Принципы расчета процесса гликолевой осушки газа

Абсорбция. Перед расчетом абсорбции на установках гликолевой осушки газа должны быть заданы: производительность установки G_г , относительная плотность осушаемого газа r и содержание солей в растворе абсорбента С, требуемая точка росы осушенного газа t_о.р., давление газа Р_г, температура газа t_г, средняя температура контакта при абсорбции t_а , принятый абсорбент. Целью расчета является определение необходимого количества абсорбента и числа теоретических и практических тарелок в абсорбере, а также геометрических размеров абсорбера (диаметр и высота).

Порядок технологического расчета абсорбера следующий:

1. По рис. 5.1 с учетом относительной плотности осушаемого газа r и содержания солей в растворе абсорбента С определяют при давлении газа Р_г и температурах газа t_г и требуемой точки росы осушенного газа t_о.р влажность газа на входе в абсорбер W_г и на выходе из него W_о._г.

2. Определяют количество влаги, удаленной из газа в абсорбере:

W_а = W_{г -} W_о._г (5.4)

W_аG = W_{а -} G_г (5.5)

3. По рис. 5.3 определяют масовую концентрацию регенерированного абсорбента Х_р при средней температуре контакта t_а и требуемой точке росы осушенного газа t_о.р. Массовая концентрация насыщенного абсорбента Х_н выбирается исходя из практических соображений, а затем проверяется по расчету регенерации абсорбента (Х_н » 96% масс.).

4. Для построения рабочей линии в абсорбере рассчитывают относительные мольные концентрации:

а) воды в регенерированном абсорбенте

Х¢_р = , (5.6)

где М_глик - молекулярная масса гликоля.

б) воды в насыщенном абсорбенте

Х¢_н = , (5.7)

в) воды в газе на входе в абсорбер

У¢_г = =1,24 × W_г , (5.8)

г) воды в газе на выходе из абсорбера

У¢_о.г = =1,24 × _Wо.г , (5.9)

На основании этих расчетов определяют координаты рабочей линии: точка А(Х¢_р, У¢_о.г) и точка В (Х¢_н, У¢_г).

5. По уравнению материального баланса рассчитывают необходимое количество регенерированного абсорбента и кратность циркуляции абсорбента l:

L = , (5.10)

L_g = L × M_глик , (5.11)

l = L_g/W_AG (5.12)

6. Для построения кривой равновесия произвольно задаются рядом концентраций абсорбента Х, охватывающих имеющиеся концентрации от Х_р до Х_н, а также определяют относительные мольные концентрации воды в абсорбенте Х¢ (п.4а); точки росы газа для принятых концентраций Х и средней температуре контакта t_а (рис. 5.3); влагосодержание газа (п.1) и относительные мольные концентрации воды в газе У¢ (п.4в).

7. В координатах Х¢ - У¢ строят рабочую линию АВ, линию равновесия и ступенчатую линию (рис.5.4) По ступенчатой линии определяют число теоретических тарелок в абсорбере n (для рис. 5.4 n=4).

8. Определяют число практических тарелок n_р в абсорбере по формуле:

n_р = , (5.13)

где h - к.п.д. тарелок (h = 0,25-0,40)

9. Определяется диаметр абсорбера по методике, изложенной в разделе 4.2.5.

10. Определяется высота абсорбера по методике, также изложенной в разделе 4.2.5.

Десорбция. Перед расчетом десорбции на установках гликолевой осушки газа должны быть заданы: производительность десорбера по насыщенному абсорбенту G_а (кг/ч); массовые концентрации ненасыщенного (Х_н) и регенерированного (Х_р) абсорбента, взятые из расчета абсорбера;

Целью расчета является определение необходимого количества десорбирующего агента ( или тепла, подводимого через рибойлер в куб десорбера) и числа теоретических и практических тарелок в десорбере, а также геометрических размеров десорбера (диаметр и высота).

Порядок технологического расчета десорбера следующий:

1. Строят кривую равновесия аналогично п.6 расчета абсорбера.

2. Определяют относительные мольные концентрации воды в регенерированном (Х¢_р) и в ненасыщенном (Х¢_н) абсорбентах аналогично п.4 а,б для расчета абсорбера.

3. Задаются мольной концентрацией воды (У¢_g) в десорбированном продукте, выходящем с верха десорбера. С небольшим приближением для укрупненных технологических расчетов можно принять У¢_g = 1,0.

4. Рассчитывают мольную концентрацию воды (У¢_g) в продукте, поступающем из рибойлера в куб десорбера, по формуле:

У¢₀ = К × Х¢_р , (5.14)

где К - константа фазового равновесия воды в растворе гликоля.

С небольшим приближением можно считать, что К = 5-10 при условиях

в кубе десорбера.

5. На основании п.п 2-4 определяют координаты рабочей линии: точка А(Х¢_н, У¢_g) и точка В (Х¢_р, У¢₀). Рабочая линия необходима для определения числа теоретических тарелок в десорбере. Количеством теоретических тарелок n в десорбере можно задать из практических данных: обычно n составляет 3-5 штук.

6. Определяют расход десорбирующего агента g (G,G_g) по формулам:

g = , моль/моль, (5.15)

G = ; моль/ч, (5.16)

G_g = 18, кг/ч (5.17)

В формуле (5.20) условно принято, что десорбирующий агент состоит только из паров воды с молекулярной массой 18.

7. Составляют тепловой баланс десорбера, по которому определяют количество тепла, подводимого в десорбер в рибойлере.

8. Определяют количество практических тарелок в десорбере по формуле (5.13).

9. Определяют диаметр абсорбера по методике, изложенной в разделе 4.2.5 и принимая W_доп = 0,4-0,8 м/с.

10. Определяют высоту абсорбера по методике, изложенной в разделе 4.2.5.