of 47 /47
1 UNIVERSITATEA” PETROL-GAZE” PLOIEŞTI FACULTATEA TEHNOLOGIA PETROLULUI SI PETROCHIMIE SPECIALIZAREA PRELUCRAREA PETROLULUI SI PETROCHIMIE PROIECT DE SEMESTRU DISCIPLINA: PROCESE TRANSFER DE MASA TEMA: PROIECTAREA TEHNOLOGICA A INSTALATIILOR DE ELIMINARE A GAZELOR ACIDE PRIN ABSORBTIE IN SOLUTII APOASE DE AMINE
• Author

andreia-petre
• Category

## Documents

• view

317

13

Embed Size (px)

description

proiect ptm-upg

### Transcript of Proiect PTM-

UNIVERSITATEA PETROL-GAZE PLOIETI FACULTATEA TEHNOLOGIA PETROLULUI SI PETROCHIMIE SPECIALIZAREA PRELUCRAREA PETROLULUI SI PETROCHIMIE

PROIECT DE SEMESTRU DISCIPLINA: PROCESE TRANSFER DE MASATEMA: PROIECTAREA TEHNOLOGICA A INSTALATIILOR DE ELIMINARE A GAZELOR ACIDE PRIN ABSORBTIE IN SOLUTII APOASE DE AMINE

CONDUCATOR: Ing. Elena Mirela Fendu 2010

STUDENT: Oprea Manuela Corina Gr. 3134

1

CUPRINSDATE DE INTRARE -------------------------------------------------------------------3 1.PROIECTAREA TEHNOLOGIC A COLOANEI DE ABSORBIE ----4 1.1.Calculul debitelor i concentraiilor n coloana de absorbie ---------------6 1.2.Bilanul termic pe coloana de absorbie--------------------------------------- 10 1.3.Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de absorbieError! Bookmark not defined.12 1.4. Dimensionarea coloanei de absorbtie ------------------------------------------14 1.4.1.Diametrul coloanei de absorbie ------------- Error! Bookmark not defined. 1.4.2.nlimea coloanei de absorbie ------------- Error! Bookmark not defined. 1.5. Calculul pierderilorde absorbant-----------------------------------------------17 2.PROIECTAREA TEHNOLOGICA A COLOANEI DE STRIPARE Error! Bookmark not defined. 2.1.Bilanul termic, regimul de temperaturi -------------------------------------- 21 2.2.Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de desorbtie--23 2.3.Dimensionarea coloanei de desorbtie ------------------------------------------ 27 2.3.1.Calculul diametrului in zona superioara ----------------------------------- 27 2.3.2. Calculul diametrului in zona inferioara ----------------------------------- 29 2.4.Calculul schimbului termic absorbant srac-absorbant bogat ------- Error! Bookmark not defined. 2.5.Determinarea necesarului de ap de rcire la rcitorul suplimentar --- 31 2.6.Determinarea necesarului de apa la condensatorul coloanei de stripare32 2.7. Determinarea necesarului de abur saturat la refierbator------------------33 BIBLIOGRAFIE ----------------------------------------------------------------------- 34 ANEXE -------------------------------------------------- Error! Bookmark not defined.

2

S se ntocmeasc proiectul tehnologic al unei instalaii de eliminare a H2S prin absorbie n soluie apoas de MEA.DATE DE INTRARE Gazul impurificat: metan Debit de alimentare: 200.000 Nm3/zi Concentraia H2S: intrare : 10% volum grad de absorie: 0,97 Concentraia soluiei apoase de MEA: 15 % mas Gradul de ncrcare al absorbantului srac: 0,05 kmoli H2S/kmol MEA Parametrii de lucru n coloana de absorbie: Presiune: 6 bar Temperatura de intrare gaz impurificat: 25oC Temperatura de intrare absorbant srac: 32oC Parametrii de lucru n coloana de desorbie: Presiune la vrf: 1,2 bar Presiune la baz: 1,6 bar Temperatura n refierbtor: 115oC Temperatura refluxului: 60 oC Raia de reflux : 3:1 Tipul de coloan de absorbie: umplutur inele Raschig Tipul de coloan de desorbie: umplutur inele Raschig

Se cere s se determine:Bilanurile materiale pe cele dou coloane Bilanurile termice pe cele dou coloane Inlimea i diametrul celor dou coloane Necesarul de utiliti Pierderile de amin i apSe va alctui schema tehnologic i de automatizare a instalaiei

3

CAP. 1. PROIECTAREA TEHNOLOGICA A COLOANEI DE ABSORBTIEProiectarea tehnologica a unei astfel de coloane consta in necesarul de echilibre, a diametrului si inaltimii. Operatia de absorbtie are rolul de a elimina din fluxul de gaz impurificat, hidrogenul sulfurat folosit ca absorbant solutie apoasa de monoetanolamina de diferite concentratii. Fluxurile din coloana de absorbtie si concentratiile lor sunt prezentate in figura 1.

Figura 1. Fluxurile si simbolurile marimilor specifice coloanei de absorbtiei

4

In figura 1 semnificatia simbolurilor sunt urmatoarele: G0 debitul de gaz purtator, kmol/h; L0 debitul de absorbant, kmoli/h; Yn+1,Y1 concentratiile solutului in gazul purtator, exprimate in raport molar: kmoli solut/kmol gaz purtator la intrarea, respectiv la iesirea din coloana; X0,Xn concentratiile solutului in absorbant, exprimate ca raport molar: kmoli solut/kmol absorbant la intrarea, respectiv la iesirea din coloana; Tn+1,T1 temperaturile fluxului de gaz la intrarea, respectiv la iesirea din coloana; T0,Tn temperaturile fluxului de absorbant la intrarea, respectiv la iesirea din coloana de absorbtie. Datele initiale necesare calculului de proiectare a coloanei de absorbie sunt: debitul de alimentare cu gaz impurificat, precum si concentratia gazului acid (solutului). Deoarece gazul impurificat este un amestec de hidrocarburi, este necesara specificarea compozitiei acestuia. In unele cazuri, se poate asimila amestecul de hirocarburi care alcatuiesc gazul purtator, cu o singura hidrocarbura; gradul de absorbtie sau concentratia solutului in gazul purificat; tipul absorbantului si concentratia aminei in solitie; concentratia solutului in absorbantul sarac, X0; temperatura de intrare a gazului impurificat: Tn+1, respectiv a absorbantului sarac: T0; presiunea de lucru in coloana de absorbtie. Algoritmul de calcul al coloanei de absorbtie are urmatoarele etape: Se determina debitele si concentratiile fluxurilor din coloana de absorbtie. Din datele initiale de proiectare se calculeaza debitul molar G0 si concentratiile Yn+1,Y1; Se calculeaza temperaturamedie pe coloana de absorbtie si la aceasta temperatura se obtin datele de echilibru pentru sistemul solut-absorbant. Se alege o concentratie Xn, astfel incat la determinarea numarului de talere teoretice prin metoda grafica sa rezulte un nr rezonabil de talere. Se calculeaza debitul molar L0 prin bilant material pe componentul solut, in jurul coloanei de absorbtie, conturul I din fig.1. Se verifica temperatura din baza coloanei prin bilant termic . In cazul in care aceasta nu se verifica , se reia calculul de la punctul 2;

1.

2.

3. 4.

5

5. Se calculeaza debitele partiale ale componemtilor din fiecare flux la intrarea si iesirea din coloana si concentratiile componentilor in fractii molare; 6. Se calculeaza diametrul si inaltimea coloanei de absorbtie, cu metodologia specifica tipului de dispozitive de contactare; 7. Se estimeaza pierderile la varful coloanei de absorbtie.

1.1 Proiectarea tehnologica a coloanei de absorbtieCalculul debitelor si concentratiilor fluxurilor din coloana de absorbtieDin datele de intrare se calculeaza debitul molar de gaz purificat: GT = =372.023 kmol/h

Cunoscand concentratia H2S in gazul bogat, respectiv a gazului purtator (metanul) se calculeaza debitul molar de H2S, respectv de metan:

Unde:

debitul de H2S la intrarea/iesirea din colona, kg/h; G0 debitul de gaz purtator, kmol/h; Se calculeaza raportul molar Yn+1:

Sau

Unde:

Yn+1,Y1 concentratiile solutului in gazul purtator, exprimate ca raport molar: kmol solut/kmol gaz purtator la intrarea, respectiv la iesirea din coloana;

6

Din relatia urmatoare de definitie a gradului de absorbtie se calculeaza raportul molar Y1: ( ( ) )

Concentratia H2S in absorbantul sarac se cunoaste din datele de proiectare X0=0.05 kmol h2S/kmol MEA, iar concentratiile Xn se alege astfel incat la determinarea numarului de talere teoretice prin metoda grafica rezulta un numar rezonabil de talere. Se considera: Xn=0.6 kmol H2S/kmol MEA. Debitul molar de absorbant L0 se calculeaza prin bilant material in jurul coloanei de absorbtie conturul I din figura1.

Unde:

G0 - debitul de gaz purtator, kmol/h; Yn+1,Y1 concentratiile solutului in gazul purtator, exprimate ca raport molar: kmol solut/kmol gaz purtator la intrarea, respectiv la iesirea din coloana; L0 debitul de absorbant (MEA), kmol/h; X0,Xn concentratiile solutului (H2S) in absorbant, exprimate ca raport molar: kmol solut/kmol absorbant la intrarea, respectiv iesirea din coloana.

Se calculeaza debitele partiale ale componentilor in fiecare flux la intrarea si iesirea din coloana si concentratiile componentilor in fractii molare.

7

Debite si concentratii in fluxul de gaz bogat la intrarea in coloana:G0=334.82 kmol/h=334.82 16=5357.12 kg/h

kg/h gaz total Unde: G0 - debitul de gaz purtator, kmol/h; debitul de H2S la intrarea/iesirea din colona, kg/h; GT debitul de gaz total

Debite si concentratii in fluxul de gaz sarac la iesirea din coloana:

Debite si concentratii in absorbantul sarac la intrarea in coloana:

Cunoscand concentratia solutiei de amina se poate calcula debitul de solutie apoasa de MEA:

8

Solutia apoasa de MEA este alcatuita din:3998.28 kg/h MEA si 266573998.28=22658.72kg/h apa=1258.81kg/h.

Unde:

-debitul solutiei de absorbant sarac, kg/h;

Debite si concentratii in absorbantul bogat la iesirea din coloana:

sau

9

1.2. BILANTUL TERMIC PE COLOANA DE ABSORBTIECu relatiile de mai jos se estimeaza temperatura T1, respectiv temperatura Tn T1=T0+5...10oC T1=32+10=42oC Tn=Tn+1+10...30oC Tn=25+27=52oC Temperatura Tn se verifica cu relatia de bilant termic, in care debitele fluxurilor implicate au fost calculate anterior, si anume:

(

)

Unde:

-debitul de H2Sabsorbit kg/h; Los -debitul solutiei de absorbant sarac, kg/h;

Caldura specifica medie izobara a gazului purtator (metan), se calculeaza cu relatia de mai jos, la temperatura medie aritmetica intre T1 si Tn+1:

Unde:

A, B, C, D constante specifice gazului purtator (metan) care sunt tabelate in literatura [7].2

10

2

Caldura specifica medie a solutiei de absorbant cpL0 se citeste din grafice din literatura [1], la temperatura medie aritmetica intre T0 si Tn. Se obtine: C Unde:

c p - cldura specific medie izobar a gazului purttor, kJ/kgC, careG0

se calculeaz cu relaii din literatur [2]; c p - cldura specific medie a soluie de absorbant srac, kJ/kgC,L0

care se citete din grafice de literatur [2]; Caldura de reactie a H2S cu MEA se citeste din tabele din literatura [1]. Se obtin: ( )

(

)

Valoarea temperaturii in baza coloanei de absorbtie obtinuta cu reltia de mai sus,este in buna concordanta cu valoarea presupusa Tn =52oC si deci calculul temperaturii Tn se considera incheiat. Se calculeaza temperatura medie pe coloana ca media aritmetica intrte T1 si Tn si se obtine Tm=47oC.

11

1.3. Determinarea numarului de talere teoretice din coloana de absorbtieNumarul de talere teoretice se determina prin metoda grafica simplificata si se parcurg urmatoarele etape: La temperatura medie pe coloana si pentru valori de X cuprinse intre X0 si Xn se citesc din grafice din literatura [1] valorile presiunii partiale H2S; Din legea lui Dalton se calculeaza fractiile molare ale H2S care apoi se trensforma in rapoarte molare Y, cu relatia:

Unde:

Yn+1,Y1 concentratiile solutului in gazul purtator, exprimate ca raport molar: kmol solut/kmol gaz purtator la intrarea, respectiv la iesirea din coloana;

Curba de echilibru Y-X se reprezinta in grafic semiloaritmic; Din calculele anterioare se fixeaza coordonatele punctelor prin care trece dreapta de operare: A(0.05; 0.00333); B(Xn; 0.1). Abscisa punctului B(Xn) se alege prin incercari succesiveastfel incat sa se obtina 2-3 talere teoretice. Se alege Xn=0.6 kmol H2S/kmol MEA; Pentru reprezentarea dreptei de operare in grafic semilogaritmic sunt necesare si alte puncte intermediare in afara punctelor extreme A si B. Inecuatia dreptei de operare se dau valori lui X intre X0 si Xn si se calculeaza valorile lui Y. Rezultatele sunt trecute in tabelul 1.; Se prezinta in acelasi grafic, in coordonatele Y-X, atat curba de echilibru cat si curba de operare si se duc orizontale si verticale pornind de la punctul B la punctul A. Numarul de orizontale prezinta necesarul de echilibre pentru absorbtia respectiva.

12

Tabelul 1. Calculul curbei de operare si curba de echilibru pentru coloana de absorbtie a H2S in solutie de MEA ) X Y= ( y= bar Y= kmol H2S/kmol Kmol H2S/kmol gaz fractii molare purtator MEA X0=0.05 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 Xn=0.6 3.17 10-5 1.6 10-4 6.78 10-4 1.73 10-3 5 10-3 8.3 10-2 1.49 10-2 3.17 10-5 1.6 10-4 6.78 10-4 1.73 10-3 5. 10-3 8.37 10-2 1.51 10-2 Y1=0.000333 0.00131 0.00327 0.0523 0.0718 0.0914 Yn=0.111

1.4. Dimensionarea coloanei de absorbtie1.4.1. Diametrul coloanei de absorbtie Coloana de absorbtie este prevazuta cu umplutura clasica, nestructurata (se aleg inele Raschig de ceramica, de dimensiuni 25253 mm cu caracteristici recomandate de literatura [1]). Pentru determinarea debitului volumic de gaz bogat este necesar calculul masei milare medii, cu relatia urmatoare: Densitatea fazei vapori la intrarea in coloana se calculeaza cu relatia:

(

)

13

Densitatea solutiei de MEA la iesirea din coloana se citeste din grafice din literatura [1] (se neglijeaza contributia H2S absorbit la densitatea solutiei de absorbant): =990kg/m3. Viscozitatea cinematica a solutiei de MEA se citeste din grafice din literatura [1], la temperatura din baza si se obtine: Viscozitatea dinamica solutiei de absorbant bogat se calculeaza cu relatia:

Calcului vitezei vic se face cu ajutorul relatiei lui Kafarov: ( )( )( ) ( ) ( )

(

)(

)( ( ) ( )

)

]

Unde:

vic=2.5 m/s Lg,Vg debitele masice de absorbant bogat, respectiv de gaz bogat; vi viteza de inecare a vaporilor, raportata la sectiunea libera a coloanei, lipsita de umplutura, in m/s; A constanta a carei valoare depinde de tipul sistemului de separat; -densitatea gazului bogat in conditii de temperatura la intrarea in coloana si la presiunea pe coloana, respectiv densitatea absorbantului bogat in conditiile de temperatura la iesirea din coloana, in kg/m3: a aria specifica a umpluturii, in m2/m3; -fractia de goluri a umpluturii, in m3/m3;14

-viscozitatea absorbantului lichid, in kg/ms; g acceleratia gravitationala. Din relatia urmatoare se calculeaza viteza reala a fazei vapori in sectiunea libera a coloanei:

Unde:

vr viteza reala a fazei vapori in sectiunea libera a coloanei (lipsita de umplutura) in m/s; FI factorul de inecare =0.5 ... 0.6 recomandata de literatura [7]; vi viteza de inecare a vaporilor, raportata la sectiunea libera a coloanei, lipsita de umplutura, in m/s;

Din relatia urmatoare se calculeaza diametrul coloanei de absorbtie:

1.4.2. Inaltimea coloanei de absorbtie Pentru determinarea inaltimii echivalente a talerului teoretic, se calculeaza viteza de masa a solutiei de absorbant bogat cu relatiile:

15

(

)

( Unde:

)

Lg viteza de masa a fazei lichide, kg/m2 s; dp diametrul nominal al umpluturii, m; viscozitatea fazei lichide, cP;

Sa se calculeze inaltimea de umplutura stiind ca numarul de talere teoretice este 3: ( )

Se cunoaste ca inaltimea unui tronson este de max 2.5 ... 3 m Pentru calculul inaltimii coloanei de absorbtie se alege: sTR=0.3 m; Iv=1 m; Ib=1.5m. ( Unde: )

NTR numarul de tronsoane de umplutura, se alege in functie de inaltime Iu si tinand cont de faptul ca inaltimea unui tronson trebuie sa fie 2.5 ... 3 m; Sr distanta intre tronson se alege 0.3 ... 0.5 m; Iv inaltimea de la stratul de umplutura la varful coloanei, se alege 0.75 ... 1 m: Ib inaltimea de la baza coloanei la stratul de umplutura, se alege 1 ... 1.5 m;

16

1.5. CALCULUL PIERDERILOR DE ABSORBANTLa varful coloanei de absorbtie au loc pierderi de absorbant datorita antrenarilor cu gaz inert. Aceste pierderi se calculeaza cu relatia se mai jos. Debitul molar de gaz purificat de la varful coloanei de absorbtie, precum si fractiile molare ale apei si MEA in amestecul absorbant sunt calculate anterior.

( Unde:

)

Lp reprezinta debitul molar de absorbant pierdut pe la varful coloanei de absorbtie; G1 debitul de gaz purificat la varful coloanei de absorbtie, kmol/h; xi fractia molara a componentului i din amestecul absorbant; Ki constanta de echlibru a componentului i din amestecul absorbant la temperatura si presiunea de la varful coloanei. Constantele de echilibru ale apei si MEA in amestecul absorbant la temperatura si presiunea de la varful coloanei s-au citit din graficele din anexele 1 si 2. Fractiile molare fara vapori care se calculeaza cu relatia:

Unde:

yapa;yamina fractiile molare in faza vapori;

Pierderile din fiecare component al absorbantului sarac se calculeaza cu relatiile: ( ( ) )

17

(

)

(

)

18

CAP. 2. PROIECTAREA TEHNOLOGICA A COLOANEI DE DESORBTIERealizarea unui anumit grad de stripare a gazului acid din solutia de absorbant bogat ce alimenteaza coloana de desorbtie, pentru un debit de abur de stripare dat, necesita un numar de talere sau un strat de umplutura de o anumita inaltime. Calculul acestora se face in functie de numarul de talere teoretice. Se aplica pentru determinarea numarului de talere teoretice tot metoda grafica simplificata, dar datele de echilibru ale sistemului studiat se obtin la temperaturii medii mai mari, specifice operatiei de desorbtie. In practica industriala, striparea gazelor acide (si in special H2S) se face cu abur indirect folosind un refierbator. Aburul de stripare care paraseste coloana pe la varf se condenseaza si se reantoarce in coloana ca reflux. In acest caz, fluxurile si caoncentratiile lor sunt cele simbolizate in figura 3.

Figura 3. Fluxurile si concentratiile lor in coloana de stripare

19

In figura 2 semnificatia simbolurilor este: L0 debitul solutiei de absorbant, kmol/h; LR refluxul, concentrat in apa, kmol/h; Xn concentratia solutului (H2S sau Co2) in absorbantul bogat, kmol solut/kmol MEA; X0 concentratia H2S/CO2 in absorbant sarac, kmol solut/kmolMEA; Yb concentratia solutului (H2S sau CO2) in abur la iesirea din refierbator, kmol solut/kmol abur; Yv concentratia solutului (H2S sau CO2) in abur la iesirea din coloana, kmol solut/kmol abur. Datele initiale necesare calculului de proiectare a coloanei de desorbtie sunt: debitul de alimentare cu absorbant bogat si concentratia solutului (H2S sau CO2) in absorbant Xn (de la coloana de absorbtie) gradul de stripare sau concentratia solutului in solutia stripata; concentratia solutului in absorbantul sarac, X0; temperatura in baza coloanei TB (aleasa in functie de indicatiile din literatura [1.3]); temperatura refluxului TR (aleasa in functie de indicatiile lin literatura [1]); temperatura de intrare Tf a absorbantului bogat in coloana, egala cu temperatura de iesire dupa schimbul de caldura cu absorbantul sarac de la baza coloanei de desorbtie se estimeaza comform literaturii [1]; ratia de reflux[1-3]; presiunea in varful si la baza coloanei de desorbtie. Algoritmul de calcul al coloanei de desorbtie are urmatoarele etape: se determina temperatura la varful coloanei, se efectueaza bilantul termic pe coloana si se calculeaza debitul de vapori de stripare, precum si consumul de abur la refierbator; se calculeaza temperatura medie pe coloana de desorbtie si la aceasta temperatura se obtin datele de echilibru pentru sistemul solut-absorbant; se determina diametrul si inaltimea coloanei cu netodologia specifica tipului de dispozitive de contactare (talere sau umplutura).

20

2.1 Bilantul termic si regimul de temperaturiPentru determinarea temperaturii la varful coloanei de desorbtie se pleaca de la faptul ca in conditii de echilibru, presiunea partiala a aburului (componentul majoritar la varful coloanei) este egala cu presiunea de vapori a apei. Presiunea partiala a solutului (pH2S/CO2) se obtine din legea lui Dalton:

Unde:

Pv presiunea la varful coloanei de desorbtie, bar; -presiunea de vapori a apei la temperatura de varf, care se calculeaza cu relatia lui Antoine:

Unde:

A,B,C reprezinta constantele lui Antoine pentru apa; yabur fractia molara de abur calculata cu relatia:

Unde:

GR debitul de H2S absorbit, kmol/h; R ratia de reflux; LR debitul de reflux, calculat cu relatia:

21

Temperatura de intrare Tf a absorbantului bogat in coloana este egala cu temperatura de iesire dupa schimbul de caldura cu absorbantul sarac de la baza coloanei de desorbtie, se alege Tf=80 oC. Temperatura medie pe coloana se calculeaza ca media aritmetica intre temperatura de varf si temperatura de baza:

Presiunea medie se calculeaza ca media aritmetica intre presiunea din varf si presiunea din baza:

Se calculeaza sarcina termica a refierbatorului cu relatia: ( ( ) ) ( ( ) )

Unde:

-entalpia vaporilor de apa la temperatura Tv=96 oC s-a citit din tabelele din literatura [7], kj/kg; -entalpia refluxului la temperatura TR=60 oC, s-a citit din tabelele din literatura [7], kj/kg; -se citeste din graficele din literatura [1] in functie de temperatura medie aritmetica intre Tb si TR si concentratia solutiei de MEA; -se citeste din tabelele din literatura [1] in functie de tipul absorbantului.

Debitele masice ale fluxurilor implicate in relatia de mai jos, se calculeaza . Fractia molara a apei in vaporii VB la echilibru cu solutia apoasa de amina se determina astfel: pentru o solutie care contine 12.2% masa amina si 87.8% masa apa se citeste din grafice din literatura [1] compozitia apei in faza vapori si se obtine 99% masa. Se transforma compozitia fazei vapori din % masa in fractii molare si se gaseste y=0.997 fractii molare apa.

22

( ( Unde: ) (

) )

-caldura latenta de vaporizare a apei la temperatura TB, kj/kg [7]; -caldura latenta de vaporizare a aminei la temperatura TB, kj/kg, din grafice din literatura [1].

2.2. Determinarea numarului de talere teoretice din coloana de desorbtieNumarul de talere teoretice se determina prin metoda grafica simplificata [1] bazata pe curba de echilibru pentru sistemele gaz acid-amina la temperatura si presiunea medie pe coloana, si pe dreapta de operare. Curba de echilibru Y-X se calculeaza pornind de la valorile presiunii partiale H2S citite din graficele din literatura [1] pentru diferite valori de X si la temperatura medie pe coloana de desorbtie Tm=105 oC. Dreapta de operare trece prin punctele definite de concentratiile fluxurilor in contracurent la extremitatile zonei de desorbtie din coloana, si anume punctul A (Xn,Yf) si punctul B (X1,Yb). Concentratia Yf se calculeaza cu relatia:

23

Concentratia Yb se citeste din curba de echilibru Y-X, la valoarea lui X0=0.05 kmol H2S/kmol MEA. Se obtine: Y=0.0023 kmol H2S/kmol abur. Concentratia X1 se calculeaza cu relatia:

Pentru reprezentarea curbei de operare sunt necesare si alte puncte intermediare in afara punctelor extreme A si B. Calculul lor se face cu cu ecuatia dreptei de operare, dand valori lui X intre X1 si Xn. In cazul punctelor intermediare ale curbei de operare se tine seama ca in zona de stripare, debitul de valori V scade liniar intre VB si V0. Din aceste considerente trebuie reprezentata grafic variatia debitului de vapori cu concentratia X [1]. Se reprezinta in acelasi grafic, in coordonate Y-X, atat curba de echilibru cat si dreapta de operare si se duc orizontale si verticale pornind de la punctul B la punctul A. Numarul de orizontale reprezinta necesarul de echilibre pentru desorbtia respectiva. Rezultatele sunt prezentate in tabelul 2. ( )

Tabelul 2. Calculul curbei de operare pentru coloana de desorbtie a H2S din solutia de MEA 15% X Y y= bar Y= Kmol H2S/kmol Kmol H2S/kmol fractii molare MEA abur X1=0.063 Yb=0.0045 1.43 1.45 0.1 0.0144 0.2 0.043 0.3 0.071 0.4 0.0998 0.5 0.128 Xn=0.6 0.157

24

Se reprezinta in acelasi grafic, in coordonate Y-X, atat curba de echilibru cat si curba de operare si se duc orizontale si verticale pornind de la punctul B la punctul A. Numarul de orizontale se reprezinta necesarul de echilibre pentru absorbtia respectiva si s-a obtinut 2.5 talere teoretice (figura 5).

2.3. Diametrul coloanei de desorbtieColoana de desorbtie este prevazuta tot cu umplutura clasica, nestructurata, de acelasi tip ca la coloana de absorbtie. Calculul diametrului se face atat in zona superioara cat si in cea inferioara a coloanei de desorbtie.

2.3.1. Calculul diametrului in zona supoerioara Sarcina maxima de vapori in zona superioara este:

Masa molara medie a vaporilor se calculeaza cu relatia: ( ) ( )

Debitul masic de vapori este:

25

Densitatea vaporilor se calculeaza cu relatia:

(

)

Aplicant legea generala a gazelor se calculeaza debitul volumic de vapori:

Debitul maxim de lichid la varful coloanei este:

Densitatea solutiei de absorbant, la temperatura Tf este: =965 kg/m3, citita din grafice din literatura [1]. Viscozitatea solutiei de absorbant, citita din tabele din literatura [1], este: =0.3088 10-3 kg/ms. Calculul vitezei vic se face cu ajutorul relatiei lui Kafarov: ( )( )( ) ( ) ( )

(

)(

)( ( ) (

) )

]

Cu relatia de mai jos se calculeaza viteza reala a fazei vapori in sectiunea libera a coloanei, pentru un factor de inecare FI=0.5: vr=FI vic vr=0.5 1.0805=0.540 m/s26

Se calculeaza diametrul coloanei de stripare in zona superioara, cu relatia:

2.3.2. Calculul diametrului in zona inferioara Sarcina maxima de vapori in zona inferioara este:

Densitatea vaporilor se obtine din literatura [7] la temperatura din baza, considerand ca vaporii sunt alcatuiti numai din abur: =0.965 kg/m3. Aplicand legea generala a gazelor se calculeaza debitul volumic de vapori:

Debitul maxim de lichid este:

Densitatea solutiei de MEA 12.2% masa, la temperatura din baza este: =940.4 kg/m3 [1]. Viscozitatea dinamica a solutiei de MEA 12.2% masa, la temperatura sin baza este: =0.25667 10-3 kg/ms [1]. Calculul vitezei vic se face cu ajutorul relatiei lui Kafarov:

27

(

)( )(

)

(

) ( )

(

)(

)( ( ) ( )

)

]

Calculul diametrului coloanei de desorbtie in zona inferioara se calculeaza cu relatia:

Deoarece diferenta intre diametrul zonei superioare si cel al zonei inferioare nu este mai mare de 0.2 m, intreaga coloana se construieste cu diametrul zonei inferioare.

2.4. Calculul schimbului termic absorbant sarac-absorbant bogatAbsorbantul sarac iese din refierbatorul coloanei de stripare cu temperatura Tb si trebuie sa intre varful coloanei de absorbtie cu temperatura T0=32 oC. Se impune un schimb de caldura intre absorbantul bogat care iese de la baza coloanei de absorbtie cu temperatura Tn =52 oC si care trebuie sa intre ca flux de alimentare

28

in coloana de stripare la temperatura Tf=80 oC si absorbantul regeberat care iese din refierbator cu temperatura de 115 oC. Temperatura care iese absorbantul regenerat din schimbul de caldura se presupune ca fiind Tx=89 oC si se verifica cu relatia: ( ) ( )

Caldura specifica medie a solutiei de absorbant se citeste din grafice din literatura la temperatura medie aritmetica a temperaturii respective [1]. Temperatura Tx=89 oC presupusa s-a verificat deoarece relatia s-a verificat in limita unei erori impuse (