5.1.3.1. Тепловой расчет скруббера и определение величины эксергетического кпд.
Рис. 5.5. Схема материальных потоков скруббера |
Исходные данные: Схема материальных потоков скруббера приведена на рис. 5.5. Производительность по газу G = 4,44 кг/с (16000 кг/ч).
РАСЧЕТ 1. Определяем состав входящего в скруббер контактного газа по формулам (5.10-5.15). Результаты расчета сводим в табл.(5.2-5.3). |
Таблица 5.2.
Состав контактного газа
Компонент |
Масса, кг/ч |
Масс.% |
Молек. масса |
Масса, кмоль/ч |
% моль. |
Сухой газ % моль. |
С6H6 |
25,60 |
0,160 |
78 |
0,328 |
0,044 |
0,411 |
C8H10 |
16,00 |
0,100 |
106 |
0,151 |
0,020 |
0,189 |
C9H12 |
1921,6 |
12,010 |
120 |
16,01 |
2,140 |
20,09 |
a-MC |
1918,4 |
11,990 |
118 |
16,26 |
2,180 |
20,40 |
H2 |
91,88 |
0,574 |
2 |
45,94 |
6,150 |
57,65 |
CH4 |
9,92 |
0,062 |
16 |
0,62 |
0,083 |
0,778 |
CO2 |
16,00 |
0,100 |
44 |
0,36 |
0,048 |
0,457 |
C2H6 |
0,60 |
0,0037 |
30 |
0,02 |
0,0013 |
0,025 |
Итого |
4000 |
25,00 |
|
79,69 |
10,68 |
100 |
Водяной пар |
12000 |
75,00 |
18 |
666,6 |
89,32 |
0 |
Итого |
16000 |
100,00 |
21,43 |
746,30 |
100 |
0 |
Таблица 5.3.
Состав контактного газа в относительных массовых концентрациях
-
C2H6
C8H10
C9H12
a-MC
H2
CH4
CO2
C2H4
%
0,644
0,40
48,04
47,96
2,29
0,248
0,38
0,015
100
2. Вычисляем теплофизические константы сухого контактного газа (теплосодержание, теплоемкость, плотность, коэффициент динамической вязкости, теплопроводность) по формулам (5.16 - 5.22). Предварительно находим в справочниках теплофизические свойства компонентов контактного газа и сводим данные в табл.5.4.
Таблица 5.4.
Теплофизические свойства газа
Ком-по- нент |
Плот-ность ρ,кг/м3 |
Динами-ческая вязкость μ, Па·с·105 |
Теплопро-водность, λ Вт/м·К·103 |
Энтальпия i, кДж/кг |
Теплоем-кость, ср (кДж/(кг·К) |
|
Т1,К |
Т2,К |
|||||
С6H6 С8H10 С9H12 a-MC H2 CH4 CO2 C2H6 |
3,482 4,732 5,357 5,268 0,089 0,714 1,96 1,34 |
1,07 1,93 2,90 2,86 1,10 1,43 2,05 1,23 |
2,05 1,31 1,64 1,51 22,97 4,44 2,49 3,36 |
425,77 484,13 496,94 484,40 2809,4 490,716 182,12 412,84 |
225,47 259,26 263,16 262,44 860,68 136,41 55,35 96,31 |
1,337 1,53 1,583 1,52 14,65 2,575 0,963 2,24 |
Примечание: Теплоемкость и коэффициенты динамической вязкости найдены для компонентов контактного газа при средней температуре 403 К (130°С).
Находим величину теплосодержания сухого контактного газа при температуре входа и выхода из скруббера:
i1 = 0,01(425,777·0,644 + 484,13·0,4 + 496,9·48,04 + 484,4·47,96 +2809,4·2,29 + + 490,716·0,248 + 182,12·0,38 + 412,84·0,015) = 542,01 кДж/кг;
i2 = 0,01(225,47·0,644+259,26·0,4 + 263,16·48,04 + 860,68·2,29 + 262,44·47,96+ + 136,41·0,248 + 55,35·0,38 + 96,31·0,015) = 275,05 кДж/кг;
Теплоемкость сухого газа при средней температуре:
ср=(1,337·0,644 + 1,53·0,4 + 1,583·48,04+1,52·47,96 + 14,65·2,29 + 2,575·0,248 + + 0,963·0,38 + 2,24·0,015)0,01 = 1,515 кДж/(кг·К).
Плотность сухого газа при нормальных условиях:
ρcг=3,482·0,00411+4,732·0,00189 + 5,357·0,2009 + 5,268·0,204 + 0,0893·0,5765+ + 0,7143·0,00778 + 1,964·0,00457 + 1,34·0,00025 + 2,24 кг/м3.
Приведенная плотность при Тср = 4030 К и Р = 106,69 кПа
кг/м3.
Коэффициент динамической вязкости определяется по формуле
mcг = 2,647·10-5 Па·с. (5.51)
Молекулярная масса сухого газа:
Мcг = 78·0,00411 + 106·0,00189 + 120·0,2009 + 118·0,204 + 2·0,5765 + + 16·0,00778 + 44·0,004562 + 30·0,00025 = 50,2.
Проверка: 
Теплопроводность
сухого газа: 
Вт/(м·К);
;
.
4. Находим температуру начала конденсации водяного пара, предварительно вычислив значение парциального давления
=
0,893·106,688 = 95,273 кПа (714,4 мм рт.ст.).
Этому парциальному давлению соответствует температура Тнас = 371,5 К (98,5°С).
Определим
величину влагосодержания водяного пара
на выходе из скруббера при Тк=333
К и парциальном давлении
=19,9
кПа (149,4 мм рт.ст.), следовательно,
кмоль в.п./кмоль вл.г.
В составе контактного газа осталось водяного пара
= 746,3·0,186 = 138,81 кмоль/ч = 0,03856 кмоль/с.
Таким образом, сконденсировалось водяного пара
= 666,6-138,81 = 527,8 кмоль/ч = 0,1466 кмоль/с
или в кг/с (кг/ч) это будет соответствовать величине
= 527,8·18 = 9500 кг/ч = 2,638 кг/с.