7.1. МАТЕРИАЛЬНЫЙ БАЛАНС
Используя данные из литературы[4][5] по входящему и выходящему из абсорбера потоков, рассчитаем материальный баланс в программе Microsoft Office Excel 2007. Исходные данные потоков представлены в таблице 6.1.
Таблица 6.1
Исходные данные по входному и выходному потоку абсорбционного аппарата в методе поташной очистки конвертированного газа от диоксида углерода в производстве аммиака
| КОНВЕРТИРОВАННЫЙ ГАЗ | |||||||||||||
| Вход в абсорбер | Выход из абсорбера | ||||||||||||
| Статья | % об. | Статья | % об. | Разница | |||||||||
| Газ | Сухой газ | ||||||||||||
| N2 | 19,59 | N2 | 23,86 | ||||||||||
| Ar | 0,25 | Ar | 0,30 | ||||||||||
| H2 | 60,56 | H2 | 73,75 | ||||||||||
| CO | 0,49 | CO | 0,60 | ||||||||||
| CO2 | 17,06 | CO2 | 0,10 | ||||||||||
| CH4 | 0,30 | CH4 | 0,37 | ||||||||||
| Вода | 1,75 | Вода | 1,03 | ||||||||||
| В систему приходит | Выходит из системы |
| Начальное содержание СО2 в газе | 17,06 | % |
| Остаточное содержание СО2 в газе | 0,099 | % |
| Степень очистки от СО2 | 99,421 | % | ||
| На хемосорбцию расходуется СО2 | нм3/ч | |||
| Конденсируется воды | нм3/ч | |||
Таблица 6.2
|
|
| Вход в абсорбер | Выход из абсорбера | ||||||||||
| Статья | Об. | Масс. | Статья | Об. | Масс. | ||||||
| Конвертированный газ | 113489,20 | Сухой газ | 43193,30 | ||||||||
| N2 | 25811,25 | N2 | 25811,25 | ||||||||
| Ar | 930,36 | Ar | 930,36 | ||||||||
| H2 | 11399,20 | H2 | 11399,20 | ||||||||
| CO | 1295,00 | CO | 1295,00 | ||||||||
| CO2 | 70631,79 | CO2 | 335,89 | ||||||||
| CH4 | 456,43 | CH4 | 456,43 | ||||||||
| H2O | 2965,18 | H2O | 1427,95 | ||||||||
| Вода, конденсат | |||||||||||
| H2O конд | 1537,23 | ||||||||||
| Раствор поташа | 734911,61 | Раствор поташа | |||||||||
| K2CO3 | 220473,48 | H2O | 485680,71 | ||||||||
| H2O | 514438,13 | На десорбцию | |||||||||
| KHCO3 | 319526,786 | ||||||||||
| В систему приходит | 848400,80 | Выходит из системы | 848400,80 | ||||||||
| кг/ч | кг/ч |
Сводная таблица материального баланса для абсорбера поташной очистки от диоксида углерода в производстве аммиака
|
|
Вывод: Согласно материальному балансу для данного аппарата за час абсорбируется 35787 нм3, а на десорбцию уходит 848400,8 кг абсорбента. Используя последний показатель можно рассчитать материальный баланс для десорбции.
7.2. ТЕПЛОВОЙ БАЛАНС
| Вход | K | Выход | K | |||
| Cp= a + b·T + c·T2 | ||||||
| a | b | c' | Cp= a + b·T + c'·T-2 | |||
| N2 | 27,88 | 0,00427 | 29,567 | Дж/моль · К | ||
| Ar | 27,88 | 0,00427 | 29,567 | |||
| H2 | 27,28 | 0,00326 | 0,000005 | 28,568 | ||
| CO | 28,41 | 0,0041 | -4,6E-05 | 30,029 | ||
| CO2 | 44,14 | 0,00904 | -0,00085 | 47,711 | ||
| CH4 | 14,32 | 0,07466 | -0,00017 | 16,616 | ||
| H2O | 39,02 | 0,07664 | 0,001196 | 69,293 | ||
| K2CO3 | 80,29 | 0,10904 | 123,361 |
Используя данные из литературы[3] по коэффициентами теплоемкости рассчитаем теплоемкость веществ на входе и количество теплоты приносимое веществами в систему.
| ПРИХОД ТЕПЛА В СИСТЕМУ | |||||||||
| Тепло, приносимое конвертированным газом | 1672565,221 | кДж/ч | |||||||
| Теплота химической реакции | 39710,06076 | кДж/ч | |||||||
| Тепло, подводимое | 2310792,774 | кДж/ч | |||||||
| Итого | 4023068,055 | кДж/ч |
| РАСХОД ТЕПЛА СИСТЕМОЙ | |||||||
| Теплота конденсации воды | 3549469,018 | кДж/ч | |||||
| Тепло, уносимое очищенным газом | 451046,7019 | кДж/ч | |||||
| Потери тепла | 22552,3351 | кДж/ч | |||||
| Итого | 4023068,055 кДж/ч | ||||||
Расчет теплового баланса показал, что необходимо подводить к абсорберу количество теплоты, равное 4023060 кДж. Подача такого количества энергии возможна через нагрев раствора поташа.
|
|
7.3. ВТОРИЧНОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ЭНЕРГОРЕСУРСОВ
Технологическая схема, описанная ранее, подразумевает циклическое использование раствора поташа и переносимого им тепла.. На примере теплообменника 01 можем наблюдать охлаждение газа за счет частичной передачи теплоты охлажденному отработанному раствору. Далее отработанный раствор переходит в десорбер 05, где претерпевает дросселирование и обработку водяным паром, за счет чего происходит регенерация поташного раствора, в результате которой горячий раствор идет на дальнейшую абсорбцию, а пар, частично сконденсировавшаяся вода и СО2 выходят из системы. Данная технология позволяет существенно экономить энергию на нагрев и поддержание температуры газа и поташного раствора.
Так же возможно замыкание обмена воды между теплообменниками 02, 03, подачей водяного пара и скруббером-промывателем, что так же существенно снизит затраты на использование энергии и ресурса технической воды.
Тонкая очистка от СО2 позволяет получить два готовых к синтезу или транспортировке и последующей продаже следующие продукты: конвертированный газ (производство аммиака) и СО 2 (производство карбамида)