4.2.5. Принципы технологического расчета основных аппаратов установок аминовой очистки

Целью технологического расчета абсорбера установки аминовой очистки газов является определение составов очищенного газа и насыщенного абсорбента, параметров технологического режима и геометрических размеров аппарата.

Расчет абсорбера производится в следующей последовательности:

1. Определяется кратность циркуляции раствора абсорбента Vа по формуле (4.3). Эта кратность является минимально необходимой, рабочую кратность Vа¢ следует определить по уравнению [14]:

Vа¢ = Vа / (0,5 ÷ 0,9), м³/ч (4.4)

По принятой плотности рабочего раствора абсорбента определяется массовое количество раствора абсорбента.

2. Определяют количества метана и этана, растворившихся в водном растворе алканоламина, по формуле:

V_у = α_у· V_н2о·273/(t+273), м³/ч (4.5)

где V_у - объем растворившегося углеводородов, м³/ч;

a_у - растворимость углеводорода при рабочей температуре процесса t

(⁰С) и его парциальном давлении в исходном газе; определяется,

например, по [14];

V_Н2О - объемное количество воды в водном растворе алканоламина,

м³/ч.

3. По составу исходного газа и принятому составу очищенного газа (с учетом растворения метана и этана в водном растворе алканоламина) определяется количество компонентов газа, поглощенных водным раствором алканоламина, а также количество насыщенного раствора абсорбента по сумме количеств регенерированного абсорбента Vа¢ (см. п.1) и поглощенным им компонентов газа.

4. Составляется тепловой баланс абсорбера. Энтальпии потоков определяются по рекомендациям, приведенным в главе 2. Теплота хемосорбции кислых компонентов рассчитывается с учетом данных, приведенных в табл. 4.1. По тепловому балансу абсорбера рассчитывается температура насыщенного абсорбента, уходящего с низа абсорбера.

5. По химическим уравнениям реакций хемосорбции, количествам растворенных метана и этана и составу регенерированного раствора абсорбента рассчитывают состав насыщенного абсорбента, покидающего абсорбер.

6. Определяют количество практических тарелок n_р в абсорбере по формуле:

, (4.6)

где n - число теоретических тарелок ( n = 6-10);

h - к.п.д. тарелок (h = 0,25-0,40).

7. Определяют диаметр абсорбера D по формуле:

D = 1,128 , (4.7)

где V_г - производительность абсорбера по газу, м³/с;

W_доп. - допустимая скорость движения газа в свободном сечении

абсорбера, м/с (w _доп = 0,2-0,5 м/с).

Если рассчитанный диаметр абсорбера не совпадает с нормализованным значением, то принимают ближайший больший диаметр. Нормализованные диаметры имеют следующие значения (в м): 1,0; 1,2;1,4; 1,6; 1,8; 2,0; 2,2; 2,4; 2,6; 2,8; 3,0; 3,2; 3,4; 3,6; 3,8; 4,0; 4,5; 5,0; 5,5; 6,0; 6,4; 7,0; 8,0; 9,0.

8. Определяют высоту абсорбера Н по формуле:

Н=h_в + h_тар + h_n + h_н, (4.8)

где h_в - высота от верхнего штуцера до верхней тарелки, м; h_в равна 1/2

диаметра абсорбера, если днище шаровое (диаметр абсорбера более 4 м), и 1/4 диаметра, если днище эллиптическое;

h_тар - высота, занятая тарелками; h_тар = а(n_р - 1), где а=0,6 м для

абсорберов диаметром до 6 м и а= 0,8 для абсорберов

диаметром более 6 м; n_р – число практических тарелок (см. п.6);

h_n - высота зоны питания абсорбера; h_n = 1,5-2,5 м;

h_н - высота низа абсорбера, определяется, исходя из 5-10 минутного

запаса насыщенного абсорбента внизу абсорбера, необходимого

для нормальной работы насоса или перетока в десорбер, по

формуле:

h_н = , м (4.9)

где - производительность насоса, м³/мин;

t - запас абсорбента, мин;

D - диаметр абсорбера, м.

Целью технологического расчета десорбера установки аминной очистки газов является определение составов кислых газов и регенерированного абсорбента, параметров технологического режима и геометрических размеров аппарата.

Расчет десорбера производится в следующей последовательности:

1. По заданному составу и количеству насыщенного и требуемому составу регенерированного растворов абсорбента с учетом химических реакций десорбции - обратные реакции (4.1) определяют состав и количество кислых газов десорбции.

2. Принимают давление в десорбере (см. раздел 4.3.2) и определяют температуру верха десорбера (t_в) из условия минимального уноса абсорбента по формуле:

t_{в =} t_кип. - Dt, ⁰С, (4.10)

где t_кип - температура кипения неочищенного раствора алканоламина, ⁰С.

Определяется по [15];

Dt - разность температур,⁰С; Dt = 8-12⁰С.

3. Определяют температуру низа десорбера t_н (⁰С) по формуле:

t_н = t_в + Dt₁, ⁰С, (4.11)

где t_в - температура верха десорбера, ⁰С (см. п.2);

Dt₁ - температурный перепад по высоте десорбера, ⁰С. Из практических соображений Dt₁ = 10-20 ⁰С.

4. Задаются количеством теоретических тарелок в разных секциях десорбера (суммарно – 2-6 штук) и перепадом давления на одной теоретической тарелке (DР = 1,0-1,6 кПа) и определяют давление в питательной секции десорбера (Р_n ) по формуле:

Р_n = Р_в + DР × n_у , кПа, (4.12)

где Р_в - давление верха десорбера, кПа;

n_у - количество теоретических тарелок в укрепляющей секции

десорбера (n_у = 1-2).

5. По уравнению Трегубова и принятой доле отгона насыщенного раствора абсорбента на входе в десорбер L (L должно превышать долю кислых газов в насыщенном абсорбенте на 3-5 % мас.) методом подбора определяют температуру насыщенного раствора абсорбента в входе в десорбер.

6. Составляют материальный и тепловой балансы десорбера и определяют количество тепла, подводимого в рибойлер десорбера, с учетом теплоты разложения соединений Н₂S и СО₂.

7. Определяют по уравнению (4.6) количество практических тарелок в десорбере.

8. По методикам, изложенным в настоящем разделе для абсорбера, определяют диаметр и высоту десорбера.