Файл: подготовка газа к транспорту. Выбор оборудования подготовки газа к транспорту.docx

До обработки органическим абсорбентом из отбросных газов необходимо удалить дисперсные примеси. Иначе абсорбент быстро загрязняется и становится отходом, практически не поддающимся очистке.

Органические абсорбенты должны иметь низкое давление насыщенных паров при температуре процесса. Растворители с недостаточно низкой

упругостью паров будут интенсивно испаряться и загрязнять обрабатываемые газы. Кроме того, низкокипящий абсорбент сложно регенерировать, так как извлечь (десорбировать из него) уловленное вещество нагреванием невозможно.

На интенсивность перехода загрязнителя из газовой фазы в жидкую большое влияние оказывают температура и давление процесса, а также способ организации контакта фаз.

С ростом давления и снижением температуры скорость абсорбции увеличивается. Абсорбенты, работающие при отрицательных (по Цельсию) температурах, принято называть хладоносителями, а процесс абсорбции, протекающий в таких условиях - контактной конденсацией.

Абсорбционную очистку выбросов в атмосферу применяют как для извлечения ценного компонента из газа, так и для санитарной очистки газа. Считают, что целесообразно применять абсорбцию, если концентрация данного компонента в газовом потоке составляет свыше 1 %.

Сочетая абсорбцию с десорбцией, можно многократно использовать почти без потерь жидкий поглотитель (абсорбент) в замкнутом контуре аппаратов: абсорбер-десорбер-абсорбер (круговой процесс), выделяя поглощенный компонент в чистом виде.

Различают физическую абсорбцию и хемосорбцию. При физической абсорбции растворение газа в жидкости не сопровождается химической реакцией или, по крайней мере, влиянием этой реакции на скорость процесса можно пренебречь. Вследствие этого физическая абсорбция не сопровождается тепловым эффектом. Если в этом случае начальные потоки газа и жидкости незначительно различаются по температуре, то такую абсорбцию можно рассматривать как изотермическую.

На рисунке 2.1 представлена принципиальная схема установки для абсорбции определенного компонента из газовой среды и последующего его выделения из абсорбента (десорбции).

---

Рисунок 2.1 - Принципиальная схема установки для абсорбционно- десорбционного улавливания определенного компонента из газовой смеси:

1 - абсорбер; 2 - холодильник; 3 - десорбер; 4 – теплообменник
Газовая смесь, содержащая извлекаемый из нее компонент, поступает в абсорбер, где происходит контакт с абсорбентом, который поглощает данный компонент. Газ, очищенный от компонента, удаляется (очищенный воздух может быть выброшен в атмосферу), а раствор поглотителя, содержащий абсорбированный компонент, поступает в теплообменник, где нагревается. Нагретый раствор насосом подается в десорбер, где из него выделяется (десорбируется) поглощенный компонент путем испарения в результате нагревания поглотителя паром. Поглотитель, освобожденный от компонента, поступает в теплообменник, где отдает теплоту абсорбенту при его противоточном движении в десорбер, а затем направляется в холодильник, пройдя который, снова поступает в абсорбер. Круг замкнулся. По такому циклу работает установка для абсорбционно-десорбционного улавливания определенных паров и газов из газовой смеси (из воздуха).

---

2.2 Методы расчета абсорберов

Атмосферные загрязнители в отходящих газах обычно присутствуют в низких концентрациях. В связи с этим при проектировании абсорберов прежде всего учитывают необходимость обработки газовых потоков с

малыми концентрациями примесей и тот факт, что при этом образуются жидкие потоки с низкими концентрациями веществ. Расчетные формулы для этого случая очень просты. Эффектами, связанными с теплотой растворения, можно пренебречь; кроме того, аппарат практически работает в изотермическом режиме, что еще более упрощает проектирование. Основные затруднения обычно связаны с тем, что требуется обрабатывать очень большие количества газа.

Поскольку конечная концентрация загрязнителя в газовой фазе всегда

выше равновесной с растворенным в жидкой фазе, абсорберы проектируют

для противоточной схемы движения поглотителя и обрабатываемых газов. При этом степень извлечения загрязнителя значительно зависит от факторов, влияющих на величину парциального давления загрязнителя над жидкостью: температуры поглотителя, начального содержания в нем загрязнителя и его растворимости.

Газовые и жидкие потоки в абсорберах слабоконцентрированы, что позволяет ввести ряд упрощений: оперируют моделью идеального раствора, подчиняющегося законам Генри и Рауля; пренебрегают неизотермичностью процесса, теплотами фазовых переходов растворения и химических реакций, рядом других факторов.

Большинство расчетных зависимостей относится к концентрационным диапазонам, характерным для химической технологии.

Они не распространяются на область значений концентраций, в которой работают системы защиты атмосферы, а лишь соприкасаются с ней: выходные (сбросные) концентрации технологических устройств, в том числе и абсорберов, являются начальными, т.е. входными для очистных аппаратов.

---

Расчеты абсорбционных аппаратов упрощают не только по причине низкой концентрации поглощаемых веществ. Множество упрощений вводится на том основании, что они уменьшают объем расчетов без заметного снижения точности результата. В соответствии с этим поглотитель обычно рассматривают как индивидуальное вещество, а многокомпонентные газовые смеси - как бинарные, состоящие из одного улавливаемого и одного инертного компонента.

Технологический расчет абсорбционной установки выполняют в несколько этапов.

На первом этапе производят материальные и энергетические расчеты и

устанавливают условия линию, находят число равновесия, строят линию равновесия и рабочую теоретических ступеней изменения концентрации, определяют необходимость циркуляции раствора, расход энергии на циркуляцию, устанавливают необходимую степень регенерации раствора, расход энергии на регенерацию и потери раствора при регенерации.

На втором этапе выбирают конструкции аппаратов, рассчитывают массо- и теплопередачу, гидродинамику и габариты аппаратов.

На третьем этапе уточняют технологические параметры и осуществляют оптимизацию процесса.

При проектировании абсорбера необходимо определить: диаметр аппарата и его высоту, размеры внутренних частей (размеры и тип насадки, конструкцию тарелок, число тарелок, устройства для ввода и распределения жидкости), оптимальную скорость жидкости в абсорбере.

2.3 Расчет основных размеров абсорберов

Все массообменные колонные аппараты можно условно разделить нa две группы: с непрерывно и со ступенчато изменяющейся концентрацией веществ, участвующих в процессе массообмена. Целью расчета таких колонн

является определение их диаметра и высоты. Диаметр колонны определяется объемным расходом и режимом движения сплошной фазы:

(2.1)

где V0 = Gc / ρ c — объемный расход сплошной фазы;

Gс, ρ с — соответственно массовый расход и плотность сплошной фазы;

wс — скорость движения сплошной фазы в колонне.

Скорость движения сплошной фазы wс зависит от режима работы и конструктивных особенностей массообменного аппарата. Высоту массообменной части аппарата с непрерывно изменяющейся по его высоте концентрацией вещества можно рассчитать:

---

1. 
   по основному уравнению массопередачи:
   

(2.2)

2) по числу единиц переноса (Nox или Noy) и высоте единицы переноса (hox или hoy):

(2.3)

3) по числу теоретических ступеней изменения концентраций (числу теоретических тарелок) Nт и высоте массообменной части аппарата, эквивалентной одной теоретической тарелке hэкв:

(2.4)
Теоретической тарелкой называют однократный контакт взаимодействующих потоков, завершающийся достижением фазового равновесия.

Высоту массообменной части аппарата со ступенчатым изменением концентрации веществ, участвующих в процессе массообмена, можно рассчитать по числу действительных ступеней изменения концентраций (числу действительных тарелок) Nд и расстоянию между тарелками h:



Расстояние между тарелками h принимают или рассчитывают в соответствии с конкретным процессом массопередачи и типом конкретного контактного устройства.

Общая высота колонного аппарата составляет:



где Hв - расстояние от верхнего ряда контактных элементов до крышки

колонны, м;

Нн - расстояние от нижнего ряда контактных элементов до днища колонны, м.

Расстояние Нн обычно определяется минимальным объемом жидкости, необходимым для обеспечения стабильности процесса парообразования и равномерного распределения газа (пара) по поперечному сечению колонны.

Это расстояние принимают равным (1,0... 1,5) Dк.

Расстояние Hв зависит от размеров распределительного устройства для орошения колонны жидкостью и от высоты сепарационного пространства, в котором устанавливают отбойные устройства для предотвращения брызгоуноса из колонны.

В зависимости от диаметра колонны Dк можно рекомендовать следующие высоты верхней Hв и нижней Нн частей колонны:

---