partea i aspecte teoretice final

7/29/2019 Partea I Aspecte Teoretice FINAL

1/22

Proiectarea instalaiilor. Aspecte teoretice

7

AASSPPEECCTTEE TTEEOORREETTIICCEE PPRRIIVVIINNDD PPRROOIIEECCTTAARREEAATTEEHHNNOOLLOOGGIICCAA AA IINNSSTTAALLAAIIIILLOORRDDEE EELLIIMMIINNAARREEAA GGAAZZEELLOORRAACCIIDDEE PPRRIINN AABBSSOORRBBIIEE NN SSOOLLUUIIII

AAPPOOAASSEE DDEE AAMMIINNEEn acest capitol se prezint aspectele teoretice care stau la baza proiectriitehnologice a instalaiilor de eliminare a hidrogenului sulfurat saudioxidului de carbon din fluxuri de gaze prin absorbie n soluii apoase demonoetilenamin (MEA) sau dietanolamin (DEA).Schema tehnologic a instalaiei clasice de eliminare a gazelor acide este

prezentat n figura 1.1.

1-absorber, 2- rcitorsuplimentar, 3-schimbtor de cldur ntre soluia bogat i srac de amin,4-regenerator, 5- refierbtor, 6-condensator, 7-vas de reflux, 8-vas de completare cu absorbant

Figura 1.1. Schema tehnologic a procedeului clasic Girbotol[1-3] .


2/22

Partea I-a

8

Proiectarea tehnologic se refer la determinarea numrului de talereteoretice necesare absorbiei i respectiv desorbiei hidrogenului sulfuratsau dioxidului de carbon, la calculul diametrelor i nlimilorcoloanelor1i 4 din figura 1.1. n final se estimeaz necesarul de ageni termici pentruaparatele de schimb de cldur din instalaie.

11..11..11 PPrrooiieeccttaarreeaa tteehhnnoollooggiicc aa ccoollooaanneeii ddee aabbssoorrbbiiee

Operaia de absorbie are rolul de elimina din fluxul de gaz impurificat,

hidrogenul sulfurat/dioxidul de carbon folosind ca absorbant soluie apoasde monoetamolamin (MEA) sau dietanolamin (DEA) de diferiteconcentraii.Fluxurile i simbolurile mrimilor specifice calculului de proiectare acoloanei de absorbie sunt prezentate n figura 1.2.

Figura 1.2. Fluxurilei simbolurilemrimilor specifice coloanei de absorbie


3/22


9

n figura 1.2 semnificaia simbolurilor este:

G0 - debitul de gaz purttor, kmoli/h;L0 - debitul de absorbant (MEA sauDEA), kmoli/h;Yn+1, Y1 - concentraiile solutului (H2Ssau CO2) n gazul purttor,

exprimate ca raport molar: kmoli solut/kmol gaz purttor laintrarea, respectiv la ieirea din coloan;

Xo, Xn - concentraiile solutului (H2Ssau CO2) n absorbant,exprimate ca raport molar: kmoli solut/kmol absorbant laintrarea, respectiv la ieirea din coloan;

Tn+1, T1 - temperaturile fluxului de gaz la intrarea, respectiv la ieirea

din coloan;T0, Tn - temperaturile fluxului de absorbant la intrarea, respectiv la

ieirea din coloana de absorbie.

Datele iniiale necesare calculului de proiectare a coloanei de absorbiesunt:- debitul de alimentare cu gaz impurificat, precum i concentraia gazuluiacid (solutului). Deoarece gazul impurificat este un amestec dehidrocarburi, este necesar specificarea compoziiei acestuia. n unele

cazuri, se poate asimila amestecul de hidrocarburi care alctuiesc gazulpurttor, cu o singur hidrocarbur;- gradul de absorbie sau concentraia solutului n gazul purificat;-tipul absorbantului i concentraia aminei n soluie;- concentraia solutului (H2Ssau CO2) n absorbantul srac,Xo;- temperatura de intrare a gazului impurificat: Tn+1, respectiv aabsorbantului srac (dup rcitorul suplimentar2 din figura 1.1): T0;- presiunea de lucru n coloana de absorbie.

Algoritmul de calcul al coloanei de absorbie are urmtoarele etape:1) se determin debitele i concentraiile fluxurilor din coloana deabsorbie. Din datele iniiale de proiectare se calculeaz debitul molarG0iconcentraiile Yn+1, Y1 (ca rapoarte molare);2) se calculeaz temperatura medie pe coloana de absorbie i la aceasttemperatur se obin datele de echilibru pentru sistemul solut-absorbant. Sese alege o concentraieXn astfel nct la determinarea numrului de talereteoretice prin metoda grafic s rezulte un numr rezonabil de talere.


4/22

Partea I-a

10

3) se calculeaz debitul molarL0prin bilan materialpe componentul solut,n jurul coloanei de absorbie (conturul I ) din figura 1.2.

non XLYGXLYG 010010 (1.1)

0

1100

XX

YYGL

n

n (1.2)

4) se verific temperatura din baza coloanei prin bilan termic. n cazul ncare aceasta nu se verific, se reia calculul de la punctul 2;5) se calculeaz debitele pariale ale componenilor din fiecare flux la

intrarea i ieirea din coloan i concentraiile componenilor n fraciimolare;6) se calculeaz diametrul i nlimea coloanei de absorbie, cumetodologia specific tipului de dispozitive de contactare (talere sauumplutur);7) se estimeaz pierderile de absorbant la vrful coloanei de absorbie.

Pentru etapele 2, 4, 6, 7, se prezint n continuare cteva aspecte teoretice.

DDeetteerrmmiinnaarreeaa nnuummrruulluuii ddeettaalleerreetteeoorreettiicceeddiinn ccoollooaannaa ddeeaabbssoorrbbiiee

Numrul de talere teoretice se determin prin metoda grafic simplificat[1, 4...6] bazat pe curba de echilibru specific sistemului solut-absorbant i

pe dreapta de operare.Datele de echilibru Y-Xse obin din tabele sau grafice din literatur [1, 3],la temperatura medie pe coloana de absorbie.Dreapta de operare trece prin punctele definite de concentraiile fluxurilorn contracurent la extremitile coloanei i anume punctul A (Xo, Y1) i

punctul B (Xn, Yn+1). Dac n datele iniiale de proiectare nu se specificvaloarea raiei de absorbant, atunci concentraiaXnse alege astfel nct srezulte un numr rezonabil de talere teoretice. n situaia n care, valorile Yvariaz pe un domeniu foarte mare, i reprezentarea grafic n coordonaterectangulare este dificil, se apeleaz la graficul semilogaritmic, dar se inecont de faptul c dreapta de operare devine o curb de operare [1]. Pentrureprezentarea dreptei de operare sunt necesare i alte puncte intermediare nafara punctelor extreme Ai B. Calculul lor se face cu ecuaia dreptei deoperare (1.3) dnd valori luiXntreX0iXn.


5/22


11

1

0

0 )( nn YXX

G

LY (1.3)

Se reprezint n acelai grafic, n coordonate Y-X, att curba de echilibru cti dreapta (sau curba) de operare i se duc orizontale i verticale pornind dela punctul B la punctul A. Numrul de orizontale reprezint necesarul deechilibre pentru absorbia respectiv.

BBiillaannuull tteerrmmiicc ppeeccoollooaannaa ddeeaabbssoorrbbiiee

Din datele iniiale de proiectare se cunoate temperatura de intrare agazului mpurificat, Tn+1, respectiv a absorbantului srac, T0.n funcie de acestea, i pe baza indicaiilor din literatur [1], se estimeaztemperatura la vrful coloanei, 1T , respectiv temperatura la baza coloanei,

nT , astfel:

0

1 5...10oT T C; (1.4)

CTT nn0

1 30..10 . (1.5)

n scopul verificrii temperaturii Tn din baza coloanei de absorbie, seefectueaz un bilanul termic pe conturul I din figura 1.2, conformurmtoarei relaii:

nn

nn

T

LS

TRTT

G

T

LS

TnT

G

n

hLhGHGHG

hLHGHG

0

11

0

0

0

11

0

0

11

0

0

11

0

(1.6)

unde: 10

1

0 ,GGn reprezint debitul de gaz purttor la

intrarea/ieirea dincoloan, kg/h;1

0

1

0,

T

G

T

G HHn - entalpia n faz vapori a gazului purttor la

temperatura Tn+1, respectiv T1, kJ/kg;11

, GGn - debitul de H2S sau CO2 la intrarea/ieirea din

coloan, kg/h;


6/22

Partea I-a

12

11 ,TT HH n - entalpia n faz vapori aH2Ssau CO2 la

temperatura Tn+1, respectiv T1, kJ/kg;SL0 - debitul soluiei de absorbant srac, kg/h;

nT

L

T

Lhh

0

0

0

, - entalpia n faz lichid a absorbantului la

temperatura T0,respectiv Tn, kJ/kg;RG - debitul deH2Ssau CO2 absorbit, kg/h;nTh -entalpia n faz lichid aH2Ssau CO2 absorbit la

temperatura Tn, kJ/kg.

Considernd c att gazul purttor ct i soluia de absorbant au aceeaicompoziie la intrarea i ieirea din coloan, bilanul termic (1.6) se poatescrie:

)()( 11000

1

0

1

0 np

T

G

T

G TTcGHHG Gn (1.7)

0 0 00

0 0 0( ) ( )

T T

s L L s p nn

LL h h L c T T (1.8)

unde: 0Gpc reprezint cldura specific medie izobar a gazuluipurttor, kJ/kgC, care se calculeaz cu relaii dinliteratur [7];

0pLc - cldura specific medie a soluiei de absorbant,

kJ/kgC, care se citete din grafice din literatur [1, 3].

De asemenea, innd seama de cldura de reacie RH [1, 3] i de faptul c

debitul 1G este foarte mic i se poate neglija, relaia (1.6) se reduce la

forma:

0 1 1 0 00 0( ) ( )R R p n s p nG LG H G c T T L c T T (1.9)

Din relaia (1.9) se obine:

0 0 0 1 1

0

0 0

0

( )R

R s p p n

n b

s p

L G

L

G H L c T G c T T T T

L c(1.10)


7/22


13

Dac valoarea temperaturii n baza coloanei de absorbieobinut cu relaia(1.10) este n bun concordan cu valoarea presupus cu relaia (1.5), nlimita unei erori acceptabile, atunci se consider calculul de la punctul 4ncheiat i se pot parcurge urmtoarele etape.

DDiimmeennssiioonnaarreeaa ccoollooaanneeii ddeeaabbssoorrbbiiee

Coloana de absorbie poate fiprevzut cu umplutur clasic, nestructurat(de exemplu: inele Raschig de ceramic) sau poate fi echipat cu talere (deexemplu: talere cu supape de tip Glitsch).

Metodologia de calcul a diametrului va ine seama de tipul dispozitivelorde contactare, dup cum urmeaz:

Pentru calculul diametrului pentru o coloana de absorbie echipat cuumplutur clasic, nestructurat se apeleaz la ecuaia continuitiivolumice aplicat fazei gazoase la intrarea n coloan:

4

2c

rcr

DvAvV (1.11)

unde: V reprezint debitul volumic de gaz impurificat, m3/s;vr - viteza real a fazei vapori n seciunea liber a

coloanei (lipsit de umplutur), m/s. Se calculeaz curelaia:

icr vFIv (1.12)

vc - viteza de necare a fazei vapori n m/s ;

F - factor de necare. Literatura recomand valori de 0,5-0,6 [1, 6, 8];

Ac - aria seciunii transversale a coloanei, m2;

Dc - diametrul coloanei, m.

Deci, calculul coloanei de absorbie cu umplutur se rezum de fapt lacalculul vitezei vc. Acest calcul se poate efectua cu ajutorul relaiei luiKafarov [1, 6, 8]:


8/22

Partea I-a

14

8/14/1

16,03

3

2

75,110lgl

v

g

g

l

l

vi

V

LA

g

av(1.13)

unde:gg

VL , reprezint debitele masice de absorbant bogat,

respectiv de gaz bogat;

iv - viteza de necare a vaporilor, raportat laseciunea liber a coloanei, lipsit de umplutur,m/s;

A - constant a crei valoare depinde de tipul

sistemului de separat.Pentru absorbie: A=0,22 [6].

lv , - densitatea gazului bogat n condiiile detemperatur la intrarea n coloan i la presiuneade lucru n coloan, respectiv densitateaabsorbantului bogat n condiiile de temperaturla ieirea din coloan, n kg/m3. Densitateasoluiilor de absorbant se citete din grafice sautabele din literatur [1, 3];

a - aria specific a umpluturii, m2

/m3

.;- fracia de goluri a umpluturii, m3/m3. Ariaspecific i fracia de goluri se obin din literaturn funcie de caracteristicile umpluturii [1, 2, 6];

g - acceleraia gravitaional, m/s2.

l - viscozitatea soluiei de absorbant bogat, kg/m s.Se calculeaz cu relaia (1.14):

ll (1.14)

- viscozitatea cinematic a soluiei de absorbant.Se citete din grafice din literatur [1, 3] latemperatura din baz.

nalimea coloanei de absorbie prevzut cu umplutur clasic,nestructurat se calculeaz cu relaia [8]:

bvTRTRUC IIsNII 1 (1.15)


9/22


15

unde: IC reprezint nlimea coloanei, m;IU - nlimea umpluturii, m. Se calculeaz cu relaia:

IETTNI TTU (1.16)sau

IUTNUTIU (1.17)

NTT - numrul de talere teoretice din coloan;IETT - nlimea echivalent a talerului teoretic. n literatur

exist cteva relaii empirice de calcul aIETTi suntpublicate numeroase date practice referitoare la

absorbiaH2Ssau CO2 n solutii apoase de diferiteamine [1-3, 9];

NUT - numrul de uniti de transfer (raportat la faza gazoassau la faza lichid);

IUT - nlimea unitii de transfer (raportat la faza gazoassau la faza lichid). Aceste dou mrimi se calculeaz nfuncie de rezistena la transferul de mas, de factoriicare controleaz viteza global de transfer de mas,de tipul sistemului (poziia dreptei sau curbei de

echilibru fat de dreapta de operare, concentraiasolutului etc) i de alte mrimi.Complexitatea absorbiei cu reacie chimic reversibilface i mai dificil de obinut valorile mrimilorNUT,

IUTsau IETT;NTR - numrul de tronsoane de umplutur;

TRs - distana ntre tronsoane;Iv - nlimea de la stratul de umplutur la vrful coloanei,

se alege 0,75-1 m [8];

Ib - nlimea de la baza coloanei la stratul de umplutur, sealege 1-1,5m [8].

Pentru estimarea nalimii coloanelor clasice de absorbie se recomand, pebaza experienelor practice, s se utilizeze 12 m de umplutur, mprit ndou sau trei tronsoane prevzute cu talere perforate pentru redistribuirealichidului [1, 3].Pentru calculul diametrului unei coloane de absorbie echipat cu talere cusupapeconform metodologiei Glitsch se folosesc urmtoarele relaii:


10/22

Partea I-a

16

571,1

14,35,02 CBB

Dc , [m] (1.18)

CAFFSFINP

LB 05575,0 (1.19)

CAFFSFI

V

v

LC c

d

28,3

30(1.20)

Relaiile (1.18-1.20) se aplic la baza coloanei de absorbie, iarsemnificaiatermenilor este:

L - debitul maxim de absorbant bogat, m3/min;Vc - debitul maxim de gaz impurificat, m

3/s, corectat curelaia:

5,0

vl

v

c VV (1.21)

unde: V reprezint debitul maxim de gaz, m3/s;lv , - densitile fluxurilor de gaz i de lichid, kg/m3,

calculate n condiiile de temperatur i presiune de labaza coloanei de absorbtie;

NP - numrul de pasuri ;F - factorul de necare. Se alege conform literaturii [1, 8];FS - factorul de sistem. Se alege conform literaturii [1,8, 9];CAF - coeficient de capacitate, se citete din grafice [1, 8, 9]

n funcie de densitatea vaporilor i distana ntre talere;vd - viteza lichidului n deversor, se alege conform

indicaiilor din literatur [1].

nalimea coloanei de absorbie echipat cu talere se calculeaz cu relaia[8]:

bvTRC IIsNI 1 (1.22)

unde: NTR - numrul de talere reale din coloan, se calculeaz dupcalculul eficacitii medie globale. n lipsa datelor


11/22


17

generale de eficacitate Em sau a unor relaii care snglobeze efectul tuturor factorilor care influeneazeficacitatea talerelor, se recomand ca Em s seestimeze n jur de 15% [1-3, 9];

s - distana ntre talere, se alege 0,4-0,6 m [1-3];Iv - nlimea de la ultimul taler la vrful coloanei, se alege

0,75-1 m [8];Ib - nlimea de la baza coloanei la primul taler din baz,

se alege 1-1,5m [8].

CCaallccuulluull ppiieerrddeerriilloorr ddeeaabbssoorrbbaanntt

La vrful coloanei de absorbie au loc pierderi de absorbant datoritantrenrilor cu gaz inert. Aceste pierderi se calculeaz cu relaia [1, 4-8]:

c

iii

c

iii

P

xK

xK

GL

1

11

1

(1.23)

unde: LP reprezint debitul molar de absorbant (ap i amin)pierdut pe la vrful coloanei de absorbie;

1G - debitul de gaz purificat de la vrful coloanei de

absorbie, kmoli/h;xi - fracia molar a componentului i din amestecul

absorbant;Ki - constanta de echilibru a componentului i din amestecul

absorbant la temperatura i presiunea de la vrful

coloanei. Constantele de echilibru se citesc din graficeleprezentate n anexele 1-3.

Pierderile din fiecare component al absorbantului srac se calculeaz curelaiile (1.24, 1.25):

LPap= (LP+ 1G )yap (1.24)

LPamin= (LP+ 1G )yamin (1.25)


12/22

Partea I-a

18

unde: yap, yamin - fraciile molare n faz vapori care se calculeazcu relaia de echilibru:

i i iy K x (1.26)

Pentru completarea pierderilor de absorbant, schema tehnologic ainstalaiei clasice de eliminare a gazelor acide (figura 1.1) este prevzut cuvasul 8.

11..11..22 PPrrooiieeccttaarreeaa tteehhnnoollooggiicc aa ccoollooaanneeii ddee ddeessoorrbbiiee

Realizarea unui anumit grad de stripare a gazului acid din soluia deabsorbant bogat ce alimenteaz coloana de desorbie, pentru un debit deabur de stripare dat, necesit un numr de talere sau un strat de umpluturde o anumit nalime. Calculul acestora se face n funcie denumrul detalere teoretice. Se aplic pentru determinarea numrului de talere teoreticetot metoda grafic simplificat, dar datele de echilibru ale sistemului studiatse obin la temperaturii medii mai mari, specifice operaiei de desorbie.n practica industrial, striparea gazelor acide (i n special a H2S) se face

cu abur indirect folosind un refierbtor. Aburul de stripare care prsetecoloana pe la vrf se condenseaz i se rentoarce n coloan ca reflux. nacest caz, fluxurile i concentraiile lor sunt cele simbolizate n figura 1.3.

n figura 1.3 semnificaia simbolurilor este:

L0 - debitul soluiei de absorbant, kmoli/h;LR - refluxul, concentrat n ap, kmoli/h;Xn - concentraia solutului (H2S sau CO2) n absorbantul bogat, kmoli

solut/kmolMEA sau DEA;X0 - concentraia H2S/CO2 n absorbantul srac, kmoli solut/kmol

MEA/DEA;Yb - concentraia solutului (H2S sau CO2) n abur la ieirea din

refierbtor, kmoli solut/kmol abur;Yv - concentraia solutului (H2Ssau CO2) n abur la ieirea dincoloan,

kmoli solut/kmol abur.


13/22


19

Figura 1.3.Fluxurile i concentraiilelor n coloana de stripare.

Datele iniiale necesare calculului de proiectare a coloanei de desorb iesunt:- debitul de alimentare cu absorbant bogat i concentraia solutului (H2SsauCO2) n absorbantXn(de la coloana de absorbie);- gradul de stripare sau concentraia solutului (H2S sau CO2) n soluia

stripat;- concentraia solutului (H2Ssau CO2) n absorbantul srac,Xo;


14/22

Partea I-a

20

- temperatura n baza coloanei TB (aleas n funcie de indicaiile dinliteratur [1, 3];- temperatura refluxului TR(aleas n funcie de indicaiile din literatur [1];- temperatura de intrare Tf a absorbantului bogat n coloan, egal cutemperatura de ieire dup schimbul de cldur cu absorbantul srac de la

baza coloanei de desorbie (figura 1.1, notaie 3) se estimeaz conformliteraturii [1];- raia de reflux [1-3];- presiunea n vrful i la baza coloanei de desorbie.

Algoritmul de calcul al coloanei de desorbie are urmtoarele etape:1) se determin temperatura la vrful coloanei, se efectueaz bilanul termic

pe coloana i se calculeaz debitul de vapori de stripare, precum iconsumul de abur la refierbtor;2) se calculeaz temperatura medie pe coloana de desorbie i la aceasttemperatur se obin datele de echilibru pentru sistemul solut-absorbant;3) se determin diametrul i nlimea coloanei cu metodologia specifictipului de dispozitive de contactare (talere sau umplutur).Pentru etapele 1-3 se prezint n continuare cteva aspecte teoretice.

BBiillaannuull tteerrmmiiccii rreeggiimmuull ddeetteemmppeerraattuurrii

Pentru determinarea temperaturii la vrful coloanei de desorbie se pleac dela faptul c n condiii de echilibru, presiunea parial a aburului(componentul majoritar la vrful coloanei) este egal cu presiunea de vaporia apei. Presiunea parial a solutului (

22 / COSHp ) se obine din legea lui

Dalton:VT

solut V abur apap P y P (1.27)

unde: VP reprezint presiunea la vrful coloanei de desorbie, bar;

abury - fracia molar de abur calculat cu relaia (1.28);

R

R

R

aburGL

Ly (1.28)


15/22


21

RL - debitul de reflux, calculat cu relaia (1.29):

R

R GRL (1.29)

R - raia de reflux;RG - debitul deH2S sau CO2 absorbit, kmoli/h;

VTapaP - presiunea de vapori a apei la temperatura de vrf.

Temperatura la vrf se calculeaz cu relaia lui Antoine:

ln Tapa

V

v BP AC T

(1.30)

unde: A, B, Creprezint constantele lui Antoine pentru ap [10].

Pentru stabilirea sarcinii termice a refierbtorului, respectiv consumul deabur VB se efectueaz un bilan termic pe coloana de desorbie conformconturului I din figura 1.3:

B

s

VRVR

R

ff

s

T

Ls

TT

VB

T

LR

TRT

LshLHGHVQhLhGhL

00

0000 (1.31)

unde: fT

sLh

0

reprezint entalpia soluiei de absorbant la temperatura Tf,

kJ/kg;

0V - debitul de vapori de ap de la vrful coloanei, kg/h;VT

VH

0- entalpia vaporilor de ap la temperatura TV, kJ/kg;

RL - debitul de reflux (ap) ( 0V = RL ), kg/h;RT

RL

h - entalpia refluxului la temperatura TR, kJ/kg;

BT

sLh

0

- entalpia soluiei de absorbant la temperatura din

refierbtor, kJ/kg.

Relaia (1.31) se poate scrie innd seama de cldurile specifice:


16/22

Partea I-a

22

0 0 00 0( ) ( )

fB

s s L s

TT

s L L s p B fL h h L c T T (1.32)

Neglijnd diferena de temperaturi (TV- Tf) se poate scrie:

)( fVTTR

R

R hHGHG (1.33)

innd cont de relaiile (1.32 i 1.33), relaia (1.31) devine:

00 0( ) ( )V R R

L Ros

T T

B s p B f V L RQ L c T T V H h G H (1.34)

Cunoscnd sarcina refierbtorului se poate calcula debitul de vapori VB:

BTV

BB

l

QV (1.35)

unde: BTvl reprezint cldura latent de vaporizare a lichidului dinrefierbtor, n kJ/kg i se calculeaz cu relaia:

)1(min ylyllBT

aaBT

apaBT

Bv(1.36)

BTapal - cldura latent de vaporizare a apei la temperatura TB,

kJ/kg [7];BT

aal min - cldura latent de vaporizare a aminei la temperaturaTB, kJ/kg [1];

y - fracia molar a apei n vaporii VB la echilibru cu

soluia apoas de amin care se calculeaz conformindicaiilor din literatur [1], cu ajutorul curbei deechilibru lichid-vapori a fiecrui sistem ap- amin.Pentru sistemul binar ap - MEA, curba de echilibrulichid- vapori la presiunea atmosferic este prezentat nliteratur [1]. n figura 1.4 este reprezentat grafic curbade echilibru la presiunea atmosferic pentru sistemul

binar apDEA.


17/22


23

Figura 1.4. Curba de echilibru lichid- vaporipentru sistemul binar ap DEA, la presiunea atmosferic[11].

n vederea determinrii datelor de echilibru pentru sistemul gaz acid-amin, de calculeaz temperatura medie pe coloana de desorbie, ca mediearitmetic ntre temperatura de la vrf i cea de la baz.

DDeetteerrmmiinnaarreeaa nnuummrruulluuii ddeettaalleerreetteeoorreettiicceeddiinn ccoollooaannaa ddeeddeessoorrbbiiee

Numrul de talere teoretice se determin prin metoda grafic simplificat[1] bazat pe curba de echilibru pentru sistemele gaz acid-amin latemperatura i presiunea medie din coloan, i pe dreapta de operare.Dreapta de operare trece prin punctele definite de concentraiile fluxurilorn contracurent la extremitile zonei de desorbie din coloan, i anume

punctulA (Xn, Yf) i punctul B (X1, Yb).Concentraia Yfse calculeaz curelaia:

R

f

R

GY

L(1.37)

Concentraia Ybse citete din curba de echilibru YXa sistemului gaz acid-amin,la valoarea luiX0. Concentraia X1 de stabilete prin bilan material

pe conturul II din figura 1.3:


18/22

Partea I-a

24

0

0

1 XY

L

VX B

B (1.38)

n cazul n care este necesar utilizarea unui grafic semilogaritmic, pentrureprezentarea curbei de operare sunt necesare i alte puncte intermediare nafara punctelor extreme A i B. Calculul lor se face cu ecuaia dreptei deoperare [1] dnd valori luiXntreX1iXn .

01

( )B

LY X X Y

V (1.39)

n calculul puntelor intermediare ale curbei de operare se ine seama c nzona de stripare, debitul de vapori Vscade liniar ntre VBi VO. Din acesteconsiderente trebuie reprezentat grafic variaia debitului de vapori cuconcentraiaX[1].Se reprezint n acelai grafic, n coordonate Y- X, att curba de echilibruct i dreapta (curba) de operare i se duc orizontale i verticale pornind dela punctul B la punctul A. Numrul de orizontale reprezint necesarul deechilibre pentru desorbia respectiv.

DDiimmeennssiioonnaarreeaa ccoollooaanneeii ddeeddeessoorrbbiiee

Diametrul coloanei de stripare face dup metodologiaspecific tipului dedispozitiv de contactare de contactare, prezentat n subcapitolul 1.1.1, cuobservaia c sarcina maxim de vapori poate fi la vrful coloanei( )0

RGV sau la baza coloanei (VB). n relaiile de calcul, oricare are fi

echipamentul folosit n coloana, proprietile fazelor vapori i lichid secalculeaz n condiiile de temperatur i presiune din zona unde se face

dimensionarea. Se recomand ca la dimensionarea coloanelor de stripare aH2Sdin soluii de amine, s se considere o vitez a lichidului n deversor decel mult 0,05 m/s i un factor de necare de 0,55 [1].nlimea coloanei de stripare se calculeaz cu relaiile (1.15) sau (1.22). Serecomand ca la coloanele clasice de stripare a soluiilor deMEA, DEAsse utilizeze 16-24 talere practice n zona de desorbie propriu-zis i 2-6talere deasupra fluxului de alimentare pentru a evita pierderea de amina

prin antrenare mecanic i vaporizare [1, 3]. Pentru desorbia CO2 dinsoluii deMEAse recomand o eficacitate medie a talerelor ntre 50 i 67%,


19/22


25

n funcie de condiiile de operare i ncrcarea soluiei sau 12-16 talerereale n zona de desorbie propriu-zis [3].n ceea ce privete determinarea nalimii stratului de umplutur, pentru ase evita folosirea noiunii de taler teoretic, se recomand ca proiectareariguroas a coloanelor, att de absorbtie ct i de desorbie, s se realizezecu programe computerizate (AMSIM, TSWEET, GasPlant, PRO-II, Hysys,

Aspen Plus etc) care utilizeaz modele matematice care pot preziceechilibru lichid-vapori, cinetica reaciei i pot ngloba efectul reacieichimice asupra eficienei transferului de mas [3].

11..11..33 DDeetteerrmmiinnaarreeaa nneecceessaarruulluuiiddee aaggeennii tteerrmmiiccii ddiinn iinnssttaallaaiiee

n finalul calculului de proiectare tehnologic a instalaiei de eliminare aH2Ssau CO2prin absorbie cu reacie chimic reversibil n soluii apoasede amine, vom prezenta modul n care se determin necesarul de ap dercire la rcitorul suplimentar al absorbantului srac (2, din schema dinfigura 1.1) i la condensatorul coloanei de stripare (6, din schema din figura1.1), precum i necesarul de abur saturat la refierbtorul coloanei (5, din

schema din figura 1.1).

CCaallccuulluull sscchhiimmbbuulluuii tteerrmmiicc aabbssoorrbbaanntt ssrraacc--aabbssoorrbbaanntt bbooggaatt

Deoarece absorbantul srac iese din refierbtorul coloanei de fracionare calichid la punct de fierbere cu temperatura Tb i trebuie s intre la vrfulcoloanei de absorbie cu temperatura To, se impune ca acest flux termic sfie valorificat pentru a realiza schimbul de cldur cu absorbantul bogatcare iese de la baza coloanei de absorbie cu temperatura Tni care trebuie

s intre ca flux de alimentare la coloana de stripare cu temperatura Tf.Temperatura Txcu care iese absorbantul srac din schimbul de caldur sepresupune i apoi se verific prin bilan termic n jurul schimbtorului decldur 3, din schema din figura 1.1:

0 0 0 00 0 0 0

fn xBn n

S S S S

TT TT n n

S S S S L L L LL h L h L h L h (1.40)


20/22

Partea I-a

26

Deoarece n literatur nu exist date de entalpii pentru soluiile de amine, cinumai date de clduri specifice [1]:

0 0 00 0

( ) ( )xBS S L

TT

S L L S p b xL h h L c T T (1.41)

)()( 00 00 nfpn

S

T

L

T

L

n

S TTcLhhL lon

S

f

S(1.42)

innd cont de relaiile (1.41 i 1.42), relaia (1.40) se poate scrie:

00 0( ) ( )

l lo

n

S p f n S p b xL c T T L c T T (1.43)

unde: sL0 - debitul soluiei de absorbant srac, kg/h;nsL0 - debitul soluiei de absorbant bogat, kg/h;

0lp

c - cldura specific medie a soluiei de absorbantului

bogat, respectiv srac, kJ/kgC. Se citete din grafice dinliteratur la temperatura medie aritmetic atemperaturilor respective [1];

Tx - temperatura absorbantului srac dup schimbul de

cldur cu absorbantul bogat, C .

n relaia (1.43) temperaturile , ,n b fT T T sunt cunoscute, iar temperatura

xT se presupune. Aceast presupunere este verificat dac membrul drept alrelaiei (1.43) este egal cu cel stng (n limita unei erori stabilite).

DDeetteerrmmiinnaarreeaa nneecceessaarruulluuii ddeeaapp ddeerrcciirreellaa rrcciittoorruull ssuupplliimmeennttaarr

Rcitorul suplimentar al fluxului de absorbant srac are rolul de a rciabsorbantul srac de la temperatura xT la temperatura oT . Pentru calcululdebitului de ap de rcire la rcitorul suplimentar se scrie relaia (1.44), de

bilan termicn jurul schimbtorului de cldur 2, din figura 1.1:

0 00 0i x e O

S S

T T T T

apa apa s L apa apa S LG h L h G h L h (1.44)

Din relaia (1.44) se obine c:


21/22


27

0( )

LO

E I

OS p x

apa T T

apa apa

L c T TG

h h

(1.45)

unde:apa

G reprezint debitul de ap de rcire, kg/h;

eTapa

iTapa hh , - entalpiile apei de rcire la temperatura de

ieire/intrare n kJ/kg;

0Lpc - cldura specific medie a soluiei de absorbant

srac, kJ/kgC. Se citete din grafice dinliteratur la temperatura medie aritmetic a

temperaturilor respective [1].

DDeetteerrmmiinnaarreeaa nneecceessaarruulluuii ddeeaapp llaa ccoonnddeennssaattoorruull ccoollooaanneeii ddeessttrriippaarree

Se determin mai nti sarcina condensatorului 6, prin bilan termic n jurulcondensatorului i vasului de reflux (figura 1.1):

RR

R

VV T

R

RT

LRC

T

R

RT

V HGhLQHGHV 00 (1.46)

unde: CQ - sarcina condensatorului, kJ/h;

0V - debitul de vapori de ap de la vrful coloanei, kg/h;VT

VH

0- entalpia vaporilor de ap la temperatura TV, kJ/kg;

RL - debitul de reflux (ap) ( 0V = RL ), kg/h;RT

RL

h - entalpia refluxului la temperatura TR, kJ/kg;

RG- debitul de gaz acid desorbit. Se consider c tot gazulacid din alimentarea coloanei de stripare a fost desorbit,adic se neglijeaz coninutul de gaz acid din soluia deabsorbant regenerat, kg/h;

VT

RH - entalpia gazului desorbit la temperatura TV, kJ/kg. Se

obine cu ajutorul programului PRO-II [11];RT

RH - entalpia gazului desorbit la temperatura TR, kJ/kg. Seobine cu ajutorul programului PRO-II [11].


22/22

Partea I-a

28

Relaia (1.46) se poate scrie:

)()(00

RVR

R

V T

R

T

R

RT

L

T

VC HHGhHVQ (1.47)

innd seama de cldurile specifice se poate scrie:

)()( 00 0 RVPT

L

T

V TTcVhHV VoR

R

V (1.48)

innd cont de relaiile (1.48 i 1.49), relaia (1.47) devine:

)()(0 RVVo TRTRRRVPC HHGTTcVQ (1.49)

Cunoscnd sarcina condensatorului se poate calcula debitul de ap de rcireGA:

iE T

apa

T

apa

CA

hh

QG (1.50)

unde: AG reprezint debitul de ap de rcire la condensator, kg/h.

DDeetteerrmmiinnaarreeaa nneecceessaarruulluuii ddeeaabbuurr ssaattuurraatt llaa rreeffiieerrbbttoorr

Cunoscnd sarcina refierbtorului coloanei de stripare se poate calcula idebitul de abur la refierbtorGB:

eTapa

iT

abur

BB

hH

QG (1.51)

unde: eTapaiT

abur hH , reprezintentalpia aburului/apei la intrarea/ieirea

n refierbtor, kJ/kg [7].

partea i aspecte teoretice final

Documents