Абсорбция сухих газов. Формула Кремсера

При абсорбции компонентов газа из многокомпонентной смеси при малом содержании извлекаемых компонентов коэффициент извлечения любого компонента определяется по формуле Кремсера:

                                                          ( 80)

где -степень извлечения,

n   число теоретических тарелок,

  фактор абсорбции                   

K константа фазового равновесия.

Анализ этой формулы оказывает, что при А = const, чем больше  n, тем больше  .
При увеличении подачи абсорбента ( L ) увеличивается А и соответственно степень извлечения.

Если увеличить давление в системе, то К уменьшится (  ), величина А увеличится и степень извлечения увеличится.

При охлаждении системы К уменьшается и доля извлечения тоже увеличивается.

При заданной степени извлечения и абсорбционном факторе определяют число теоретических тарелок.

Рис. 3.3. График для расчета процесса абсорбции (десорбции) многокомпонентной смеси

При абсорбции сухих газов количество извлекаемых компонентов невелико, что позволяет пользоваться формулой Кремсера

       3.5 Процесс десорбции

При десорбции поглощенные компоненты газовой смеси должны быть вновь переведены в газообразное состояние. Для этого обычно снижают парциальное давление углеводородов при вводе водяного пара либо повышают температуру насыщенного абсорбента и подводят тепло в нижнюю часть десорбера (рисунок 18.4). В последнем случае десорбер можно рассматривать как отгонную часть ректификационной колонны.

Чтобы компонент мог перейти из жидкости в газовую фазу, его парциальное давление в жидкости должно быть выше равновесного. Соответственно и концентрация компонента в жидкой фазе будет больше равновесной. Следовательно рабочая линия буде ниже равновесной (рисунок 18.5)

 

 

Рис. 3.4 Графический расчет числа теоретических тарелок в десорбере:

АВ — рабочая линия; ОС — кривая равновесия фаз

 

Для расчета многокомпонентной десорбции используют уравнение Кремсера.:

                                                   ( 81)

где ^/-степень извлечения при десорбции,

m  число теоретических тарелок,

   фактор десорбции (отпаривания)                 

K константа фазового равновесия.

Анализ этой формулы оказывает, что при S = const, чем больше m, тем больше  .
При увеличении подачи пара ( G ) увеличивается А и соответственно степень извлечения.

Если уменьшить давление в системе, то К увеличится (  ), величина S увеличится и степень извлечения при десорбции увеличится.

При нагревании системы К увеличится и доля извлечения тоже увеличивается.

При заданной степени извлечения при десорбции и десорбционном факторе определяют число теоретических тарелок. Эта формула верна при отпаривании малых порций газа.

Конструкции абсорберов

Абсорберы разделяют по способу контактирования взаимодействующих фаз на три группы: поверхностные, барботажные и распыливающие,

В поверхностных абсорберах поверхностью контакта фаз является зеркало жидкости а — или поверхность стекающей пленки (пленочные абсорберы). К этой группе относятся аппараты со свободной поверхностью; насадочные с насыпной и регулярной насадкой; пленоч­ные, в которых пленка образуется при гравитационном стекании жидкости внутри верти­кальных труб или на поверхности листов; механические пленочные с пленкой, формирующейся под действием центробежных сил.

В барботажных абсорберах поверхность контакта развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырей и струй. К этой группе относятся аппараты со сплошным барботажным слоем с непрерывным контактом между фазами, тарельчатого типа, с подвижной (плавающей) насадкой, с механическим перемешиванием жидкости.

В распыливающих абсорберах поверхность контакта образуется путем распыления жидкости на мелкие капли. К этой группе относятся аппараты полые форсуночные, с распылением за счет энергии жидкости, скоростные прямоточные с распылением абсорбента за счет кинетической энергии движущегося с большой скоростью газового потока, механические с распылением жидкости быстро вращающимися элементами.

Отдельные типы аппаратов в зависимости от режима работы могут быть отнесены к одной или другой группе, например, насадочные абсорберы при инверсии фаз становятся барботажными аппаратами, а тарельчатые при работе в струйном режиме являются распиливающими.

Важными характеристиками, которые необходимо учитывать при выборе конструкции абсорбера, также являются гидравлическое сопротивление, диапазон возможного изменения нагрузок по газу и жидкости, время пребывания жидкости, чувствительность и склонность к загрязнениям.

В нефтегазовых производствах наиболее распространены тарельчатые и насадочные абсорберы. Тарельчатый абсорбер (рис. 3.5, а) представляет собой вертикальный аппарат, в верхней части корпуса 1 которого установлен каплеотбойник 2, предотвращающий унос абсорбента потоком газа. Контактирование газового потока и абсорбента осуществляется на контактных тарелках 3 той или иной конструкции. Для ремонта и монтажа внутренних устройств абсорбера через 4 — 5 тарелок установлены люки-лазы 4 условным диаметром не менее 450 мм. В нижней части корпус аппарата приварен к опорной обечайке 5. Насадочный абсорбер (рис. 3.5б) в верхней части оснащен распределителем 2 регенерированного абсорбента. Слой насыпной или регулярной насадки опирается на опорную решетку 4. Для загрузки и выгрузки насадки служат люки 5 и 7.

 

 

 

Рис.3.5 Схемы тарельчатого и насадочного абсорберов

а-тарельчатый: 1 — корпус; 2 — каплеотбойник; 3 — тарелка; 4 — люк; 5 — опорная обечайка; б — насадочный: 1 — корпус; 2 — распределительная тарелка; 3 — насадка; 4 — опорная решетка; 5 — загрузочные люки; б — опора; 7 — люки выгрузки насадки. Потоки: / — ненасыщенный абсорбент; 11 — сухой газ; 111 — сырой газ; IV — насыщенный абсорбент

Обычно давление в абсорберах при разделении нефтяных попутных газов составляет 1, 6 — 2, 0 МПа, а при извлечении компонентов природного газа, имеющего большее устьевое давление, 4, 0 — 7, 5 МПа. Температура зависит от применяемого хладагента и может составлять при извлечении пропана минус 40 °С, этана минус 80— 100 °С. Диаметр промышленных абсорберов зависит от производительности и достигает 3 м, число тарелок составляет 30 — 40.

При промысловой очистке и осушке природного газа производительность по газу одного абсорбера достигает 10 — 35 млн. м³/сут. Для таких условий работы предназначены специальные конструкции абсорберов.

На рис 3.6 представлена конструкция многофункционального аппарата, состоящего из трех секций. Исходный газ по тангенциально расположенному штуцеру поступает в первую по ходу газа секцию сепарации. Отделение капельной жидкости в этой секции осуществляется при прохождении газа через сетчатый отбойник 1 и сепарационную тарелку 2, на которой установлены центробежные сепарирующие элементы. Вторая секция предназначена для осушки газа и включает четыре тарелки 4 с контактными элементами центробежного типа.

Каждый прямоточный центробежный элемент состоит из цилиндрического корпуса 12 диаметром 60— 100 мм и оснащен в нижней части тангенциальным завихрителем 17. На небольшом расстоянии от полотна тарелки 11 центробежный элемент оснащен трубкой 15, служащей для подачи жидкости в центр элемента.   При контакте с закрученным потоком газа жидкость распределяется по стенке элемента и поднимается вверх.

 

3.6 Конструкция многофункционального аппарата для очистки и осушки природного газа:

1 — сетчатый отбойник; 2, 5 — сепарационная тарелка; 3 — внутренняя емкость насыщенного гликоля; 4 — тарелка с контактными элементами центробежного типа; 6 — фильтр-патроны; 7 — люк-лаз; 8, 10 — штуцер для дренажа; 9 — штуцер отвода жидкости; 11 — полотно тарелки; 12 — цилиндрический корпус центробежного элемента; 13 — отбойник; 14 — коническая чашка; 15 — трубка для подачи жидкости; 16 — отверстие; 17 — тангенциальный завихритель. Потоки: / — сырой газ; II — насыщенный раствор гликоля; III — сухой газ; IV — регенерированный раствор гликоля

Благодаря уменьшению давления внутри элементов жидкость по трубке 15, имеющей отверстие 16 в нижней части, подается внутрь элемента.

Насыщенный гликоль собирается во внутренней емкости 3, откуда он отводится на регенерацию. Последняя по ходу газа секция улавливания гликоля образована сепарационной тарелкой 5 и тарелкой, на которой установлены фильтр-патроны б. Фильтр-патроны выполнены в виде перфорированного цилиндрического каркаса с намоткой 10—15 слоев стекловолокна. Изнутри и снаружи слой фильтрующего материала закреплен двумя-тремя слоями рукавной сетки.

 

 

⇐ Предыдущая9101112131415161718Следующая ⇒

Поделиться: