84556	18,37	183,646
2	13,98901	16,635	202,016
3	11,61686	13,814	218,651
4	9,646959	11,472	232,465
36	0,025237	0,03	299,939
37	0,020958	0,0249	299,970
38	0,017404	0,0207	299,994
39	0,014453	0,0172	300,015
Верх колони			300

Таким чином, для грубого очищення в абсорбері досить встановити 13 тарілок плюс 1 резервну тарілку. Для тонкого очищення коксового газу від сірководню необхідно 38 тарілок плюс 1 резервна тарілка (n=39), при цьому вміст сірководню на виході буде не більше 0,02 г/м³.

Площа перетину абсорберу складає, м²:

F = Vк.г. · (273+ tвих)/3600/273/ W.

Діаметр апарату дорівнює, м: D=(4·F/3,14)^0,5.

Приймаємо відстань між тарілками L1=300 мм, висоту нижньої частини абсорберу (до першої тарілки) L2=2500 мм і висоту над верхньою тарілкою L3=1500 мм. Загальна висота колони дорівнює, мм:

Нк = L1· ( n - 1) + L2 + L3 .

Тепловий баланс абсорберу

Звернути увагу на відповідність розмірності кількості речовини та її теплоємності.

Прихід теплоти

Кількість фізичної теплоти, кДж/год., яка внесена вихідним газом, визначаємо за формулою: Q_г = С_г · m_г · tвх ,

де С_г – теплоємність газової суміші, 31,3 кДж/(кмоль·град);

m_г – витрата газу, кмоль/год (попередньо перевести м³/год в кмоль/год!);

tвх – температура газу, ⁰С.

Кількість фізичної теплоти, кДж/год., що внесена абсорбційним розчином: Q_р = С_р · m_р · tр ,

де С_р – середня теплоємність розчину, С_р = 3,01 кДж/(кг*град);

m_р – витрата розчину, кг/год. (попередньо перевести м³ в кг!);

tр – температура розчину, ⁰С;

Кількість теплоти, що виділяється за рахунок хімічної реакції поглинання сірководню, кДж/год.: Q_х.р. = q · ,

де q – кількість теплоти, яка виділяється при поглинанні 1 кг H₂S, кДж/кг, q = 604. Загальний прихід теплоти: Qпр = Q_г + Q_р+ Q_х.р.

Витрата теплоти

Кількість фізичної теплоти, кДж/год; що виноситься з очищеним газом, кДж/год.: Q_гк = С_г · m_гк · tвих

де С_г – теплоємність газової суміші, 31,3 кДж/(кмоль·град);

m_гк – витрата газу, кмоль/год. (врахувати кількість абсорбованого

сірководню, кмоль/год!);

tвих – температура газу на виході апарату, ⁰С.

Приймаємо, що втрати тепла в навколишнє середовище складають 4% від приходу теплоти. Тоді: Q_втр = 0,04 · Qпр;

Кількість теплоти, що виноситься насиченим розчином, кДж/год:

Q_н.р = Qпр - Q_гк – Q_втр.

Враховуючи те, що Q_н.р = С_н.р·m_н.р·t_н.р, температура насиченого розчину, ⁰С: , де С_н.р – теплоємність насиченого розчину, С_н.р = С_р.

При розрахунку маси насиченого розчину m_н.р врахувати кількість абсорбованого сірководню. Скласти таблицю теплового балансу: стаття, кДж/год., %.

Скласти таблиці матеріального балансу абсорбційної колони: окремо по газу, по рідині і зведений (компонент, м³/год, %об., кг/год, %мас.).

Індивідуальна самостійна робота

1. Вивчити вплив співвідношення rap =As₂O_3aкт/H₂S в діапазоні 15 – 20 з кроком 1 на ккд і кількість тарілок, діаметр і висоту абсорберу. Результати представити в підсумковій таблиці.

2. Вивчити вплив лінійної швидкості в діапазоні 1 – 2 м/с з кроком 0,25 на ккд і кількість тарілок, діаметр і висоту абсорберу. Результати представити в підсумковій таблиці.

Контрольні питання

Коксовий газ: метод отримання, призначення і склад. Методи очищення газів від сірководню, область застосування, переваги і недоліки. Конструкції абсорберів, область застосування, переваги і недоліки. Розрахувати теоретичну і практичну кількість сірки (кг/год), що можна отримати при регенерації відпрацьованого розчину.

Література

1. Расчеты по технологии неорганических веществ. /Под ред. проф. Позина М.Е.- Л.: Химия, 1972. – 496 с.

2. Рамм, В.М. Абсорбция газов. – М.: Химия, 1976. – 654 с.