Карбону (IV) гарячим розчином поташу
Д3 розрахунОк очищення газу від оксиду
Мета роботи: розрахунок в середовищі Excel матеріальних потоків, теплового балансу і апаратурного оформлення хемосорбційного процесу.
Водні розчини поташу (K2CO3 – карбонату калію), активовані різними добавками, широко застосовуються для очищення газів від двооксиду вуглецю. В імпортних схемах очищення абсорбентом є розчин поташу, що містить диетаноламін (ДЕА), інгібітор корозії – оксид ванадію (V) та засоби проти спінювання розчину (різні силіконові масла).
Взаємодія розчину K2CO3 і CO2 протікає за реакцією:
K2CO3 + H2O + CO2 ↔ 2KHCO3 + Q.
Додавання ДЕА у поташний розчин дозволяє значно знизити рівноважний тиск CO2 над розчином за малих ступенів його карбонізації (в умовах верхньої частини абсорбера), тобто досягти більш тонкого очищення, а також збільшити швидкість абсорбції CO2 гарячим (70 – 100оС) розчином карбонату калію в 1,5–2 рази в порівнянні з чистим розчином K2CO3 і за високих ступенів карбонізації розчину (тобто в нижній частині абсорбера). Рівняння взаємодії оксиду вуглецю (IV) з ДЕА:
2R2NH + H2O + CO2 ↔ (R2NH2)2CO3,
(R2NH2)2CO3 + H2O + CO2 ↔ 2R2NH2HCO3,
де R – СН2СН2ОН.
Температура розчину в абсорбері не повинна перевищувати температури його кипіння за атмосферного тиску. Максимальна концентрація розчину поташу вибирається таким чином, щоб зменшити об’єм циркулюючого розчину та уникнути випадіння осаду, тому гранична концентрація поташу в робочому розчині повинна бути не більше 40% (реально до 30%).
Нижче надано схему матеріальних потоків в насадковому абсорбері.
1 Матеріальний розрахунок
Вихідні дані:
Продуктивність за аміаком, т/добу: R0 = 1360.
Склад неочищеного конвертованого газу, % об. наведений в табл.1 :
Таблиця 1 - Склад неочищеного конвертованого газу
| C0(CO2) | 17,36 |
| C0(CO) | 0,5 |
| C0(H2) | 61,64 |
| C0(CH4) | 0,3 |
| C0(N2) | 19,95 |
| C0(Ar) | 0,25 |
Вміст CO2 в очищеному конвертованому газі, % об., після:
· грубого очищення: C(CO2) =1,7;
· тонкого очищення: C'(CO2) = 0,1.
Тиск процесу: Р = 27,9 атм.
Масова частка К2СО3 в розчині, %: w(K2CO3) = 25.
Ступінь карбонізації розчину К2СО3, кмоль/кмоль:
· тонке очищення: вхід: X1' = 0,288; вихід: X2' = 0,472;
· грубе очищення: вхід: X1 = 0,472; вихід: X2 = 0,908.
Температура розчину, К, на вході:
· тонкого очищення: T’0 = 343;
· грубого очищення: T”0 = 378.
Густина розчину, кг/м3: ρ(К2СО3) = 1225.
Розчинність малорозчинних компонентів газової суміші за нормальних умов, м3газу/м3розчину, наведена в табл.2.
Таблиця 2 - Розчинність і-того компоненту за нормальних умов
| R(СО) | 0,0165 |
| R(Н2) | 0,0153 |
| R(СН4) | 0,02369 |
| R(N2) | 0,011 |
| R(Ar) | 0,0252 |
Попередні розрахунки:
Молярну концентрацію К2СО3 в водному розчині, кмоль/м3, розрахувати наступним чином:
, (1)
де 
– молярна маса К2СО3, кг/кмоль. (М = 138)
.
Густини газів за нормальних умов, кг/м3:
, (2)
де 
– молярна маса газу, кг/кмоль;
– молярний об’єм газу, м3/кмоль.
Таблиця 3 – Результати розрахунку густини газів за нормальних умов
| ρ(CO2) | |
| ρ(CO) | |
| ρ(H2) | |
| ρ(CH4) | |
| ρ(N2) | |
| ρ(Ar) |
Витрата азоту, необхідного для забезпечення заданої продуктивності за аміаком, м3/добу:
, (3)
де 
– коефіцієнт, що враховує технологічні втрати газу, К=1,1.
.
Витрата вихідного газу, м3/год:
; (4)
.