Учебное пособие: Технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным

Введение

Углеводородные нефтяные и природные газы могут содержать в качестве нежелательных примесей кислые компоненты (сероводород, углекислый газ), а также сероорганические соединения (сероуглерод, меркаптаны, тиофены). Для удаления этих компонентов применяют абсорбционные процессы, основанные на избирательном поглощении целевого компонента из газовой смеси жидким поглотителем в процессе их контактирования.

В зависимости от типа взаимодействия нежелательных примесей с растворителем различают процессы химической и физической абсорбции. В первом случае очистка происходит за счет химической реакции нежелательных соединений с растворителями. В качестве абсорбентов применяют растворы алканоламинов (моноэтаноламина – МЭА; ДЭА; дигликольамина и др.) при физической абсорбции нежелательные соединения в составе газовой смеси взаимодействуют с жидкими неорганическими (вода) или органическими (пропиленкарбонат, диметиловый эфир N- метилпирролидона и др.) растворителями и поглощаются ими. Выбор способа очистки определяется выбором растворителя.

Абсорбционные аппараты по способу создания развитой поверхности контакта фаз между очищаемым газовым сырьем и жидким поглотителем подразделяют на насадочные, тарельчатые, пленочные и распылительные.

В насадочных аппаратах, наиболее распространенных в промышленности, она создается при обволакивании слоем жидкого абсорбента насадки (кольца Рашига, Палля, хордовые насадки, проволочные, седлообразные и др.). Поток газа непрерывно контактирует с пленкой жидкости.

В тарельчатых аппаратах на некотором расстоянии друг от друга размещают перфорированные тарелки (колпачковые, ситчатые, клапанные), на которых с помощью сливных порогов поддерживается слой жидкости. Через него барботирует газ, в результате чего обеспечивается необходимая поверхность контакта фаз.

В пленочных абсорберах поглотитель распределяется по поверхности труб (пленочные абсорберы трубчатого типа) или прямоугольных вертикальных листов (пленочные абсорберы с плоскими поверхностями), а газовый поток проходит через трубное пространство или зазорах между параллельными листами. В распылительных абсорберах большая величина поверхности контакта фаз достигается распылением жидкости в газовом потоке.

Для очистки углеводородных газов применяют колонные аппараты тарельчатого и насадочного типа.

В курсовом проекте требуется рассчитать абсорбер для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина (ДЭА) производительность по газовому сырью 280000 м3/ч. Расчет включает в себя: составление материального и теплового баланса абсорбера, определение химического состава насыщенного абсорбента, предварительный расчет диаметра абсорбера, расчет работоспособности тарелок, расчет высоты абсорбера и диаметров штуцеров аппарата.

1. Материальный баланс абсорбера

Рис. 1

Суммарное содержание кислых компонентов (рис. 1):

, и — содержание кислых компонентов в газовом сырье, % об.

Количество раствора ДЭА в единицу времени находим из графика:, тогда количество раствора ДЭА, циркулирующего в системе абсорбер – десорбер, – плотность 18-%-ного водного раствора ДЭА при температуре входа в аппарат .

Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА и состава неочищенного газа приведен в таблицах 1 и 2.

Таблица 1 — Расчет мольного состава регенерированного раствора ДЭА

Компонент	Мольная масса	Количество	Содержание
,		, масс. доли	, мольн. доли
18,0	123477	6860	0,8199	0,96367	0,046
ДЭА	105,0	27108	258,2	0,18	0,03627	0,0017
	34,0	15	0,4	0,0001	0,000056	2,94*10-6
Σ	150600	7118,6	1,0000	0,9999961,0	0,04770294

Таблица 2 — Расчет состава неочищенного газа

Компонент	Мольная масса	Количество ,	Содержание , мольн. доли	Количество , кг/ч	Содержание масс. доли
	16	210000	0,75	12	150000	0,5372
	30	28000	0,1	3	37500	0,1343
	44	22400	0,08	3,52	44000	0,1576
	58	16800	0,06	3,48	43500	0,1558
	34	2800	0,01	0,34	4250	0,0152
Σ	280000	1,00	22,34	279250	1,00011,000

Количество метана и этана, растворившихся в единицу времени в воде, содержащейся в водном растворе ДЭА

, ,

где и — растворимость метана и этана в воде при температуре t и нормальном давлении, , — объемный расход воды в водном растворе ДЭА, t – температура, при которой происходит растворение (принимаем t = ).

,

*,

*.

Расходы метана, этана и сероводорода в очищенном газе равны:

(=0,15% об. — содержание в очищенном газе, не более).

Остальной расчет состава очищенного газа приведен в таблице 3.

Таблица 3 — Расчет состава очищенного газа

Компонент	Мольная масса	Количество ,	Содержание , мольн. доли	Количество , кг/ч	Содержание масс. доли
	16	209997,45	0,7576	12,12	149998,2	0,5459
	30	27996,86	0,1010	3,03	37495,8	0,1365
	44	22400	0,0808	3,56	44000	0,1604
	58	16800	0,0606	3,51	43500	0,1581
	34	4,2	0,0000152	0,00052	6,4	0,000023
Σ	277198,5	1,0000152	22,2	275000	1,000923

Расход газов, поглощенных раствором ДЭА:

.

Расход насыщенного кислыми компонентами водного раствора ДЭА:

Сводные данные по материальному балансу абсорбера представлены в таблице 4.

Таблица 4 — Материальный баланс абсорбера

Поток, поступающий в абсорбер (рис. 1)	Количество, кг/ч	Поток, выводимый из абсорбера (рис. 1)	Количество, кг/ч
Неочищенный газ,	279250	Очищенный газ, V	275000
Регенерированный раствор ДЭА,	150600	Насыщенный раствор ДЭА,	154850
Σ	429850	Σ	429850

Тепловой баланс абсорбера.

Уравнение теплового баланса абсорбера:

.

Здесь Q — количество тепла соответствующего материального потока, кДж, – количество тепла, выделяемого при абсорбции компонентов, кВт.

Количество тепла, вносимого в аппарат газовым сырьем при температуре .

Расчет энтальпии идеального газа представлен в табл. 5.

Таблица 5 — Расчет энтальпии для неочищенного газа

Компонент	Содержание , масс. доли	Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа	Энтальпии, кДж/кг
А	В	С	D
	0,5372	154,15	15,12	0,0519	56,62	650,3	349,3
	0,1343	58,65	23,63	0,4139	56,15	445,7	59,9
	0,1576	33,65	26,31	0,5380	35,58	390,9	61,6
	0,1558	34,72	26,08	0,5455	39,22	393,4	61,3
	0,0152	87,27	2,54	0,0128	26,12	306,8	4,7
Σ	1,00011,000	536,8

R = 8,315– универсальная газовая постоянная; — псевдокритическая температура, К; — средняя мольная масса неочищенного газа; — поправки на давление для энтальпии; — фактор ацентричности смеси. Определяются в зависимости от приведенных давления и температуры , вычисляемых по формулам:

— псевдокритическое давление, Па.

— критические давления (Па) и температуры (К) для компонентов смеси

— фактор ацентричности i-го компонента.

Расчет псевдокритических параметров и фактора ацентричности приведен в таблице 6. Данные для расчета , — в таблице 7.

Таблица 6 — Псевдокритические параметры и фактор ацентричности неочищенного газа

Компонент	Содержание , мольн. доли	, МПа	, К		, МПа	, К
	0,75	4.605	190.55	0.0104	3.4538	142.91	0.00780
	0,1	4.875	305.43	0.0986	0.4875	30.54	0.00986
	0,08	4.248	369.82	0.1524	0.3398	29.59	0.01219
	0,06	3.795	425.16	0.2010	0.2277	25.51	0.01206
	0,01	9.000	373.6	0.1000	0.0900	3.74	0.00100
Σ	1,00	4.6	232.29	0.04291

Таблица 7 — Поправки на давление для энтальпии плотных газов и жидкостей

0,8	1,0	0,8	1,0
1,3	2,09	2,76	1,3	0,55	0,71
1,4	1,76	2,26	1,4	0,34	0,42

Количество тепла, приносимого газовым сырьем:

Таблица 8 — Расчет энтальпии для очищенного газа

Компонент	Содержание , масс. доли	Коэффициенты в формуле для расчета энтальпии идеального газа	Энтальпии, кДж/кг
А	В	С	D
	0,5459	154,15	15,12	0,0519	56,62	650,3	355
	0,1365	58,65	23,63	0,4139	56,15	445,7	60.84
	0,1604	33,65	26,31	0,5380	35,58	390,9	62.7
	0,1581	34,72	26,08	0,5455	39,22	393,4	62.2
	0,000023	87,27	2,54	0,0128	26,12	306,8	0.0071
Σ	1,000923	540.75

Таблица 9 — Псевдокритические параметры и фактор ацентричности очищенного газа

Компонент	Содержание , мольн. доли	МПа	, К		, МПа	, К
	0,7576	4.605	190.55	0.0104	3.4887	144.36	0.0079
	0,1010	4.875	305.43	0.0986	0.4924	30.85	0.01
	0,0808	4.248	369.82	0.1524	0.3432	29.88	0.0123
	0,0606	3.795	425.16	0.2010	0.2300	25.76	0.0122
	0,0000152	9.000	373.6	0.1000	0.000137	0.0057	0.000002
Σ	1,00	4.55	230.86	0.0424

, (по данным из табл. 7).

Так как остаточное содержание невелико, можно принять равной энтальпии 18%-го водного раствора ДЭА; тогда

теплоемкость водного раствора ДЭА, .

При .

Рассчитываем количество тепла, выделяемого в единицу времени при абсорбции в 18%-ном водном растворе ДЭА (теплом, выделяющимся при абсорбции и , пренебрегаем в силу его незначительности):

,

— теплота хемосорбции , кДж/кг.

,

— теплота хемосорбции сероводорода, — доля сероводорода в смеси кислых компонентов, в данном случае .

.

Расход тепла с насыщенным абсорбентом вычисляется на основе теплового баланса абсорбера, представленного в таблице 10.

Таблица 10 — Тепловой баланс абсорбера

Обозначение потока	Количество, кг/ч	Температура,	Энтальпия, кДж/кг	Количество тепла, кВт
Приход
	279250	40	349,8	27206,7
150600	40	152,8	6392
	4250	1905	2248,7
Σ	35847,4
Расход
	275000	40	354,55	27300
	154850
Σ	35847,4

Для учета зависимости теплоемкости насыщенного абсорбента от температуры примем значение температуры насыщенного абсорбента на 12 градусов выше температуры регенерированного раствора:

.

Теплоемкость при данной температуре пересчитываем .

Найденная и принятая величины совпадают с точностью до 0,19%.

Химический состав насыщенного абсорбента.

— давление в аппарате, МПа, — общее число молей реагирующей смеси, — разность чисел молей продуктов и исходных реагентов.

Константа химического равновесия связана с изменением стандартного изобарного потенциала:

Где – изменение стандартного изобарного потенциала для j-й реакции (j = 1, 2), кДж/моль; R = 8,315газовая постоянная температура реакции, К.

Рассчитываем изменение изобарного потенциала реакции:

, где

— изменение энтальпии образования, кДж/моль; — изменение энтропии реакции, .

– суммы энтальпий образований исходных веществ и продуктов реакции, кДж/моль; — суммы энтропий исходных веществ и продуктов реакции, , — количество молей вещества. Значения энтальпий образования и энтропий веществ приведены в таблице 11. Расчет констант химического равновесия – в таблице 12.

Таблица 11 — Стандартные энтальпии образования и энтропии при температуре t = 25

Элемент, соединение, ион	, кДж/моль	, Дж/(моль*К)	Элемент, соединение, ион	, кДж/моль	, Дж/(моль*К)
	-20.160	205.776		-51.036	219.592
	-17.668	-61.126		-156.499	999.306
S	2.805	22.190		-310.193	2020.802
	46.221	192.630		-176.167	938.181
	-46.221	192.630
,

Таблица 12 — Расчет констант химического равновесия

Реакция	, кДж/моль	,	, кДж/моль
	22,965	-0,184	82,8	-0,013	0,971
	-21,981	-0,350	91,8	-0,015	0,447

Обозначим число киломолей и , полученных по реакциям 1 – 2, через и и проведем расчет равновесного превращения по схемам, представленным в таблице 13.

Таблица 13 — Расчет равновесного превращения

Реакция
Число киломолей	3	2
в исходной смеси
в равновесной смеси,
всего в равновесной смеси,		2
Разность чисел киломолей	-2

Тогда выражения для расчета констант химического равновесия реакций 1 – 2 будут выглядеть следующим образом:

Методом подбора определяем и .

,

Для получения в количестве кмоль/ч необходимо знать количество прореагировавших веществ.

Определяем количество исходного сероводорода:

По реакции 1 прореагировали вещества в количествах:

Получено по реакции 1:

или

После реакции 1 в насыщенном абсорбенте остаются непрореагировавшими:

Определяем количество исходного:

По реакции 2 прореагировали вещества в количествах:

Получено по реакции 2:

После реакции 1 в насыщенном абсорбенте остаются непрореагировавшими:

С учетом содержания остаточного сероводорода в поступающем в аппарат абсорбенте количество , растворенное в насыщенном абсорбенте, равно:

Расчет состава насыщенного абсорбента, выводимого из аппарата, приведен в таблице 14.

Таблица 14 — Расчет состава насыщенного абсорбента

Компонент	Мольная масса	Количество	Содержание
, кг/ч	, кмоль/ч	, масс. доли	мольн. доли
	105	26283	250,3	0,169732	0,034593	3,63
18	123477	6859,8	0,797400	0,948062	17,07
	34	4067,8	119,6	0,026269	0,016529	0,56
	244	548,2	2,25	0,003540	0,000311	0,08
	139	467,6	3,36	0,003020	0,000464	0,06
	16	1,8	0,113	0,000012	0,000016	0,0003
	30	4,2	0,14	0,000027	0,000019	0,0006
Σ	154850	7235,6	1,000000	0,999994	21,42

Диаметр абсорбера.

Диаметр абсорбера в наиболее нагруженном нижнем его сечении рассчитываем по формуле:

, где

L – расход насыщенного абсорбента из аппарата, кг/с; — плотность насыщенного абсорбента,; – коэффициент для клапанных тарелок; С = 480 – коэффициент для абсорберов при расстоянии между тарелками, равном 0,6 м; G – расход газового сырья в аппарат, кг/с; — плотность газового сырья, .

Расход насыщенного абсорбента: .

Плотность насыщенного водного раствора ДЭА при температуре находим по содержанию в нем ДЭА:

Расход газового сырья в аппарат:

Рассчитываем плотность газового сырья при температуре и давлении :

Тогда диаметр абсорбера:

Предварительно принимаем . Правильность данного значения диаметра аппарата будет уточнена в ходе расчетов.

Расчет работоспособности клапанных тарелок.

Работоспособность наиболее нагруженной по газу и жидкости нижней тарелки абсорбера определяется необходимыми значениями следующих показателей:

— сопротивление тарелки потоку газа;

— скорость газа в отверстиях тарелки;

— отсутствие провала жидкости;

— высота слоя пены на тарелке;

— унос жидкости;

— градиент уровня жидкости на тарелке;

— отсутствие захлебывания.

Сопротивление тарелки потоку газа.

Рассчитываем сопротивление клапанной тарелки потоку газа. Для клапанной тарелки оно должно находиться в пределах 450 – 800 Па.

— коэффициент сопротивления сухой тарелки, при полностью открытых клапанах равный 3,63; — скорость газа в отверстии под клапаном, м/с; — высота сливной перегородки, м; — подпор жидкости над сливной перегородкой, м; – сопротивление, связанное с действием сил поверхностного натяжения, Па.

Скорость газа в отверстиях тарелки:

где – площадь прохода паров, м2.

( — доля живого сечения тарелки; – рабочая площадь тарелки,.

Параметры двухпоточной клапанной тарелки диаметром представлены в таблице 15.

Таблица 15 — Техническая характеристика двухпоточной тарелки типа ТКП (по ОСТ 26-02-1401-76)

Диаметр абсорбера , м	3,4
Свободное сечение абсорбера, м2	9,08
Шифр тарелки	Б
Рабочая площадь тарелки , м2	7,11
Периметр слива В, м	4,08
Площадь слива, м2	0,89
Длина пути жидкости , м	1,00
Доля живого сечения тарелки при шаге между рядами отверстий	0,129
Межтарельчатое расстояние , м	0,60
Число рядов клапанов на поток	13
Общая масса тарелки, кг, не более	680

Высоту сливной перегородки принимаем равной 0,04 м.

Определяем подпор жидкости над сливной перегородкой:

,

— удельная жидкостная нагрузка

32 мм.

Для клапанных тарелок должно быть не менее 13 мм, иначе наблюдается явление конусообразования (отталкивания жидкости от отверстий). Так как , конусообразования происходить не будет.

Рассчитываем сопротивление, связанное с действием сил поверхностного натяжения жидкости:

где — поверхностное натяжение насыщенного 17% водного раствора ДЭА при температуре 52℃.

— эквивалентный гидравлический диаметр щели под клапаном, — высота поднятия клапана.

Тогда сопротивление клапанной тарелки потоку газа будет равно:

Значение сопротивления выбранного типа тарелок не выходит за пределы допустимых значений для клапанных тарелок (450).

Скорость газа в отверстиях тарелки.

Рассчитываем массу цилиндрического столбика жидкости над клапаном: диаметр клапана.

Площадь клапана, на которую действует давление газа (для упрощения принимаем ее равной площади отверстия под клапаном):

Рассчитываем скорость газа:

условие открытия клапана на орошаемой жидкостью тарелке выполняется.

(Поток газа в отверстии над клапаном должен иметь скорость для того, чтобы поднять клапан и столбик жидкости над ним. После поднятия клапана в отверстии устанавливается скорость ).

Отсутствие провала жидкости.

Для того, чтобы не происходило утечки (провала) жидкости на нижележащие тарелки через отверстия под клапанами, необходимо, чтобы фактическая скорость газа в отверстиях была больше минимальной необходимой для отсутствия провала жидкости скорости,

Рассчитываем минимальную допустимую скорость газа в отверстиях клапанной тарелки:

где Q – коэффициент, зависящий от длины пути жидкости и в данном случае равный 0,16 (для условие отсутствия провала жидкости выполняется.

Объемный расход газа на нижней границе эффективной работы тарелки:

Условие выполняется.

Минимальная нагрузка по пару в устойчивом режиме работы:

Условие выполняется.

Высота слоя пены на тарелке.

Высота слоя пены над слоем светлой жидкости рассчитывается по формуле:

,

где , В, С – коэффициенты, равные для клапанной тарелки: А = 59,5, В = 2,2, С = 1,74; — приведенная скорость газа, м/с; — поверхностное натяжение насыщенного 17% водного раствора ДЭА при температуре 52℃.

Приведенная скорость газа (скорость, отнесенная к рабочей площади тарелки):

Полученная высота пены является допустимой при расстоянии между тарелками 0,6 м.

Унос жидкости.

Допустимая величина межтарельчатого уноса:

Рассчитываем величину удельного уноса жидкости с наиболее нагруженных нижних тарелок аппарата:

,

где D, α – коэффициенты, для клапанных тарелок D = 1.72, α = 1.38; — комплекс, рассчитываемый по формуле:

.

Унос жидкости не превышает допустимой величины .

Объемный расход жидкости с учетом уноса:

,

.

Градиент уровня жидкости на тарелке.

На клапанных тарелках с перекрестным током вследствие гидравлического сопротивления при течении жидкости в сторону переливного порога уровень жидкости на стороне ее входа будет больше на величину гидравлического градиента, рассчитываемого по формуле:

где — коэффициент сопротивления для клапанных тарелок; — длина пути жидкости на тарелке, м; — эквивалентный диаметр потока вспененной жидкости, м; — условная скорость пены на тарелке, м/с.

Рассчитываем коэффициент сопротивления для клапанных тарелок (по формуле для колпачковых тарелок):

,

где – глубина барботажа, м; — критерий Рейнольдса.

Глубина барботажа равна:

Критерий Рейнольдса:

где — кинематическая вязкость жидкости с нижней тарелки, м2/с.

Условная скорость пены на тарелке:

где — средняя линейная плотность орошения, м2/с,

— средняя ширина потока при движении жидкости по тарелке (n – число потоков).

Рассчитываем условную скорость пены:

Эквивалентный диаметр потока вспененной жидкости:

Кинематическая вязкость насыщенного раствора ДЭА при содержании ДЭА, равном 17% масс, составляет

— динамическая вязкость насыщенного раствора ДЭА.

.

Данное значение допустимо для длины пути жидкости

Отсутствие захлебывания.

Захлебывание представляет собой нарушение нормального перетока жидкости с тарелки на тарелку в результате переполнения переточного устройства. Условие отсутствия захлебывания:

где — высота уровня вспененной жидкости в устройстве, равная

Здесь — высота светлой жидкости в сливном устройстве м; — высота слоя пены в сливном устройстве, м.

где = 760 Па – общее сопротивление нижней клапанной тарелки аппарата; — потеря давления жидкости при ее протекании через сливное устройство, Па.

где – коэффициент сопротивления; — скорость жидкости в сечении между нижним обрезом сливной перегородки и тарелкой, м/с, равная:

площадь сечения между нижним обрезом сливной перегородки и тарелкой (поперечное сечение зазора). Здесь а – зазор под сливным стаканом, который для обеспечения гидрозатвора должен быть меньше ; принимаем а = 0,027 м.

Высоту пены в сливном устройстве примем равной высоте пены на тарелке, Тогда условие отсутствия захлебывания выполняется.

В результате расчета работоспособности наиболее нагруженной по газу и жидкости нижней тарелки абсорбера была подтверждена правильность выбора диаметра аппарата равным .

2. Высота абсорбера

Рабочая высота абсорбера равна, м:

где — высота верхней камеры; — высота части аппарата, занятой тарелками; — высота нижней камеры.

. (Принимаем).

где — число рабочих тарелок.

Число рабочих тарелок равно:

,

где — число теоретических тарелок, η – коэффициент полезного действия тарелки.

Применим в абсорбере клапанные тарелки, к.п.д. которых при хемосорбции и находятся в пределах 10. Учитывая, что отсутствует, примем η = 35%.

Рассчитываем число теоретических тарелок, необходимое для обеспечения заданного коэффициента извлечения в абсорбере при постоянном среднем коэффициенте его извлечения на каждой тарелке:

,

где – коэффициент извлечения в абсорбере; — средний коэффициент извлечения на тарелках.

Коэффициент извлечения в абсорбере равен:

.

Рассчитываем средний коэффициент извлечения на тарелках:

где — коэффициент массопередачи при хемосорбции, м/ч; а – удельная поверхность контакта фаз, – высота газожидкостного слоя, м; — приведенная скорость газа при рабочих условиях в нижней части аппарата, м/с.

Коэффициент массопередачи при хемосорбции рассчитывается через коэффициенты массоотдачи при физической абсорбции по формуле:

– коэффициенты массотдачи в газовой и жидкой фазах, м/ч; — константа фазового равновесия при физической абсорбции с поправкой на ионную силу раствора, полученного в результате хемосорбции.

Коэффициент массоотдачи в газовой фазе:

— коэффициент массоотдачи в газовой фазе, отнесенный к единице рабочей площади тарелки.

Находим:

(А = 41700, m = 1, n = 0.5 – коэффициенты,

Коэффициент массоотдачи в жидкой фазе равен:

— коэффициент массоотдачи в жидкой фазе, отнесенный к единице рабочей площади тарелки.

Находим:

(А = 240, m = 0,35, n = 0.58 – коэффициенты,

Найдем константу фазового равновесия с поправкой на ионную силу раствора ДЭА:

,

где – константа фазового равновесия для ; , и — поправочные коэффициенты на присутствие отрицательных, положительных ионов и растворенного газа; , — количества положительных и отрицательных ионов; С – концентрация абсорбента, кмоль/м3.

Константу фазового равновесия рассчитаем по формуле:

где — константа фазового равновесия для водного раствора при температуре ; и — средняя мольная масса и плотность абсорбента в нижней части аппарата; T = 52 + 273 = 325 К – абсолютная температура газа.

.

В водном растворе ДЭА в результате хемосорбции содержатся следующие положительные и отрицательные ионы:

,

,

.

Поправочные коэффициенты и заряды ионов приведены в таблице 16.

Таблица 16 — Поправочные коэффициенты

Ион, молекула	Ион-аналог	Число ионов	Поправочный коэффициент
		3	0,07
		2	0,2
	3	0,05
		0,2

Рассчитываем концентрацию абсорбента:

Тогда

Коэффициент массопередачи равен:

Рассчитываем удельную поверхность контакта для клапанных тарелок:

,

где – критерий Вебера; — газосодержание; , — вязкость водного раствора ДЭА и воды при 52℃; Fr – критерий Фруда, рассчитываемый по приведенной скорости газа:

0,25

Критерий Вебера:

Рассчитываем газосодержание:

Тогда удельная поверхность контакта будет равна:

Число теоретических тарелок:

Число рабочих тарелок:

.

Рабочая высота абсорбера равна:

Расчет диаметров штуцеров аппарата.

Внутренние диаметры штуцеров аппарата рассчитываются по формуле:

,

где – объемные расходы соответствующих потоков, м3/с; — скорости соответствующих потоков, м/с.

,

где — абсолютные плотности соответствующих потоков, кг/ м3 (плотности очищенного газа и регенерированного раствора ДЭА рассчитываются аналогично плотностям очищенного газа и насыщенного раствора ДЭА).

Для получения значения оптимального диаметра трубопровода принимаем в зависимости от типа перекачиваемой среды.

Расчет оптимальных диаметров приведен в таблице 17.

Таблица 17 — Расчет оптимального диаметра штуцеров аппарата

Поток	Тип перекачиваемой среды	, кг/с	, кг/ м3	м3/с	, м/с	Расчетное значение диаметра штуцера, мм	Принимаемое значение и толщины стенки, мм	, м/с
Неочищенный газ,	Газ при большом давлении	77,8	34,8	2,215	17	404	426	17,3
Регенерированный раствор ДЭА,	Жидкость нормальной вязкости, перекачиваемая насосом	41,8	1006	0,042	2	164	194	1,6
Очищенный газ, V	Газ при большом давлении	76,6	34,6	2,214	17	404	426	17,3
Насыщенный раствор ДЭА,	Жидкость нормальной вязкости, перекачиваемая насосом	43,0	999,5	0,043	2	164	194	1,6

Заключение

В курсовом проекте был проведен технологический расчет абсорбера для очистки углеводородного газа от сероводорода регенерированным водным раствором диэтаноламина (ДЭА). В результате расчета выбран колонный аппарат ККП (с клапанными тарелками) даметром 3,4 м, работающий под давлением 4 МПа. Исполнение — цельносварное Техническая характеристика выбранного аппарата приведена в таблице 18. Техническая характеристика выбранного типа тарелок приведена в таблице 19.

Таблица 18 — Техническая характеристика абсорбера

Внутренний диаметр, м	3,4
Высота, м	10,4
Давление в аппарате, МПа	4
Число рабочих тарелок	15
Размеры штуцеров:
— для ввода газового сырья	426
— для ввода регенерированного раствора ДЭА	194
— для вывода очищенного газа	426
— для вывода насыщенного раствора ДЭА	194
Поступающий на очистку газ:
расход, м3/ч	280000
содержание , об. доли	0,01
Содержание в очищенном газе, об. доли, не более	0,001
Температура поступающего раствора, ℃	40
Температура уходящего раствора, ℃	52
Состав регенерированного раствора ДЭА:
	0,8199
ДЭА	0,18
	0,0001
Расход, м3/м3 газа	0,019

Таблица 19 — Техническая характеристика двухпоточной тарелки типа ТКП (по ОСТ 26-02-1401-76)

Диаметр абсорбера , м	3,418
Свободное сечение абсорбера, м2	9,08
Шифр тарелки	Б
Рабочая площадь тарелки , м2	7,11
Периметр слива В, м	4,08
Площадь слива, м2	0,89
Длина пути жидкости , м	1,00
Доля живого сечения тарелки при шаге между рядами отверстий	0,129
Межтарельчатое расстояние , м	0,60
Число рядов клапанов на поток	13
Общая масса тарелки, кг, не более	680
Зазор под сливной перегородкой а, м	0,027
Площадь прохода газа, м2	0,917
КПД тарелки	0,35

Список литературы

1. Гайле А.А., Пекаревский Б.В. Расчет ректификационных колонн: учебное пособие. — СПб.: СПбГТИ (ТУ), 2007.

2. Кузнецов А.А., Судаков Е.Н. Расчеты основных процессов и аппаратов переработки углеводородных газов: Справочное пособие. – М.: Химия, 1983.

3. Мурин И.В., Кисленко Н.Н., Сурков Ю.В. Технология переработки природного газа и конденсата: Справочник. — ч. 2. — М.: Изд-во «Недра», 2002.

4. Основные процессы и аппараты химической технологии: Пособие по проектированию/ Под ред. Ю.И. Дытнерского, 3-е изд., стереотипное. – М.: ООО ИД «Альянс», 2007.

5. Рамм В.М. Абсорбция газов. — 2-е изд. — М.: Химия, 1976.

6. Расчеты основных процессов и аппаратов нефтепереработки: Справочник/ Под ред. Е.Н. Судакова. — 3-е изд. — М.: Химия, 1979.

7. Справочник нефтепереработчика/ Под ред. Г.А. Ластовкина, Е.Д. Радченко и М.Г. Рудина. – Л.: Химия, 1986.

8. Справочник химика: в 6 т. – т. 1. / Под ред. Зониса С.А., Симонова Г.А., изд. 2, перераб. и доп. – Л.: Изд-во «Химия», 1966.

9. Фролов В.Ф. Лекции по курсу «Процессы и аппараты химической технологии». – 2-е изд., испр. – СПб.: ХИМИЗДАТ, 2008.

10. Чернышев А.К., Поплавский К.Л., Заичко Н.Д. Сборник номограмм для химико-технологических расчетов. — Л.: Химия, 1969.