Расчет процесса абсорбции диоксида углерода раствором “Карсол” в агрегате получения аммиака

Во избежание  коррозионного растрескивания оборудования содержание ионов С1^- в горячем поташном растворе не должно превышать 20—30 мг/л. Поэтому для приготовления рабочего раствора следует использовать поташ марки х.ч. или ч. д. а. и перед пуском необходимо тщательно промывать систему.

При приготовлении рабочего раствора и подпитки системы не рекомендуется смешивать V₂O₅ и ДЭА перед загрузкой, поскольку V₂O₅ является окислителем. К приготовленному раствору поташа сначала добавляют V₂O₅ затем диэтаноламин.

При отсутствии на производстве поташа марки х.ч. для приготовления и подпитки поташного раствора может быть использовано едкое кали:

2КОН + СО2=К₂СО₃+Н₂О

При этом возможны два варианта процесса карбонизации КОН: 1) чис- тым диоксидом углерода в специальной емкости и 2) непосредственно в абсорбере при абсорбции CО₂ из конвертированного газа. Применение КОН, бедного хлором, позволяет снизить затраты на процесс очистки, так как его стоимость в несколько раз ниже стоимости поташа марки х. ч. Недостатком щелочи является большая коррозионная активность ее растворов. В связи с этим, учитывая недопустимость коррозии оборудования и выщелачивания керамической насадки, при применении КОН должны соблюдаться следующие условия: содержание хлоридов в исходном КОН не должно превышать 0,004% (масс.); концентрация КОН в циркулирующем растворе в любой точке системы не должна превышать 2% (масс.); . концентрация раствора КОН в емкости приготовления не должна превышать - 25% (масс.) [2]. .

 

 

 

Рисунок 3 - Схема очистки газа горячим раствором поташа, содержащим ДЭА:

1 – абсорбер; 2,3 – брызгоуловители; 4, 11, 12 – воздушные холодильники; 5 – регенератор; 6 – парогазовый кипятильник; 7 – паровой кипятильник; 8 – подогреватель питательной воды; 9, 14 – насосы; 10 – фильтр; 13 – турбина; 15 – электродвигатель.

 

 

 

 

 

 

2.4 Материальный баланс абсорбера

При очистке  газов от СО₂ используют процесс хемосорбции 17-21% - ным водным раствором “Карсол”, получивший наибольшее промышленное применение. Схема материальных потоков аппарата показана на рис.4

 

Рисунок 4 - Схема материальных потоков.

 

В нижнюю часть аппарата подается газовое  сырье V_c, а очищенный газ V выводится из верхней части аппарата. Раствор К₂СО₃ А_р подается на верх аппарата, а насыщенный углекислым газом К₂СО₃ А_н покидает абсорбер снизу [10].

K₂CO₃+CO₂+H₂O → 2KHCO₃

Цель  расчета: материальный баланс абсорбера  составляется для определения состава  очищенного технологического газа от  СО₂ на выходе из аппарата, количества регенерированного и насыщенного раствора “Карсол” [13].

 

 

 

 

Расчет

1. Заданную  производительность 2000т/сут по аммиаку пересчитаем на технологический газ, кг/ч.

1.1. Пересчет  т/сут в кг/ч:

m=2000т/сут ∙ 1000кг / 24ч=83333 кг/ч (NH₃).                                                      (1)                                               

1.2. По реакции: 

 N₂+H₂↔2 NH₃                                                                                           (2)

определим количество азота:

m=G_(NH3) ∙M_(N2) / (2∙М _NH3),                                                (3)

где M – молярная масса, кг/кмоль.

m=83333 ∙28 / (2∙17)=68627 кг/ч (N₂).

1.3. Объем  азота вычислим по формуле:

V_N2= V_m(N₂),                                                   (4)

где V_m=22,4 кмоль/м³ – молярный объем.

V_N2= =54901,6 м³/ч.

1.4. Объем  технологического газа определим  по формуле:

V_с=,                                                        (5)

где С_(N2) – содержание азота, %об.

V_с= =274508 м³/ч.

2.  Состав  газового сырья приведен в табл.8.

3.  Состав регенерированного раствора дан в табл.9.

Таблица 8 - Состав газового сырья абсорбера

Компонент	Содержание в сырье уi′,% (об.)	Количество Vсi , м3/ч
Н2 N2 CO2 Инерты   Всего	60 20 19 1   100	164704,8 54901,6 52156,52 2745,08   274508

 

Таблица 9 - Состав регенерированного водного раствора “Карсол”

Компонент	Молекулярная масса М, кмоль/кг	Содержание сi , масс. доли
Н2О К2СО3 СО2	18 138,2 44	0,79 0,2 0,01

 

4. Рассчитаем  состав неочищенного газа.

4.1. Содержание  компонентов, об. доли:

у′_Сi = _,                                                       (6)

где _{– объем} i-го компонента неочищенного газа, м³/ч.

у′_Н2 = =0,6  ;             

у′_N2 = =0,2  ;

у′_CO2= =0,19 ;

у′_ин= =0,01 .

4.2. Количество каждого компонента, кг/ч:

G_Ci=      _(9);

G _Н2= =14705,79 кг/ч;  

G _N2= =68627 кг/ч;

G _CO2= =102450,3 кг/ч;

G _ин= =4901,93 кг/ч.

4.3. Содержание  компонентов, масс. доли:

у_Сi = ;                                                   (7)

у _Н2 = =0,077;         

у _N2 = =0,36;          

у _CO2 = =0,537;           

 у _ин = =0,026.

4.4. Полученные  результаты заносим в таблицу.

Таблица 10

Компонент	Мольная масса Мi	Количество Vсi , м3/ч	Содержание у′Сi, об. доли	Количество GCi, кг/ч	Содержание уСi, масс. доли
Н2 N2 CO2 инерты Всего	2 28 44 40 −	164704,8 54901,6 52156,52 2745,08 274508	0,6  0,2 0,19 0,01 1	14705,79 68627 102450,3 4901,93 190685,02	0,077 0,36 0,537 0,026 1

 

5. Определим  количество СО₂, содержащееся в конвертированном газе после очистки, кг/ч:

m’_co2= =1024,5 кг/ч.

6. Количество  СО₂, поглощаемое раствором К₂СО₃:

n_co2= кмоль;

7. Абсорбер орошается 20 %-ным водным раствором карбоната калия в количестве 1500 м³/ч.

Переведем m_р-р в кг/ч: m=V(м³/ч)∙ρ _К2СО3(кг/ м³)=кг/ч ,                                 (8)

где ρ _К2СО3=1174,25 кг/ м³– плотность 20%-ного водного раствора  К₂СО₃ при температуре входа в аппарат t=50^оС; [2]

m_р-р =1500 ∙1174,25 =1761375 кг/ч;

m(К₂СО₃)= кг/ч;

количество  К₂СО₃ и Н₂О необходимое по реакции;

m_К2СО3= кг/ч;

m_H2O= кг/ч;

A_р=318564+41491,8+1024,5=361080,3 кг/ч

Непрореагровавший раствор:1761375-361080,3 =1400294,7 кг/ч          

8. Рассчитаем состав регенерированного раствора К₂СО₃:

g_i= с_i∙ Ар                                                             (9)

g_Н2О=0,79 ∙361080,3 =285253,44 кг/ч,

g _К2СО3=0,2∙361080,3 =72216,1 кг/ч,

g _СО2=0,01∙361080,3 =3610,8 кг/ч. [13]

Полученные  данные вносим в таблицу.

 

Таблица 11 - Расчет состава регенерированного раствора К₂СО₃

Компонент	Молекулярная масса М, кмоль/кг	Содержание сi , масс. доли	Количество gi, кг/ч
Н2О К2СО3 СО2 Всего	18 138,2 44 −	0,79 0,2 0,01 100	285253,44 72216,1 3610,8 361080,3

 

9. Азот, водород, могут в заметных количествах растворяться в воде содержащейся в водном растворе К₂СО₃. Количество азота, водорода, растворившихся в единицу времени, м³/ч:                                                                                                 

V_N2=α _N2∙V_H2O ;                                               (10)

V_H2=α _H2∙V_H2O ,                                                 (11)

где α _N2, α _H2 – растворимость азота, водорода, в воде при температуре t нормальном давлении, м³/м³; V_H2О = =1409,1 м³/ч – объемный расход воды в водном растворе К₂СО₃ (учитывая, что ρ_H2О=1000кг/м³); t = 50 ^оС – температура, при которой происходит растворение.

V_N2=0,0113∙1409,1∙ = 13,46 м³/ч ;                                                     

V_H2=0,0161∙1409,1∙ = 19,17 м³/ч.

10. Расходы азота, водорода, в очищенном газе равны, м³/ч:

V^о _N2= V^с _N2 - V _N2,                                                         (12)

V^о _H2= V^с _H2 - V _H2,                                                         (13)

где индекс «о» относится к очищенному газу, «с» - к сырому.

V^о _N2=54901,6-13,46=54888,14 м³/ч;

V^о _H2= 164704,8-19,17 =164685,63 м³/ч .

11. Рассчитываем состав очищенного газа.

11.1.  Содержание компонентов (об. доли) считаем по формуле:

у′_i = _,                                                        (14)

где _{объемы компонентов очищенного газа, м}³/ч.

∑V_i= м³/ч;

у′_Н2 = =0,74;              

у′_N2 = =0,246 ;             

у′_CO2 = =0,002 ;                  

 у′_инерты = =0,012 .

11.2. Количество каждого компонента, кг/ч:

G_i=                                                             (15)

G _Н2= =14704,1 кг/ч;                 

G _N2= =68610,2 кг/ч;               

G _CO2= =1024,5 кг/ч;                        

G _Ar = =4901,93 кг/ч.

11.3. Содержание компонентов, масс. доли:

у_Сi = _.                                                     (16)

 

у _Н2 = =0,16;

у _N2 = =0,774;

у _CO2 = =0,011;          

у _инерты = =0,055;

11.4. Полученные результаты заносим в таблицу.

Таблица 12

Компонент	Мольная масса Мi	Количество Vi , м3/ч	Содержание у′i, об. доли	Количество Gi, кг/ч	Содержание уi, масс. доли
Н2 N2 CO2 инерты Всего	2 25 44 40 −	164685,63 54888,14 521,56 2745,08 222840,4	0,74 0,246 0,002 0,012 1	14704,1 68610,2 1024,5 4901,93 89240,73	0,16 0,774 0,011 0,055 1

 

13.  Расход  газов, поглощенных раствором  К₂СО₃ , равен, кг/ч: