3.6 Расчет параметров адсорбционно-десорбционной установки
3.6.1 Расчет диаметра и высоты адсорберов.
Концентрация ароматических углеводородов во фракции нормальных парафинов С14-С17 меняется в широком диапазоне (0,3-2,0%масс.) на протяжении работы установки получения олефинов комплекса ЛАБ/ЛАБС.
На рисунке 30 представлено изменение содержания ароматических соединений во времени. Видно, что максимальная концентрация ароматических соединений не превышает 2 % масс.. График на рисунке 31 показывает, что расход нормальных парафинов С14-С17 изменяется в среднем от 6 до 9 м3/ч. Исходя из этого, расчет адсорбера будет вестись для максимальной концентрации фракции парафинов С14-С17 2 % масс. и максимального расхода 9 м3/ч.
Рисунок 30 - Изменение содержания ароматических соединений во времени во фракции нормальных парафинов С14-С17 на установке получения олефинов комплекса ЛАБ/ЛАБС
Рисунок 31 - Изменение расхода фракции нормальных парафинов С14-С17 во времени на установке получения олефинов комплекса ЛАБ/ЛАБС
В результате проведенных экспериментов получена зависимость динамической величины адсорбции от исходной концентрации (рисунок 32) .
Рисунок 32 - Зависимость динамической величины адсорбции от исходной концентрации нормальных парафинов С14-С17 на крупном цеолите
Как видно по графику, зависимость линейна в пределах концентраций 0,37-1,63 % масс. Используя данную зависимость, экстраполируем динамическую величину адсорбции к максимальной концентрации:
.
В результате примем для расчета динамическую величину адсорбции для фракции нормальных парафинов С14-С17 на цеолите с размером гранул 0,25-0,50 мм при температуре сорбции 96 градусов равную 0,534 г/г.
Расчет адсорбера состоит в определении массы адсорбента, конструктивных размеров и времени защитного действия адсорбера [43, 44].
Минимальную необходимую массу сорбента определяют из уравнения материального баланса по улавливаемому компоненту (формула 22):
(22)
где Q = 0,0025 , м3/с – объемный расход очищаемого газа или жидкости;
С0 = 15,2 кг/м3 и Ск = 0,076 кг/м3– начальная и конечная концентрации удаляемой примеси (адсорбтива), в нашем случае ароматические соединения;
τ = 3600– время процесса адсорбции, с;
ад = 0,534 кг/кг - динамическая поглотительная емкость адсорбента в рабочих условиях;
Геометрические размеры адсорбера подсчитывают по формулам 23, 24:
Da
=
;
(23)
Ha
=
,
(24)
где ρнас =714,7 кг/м3– насыпная плотность адсорбента;
В результате высота, необходимая для двухсуточной работы адсорбера равна 4,36 м.
Примем диаметр адсорбера 2,2 метра, высота адсорбера 4,5 метра, что соответствует параметрам установки для непрерывной работы в течение двух суток.
3.6.2 Расчет гидравлического сопротивления адсорбера.
При расчете гидравлического сопротивления зернистого слоя может быть использована следующая зависимость [45]. Уравнение Эргуна применяется в гидродинамикепри расчётах задач течения однофазнойжидкостив неподвижных слоях с определённойпористостьюи плотностью упаковки частиц. Во всех случаях применения неподвижных слоёв перепаддавленияявляется одним из основных факторов. На перепад давления в слое влияютскоростьжидкости, еёплотностьивязкость, размер, форма и ориентация частиц, пористость слоя, шероховатость поверхности и, возможно, наличие стенок.
(25)
Где µ— вязкость среды, ε— пористость среды, ρ— плотностьсреды, d— характерный размер частиц.
Порозность – доля жидкости или газа в объеме слоя. Для неподвижного слоя порозность составляет 0,35-0,45 и ориентировочно принимается равной 0,4 [46].
Расчет гидравлического сопротивления будем вести для парафинов, как для наиболее тяжелой и вязкой жидкости.
Зерна имеют шарообразную форму, поэтому dэ = dз.
Рассчитаем средний диаметр зерна:
Значение динамического коэффициента вязкости сырья, плотности при температуре 96 градусов и линейной скорости потока
W=0,00063 м/с
Таким образом, получаем величину гидравлического сопротивления для слоя высотой 4,5 метра:
