1UNIVERSITATEA DE PETROL I GAZE PLOIETI

PURIFICAREA GAZELOR INDUSTRIALE

PROIECT DE SEMESTRUPROIECTAREA TEHNOLOGIC A UNEI INSTALA II DE ELIMINARE ADIOXIDULUI DE CARBON PRIN ABSORB DE

MONOETANOLAMIN

COORDONATOR:SEF LUCR. DR. ING. MIHAELA NEAGU

STUDENT: David Georgiana Raluca ANUL IV, I.P.M, FR

-2013-

2CUPRINS

DATE DE INTRARE

1.PROIECTAREA TEHNOLOGIC A COLOANEI DE ABSORBIE....................................4

1.1 Calculul debitelor i concentraiilor n coloana de absorbie.....4

1.2 Bilanul termic pe coloana de absorbie...8

1.3 Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de absorbie...10

1.4 Dimensionarea coloanei de absorbie......13

1.4.1 Calculul diametrului coloanei de absorbie.13

1.4.2 Calculul nlimii coloanei de absorbie...................................................................................14

1.5 Calculul pierderilor de absorbant...............................................................................................15

2. PROIECTAREA TEHNOLOGIC A COLOANEI DE DESORBIE..................................17

2.1 Bilanul termic,regimul de temperaturi i consumul de abur..................................................17

2.2 Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de desorbie....................................20

2.3 Dimensionarea coloanei de desorbie..........................................................................................25

2.3.1 Calculul diametrului coloanei de desorbie.............................................................................25

2.3.2 Calculul nlimii coloanei de desorbie...................................................................................27

2.4 Calculul schimbului termic absorbant srac-absorbant bogat................................................27

2.5 Determinarea necesarului de ap de rcire la rcitorul suplimentar......................................28

2.6 Determinarea necesarului de abur saturat la refierbtor.........................................................29

BIBLIOGRAFIE.................................................................................................................................30

ANEXE.................................................................................................................................................31

3PROIECTAREA TEHNOLOGIC A UNEI INSTALAII DE ELIMINARE A DIOXIDULUI DE CARBON PRIN ABSORBIE N SOLUIE APOAS DE MONOETANOLAMIN

DATE DE INTRARE

Gazul impurificat: etan

Debit de alimentare: 310 000 Nm3/zi

Concentraia CO2 : intrare :10 % volum

grad de absorie: = 98%

Concentraia soluiei apoase de MEA:15% mas

Gradul de ncrcare al absorbantului srac: X0= 0,03 kmoli CO2/kmol MEA

Parametrii de lucru n coloana de absorbie:

Presiune: 4 bar

Temperatura de intrare gaz impurificat: 26oC

Temperatura de intrare absorbant srac: 32oC

Parametrii de lucru n coloana de desorbie:

Presiune la vrf: 1,3 bar

Presiune la baz:1,5 bar

Temperatura n refierbtor: 115 oC

Temperatura refluxului: 60 oC

Raia de reflux : 3:1

Tipul de coloan de absorbie: talere cu supape

Tipul de coloan de desorbie: talere cu supape

Se cere s se determine:

Bilanurile materiale pe cele dou coloane Bilanurile termice pe cele dou coloane Inlimea i diametrul celor dou coloane Necesarul de utiliti Pierderile de amin i ap

Se va alctui schema tehnologic i de automatizare a instalaiei

41.PROIECTAREA TEHNOLOGIC A COLOANEI DE ABSORBIEProiectarea tehnologic a unei astfel de coloane const n stabilirea necesarului de

echilibre teoretice, a diametrului i nlimii.

1.1 Calculul debitelor i concentraiilor fluxurilor din coloana de absorbie

Operaia de absorbie are rolul de a elimina din fluxul de etan impurificat, CO2-ul folosind

ca absorbant soluie apoas de MEA 15% mas.

Fluxurile din coloana de absorbie i concentraiile lor sunt cele prezentate n figura 1.:

Fig.1 Fluxurile i simbolurile mrimilor specifice coloanei de absorbie

5 n figura 1 semnificaia simbolurilor este:

G0 - debitul de gaz purttor (etan), kmol/h,

L0 debitul de absorbant (MEA), kmol/h;

Yn+1,Y1 concentraiile solutului (CO2) n etan, kmol solut/ kmol g.p. la intrarea/ieirea din

coloan;

X0, Xn concentraiile solutului (CO2) n absorbant, kmol solut/ kmol absorbant

la intrarea/ieirea din coloan;

Tn+1, T1 temperatura fluxului de etan la intrarea/ ieirea din coloan;

T0, Tn temperatura fluxului de absorbant la intrarea/ ieirea din coloan.

Din datele de intrare se calculeaz debitul molar de gaz impurificat:

zih24

kmolNm4,22

)zi

Nm(GG 3

3

T

T

kmoli/h64,576244,22

310000T G

Cunoscnd concentraia CO2 n gazul bogat,respectiv a gazului purttor(etan) se

calculeaz debitul molar de CO2,respectiv de etan:

kmoli/h66,571,064,576G22 COCO

yGTkmoli/h98,518)1,01(64,576G

622 HC6HC0 yGG T

Se calculeaz raportul molar Yn+1:

6221

11 /111,01,01

1,01

HkmolCkmoliCOy

yY

n

n

n

sau

622tan

1 /111,098,51866,572 HkmolCkmoliCO

GG

Ye

COn

Din relaia de definiie a gradului de absorbie se calculeaz raportul molar Y1:

1n11n

11n Y)1(Y100Y

YY

6221 /00222,0111,0)98,01( HkmolCkmoliCOY

6Concentraia CO2 n absorbantul srac se cunoate din datele de proiectare

kmoliMEAkmoliCO

X 20 03,0 ,iar concentraia Xn se alege astfel nct la determinarea numrului de talereteoretice prin metoda grafic s rezulte un numr rezonabil de talere.

Se considerkmoliMEAkmoliCO

X n25,0 .

Debitul molar de absorbant L0 se calculeaz prin bilan material pe componentul solut n

jurul coloanei de absorbie ,conturul I din figura1:

hMEAkmolXXYYGL

XLYGXYG

n

n

nn

/12,12003,05,0

00222,0111,098,518

L

0

1100

0100010

Se calculeaz debitele pariale ale componenilor n fiecare flux la intrarea i ieirea din

coloan i concentraiile componenilor n fracii molare:

Debite i concentraii n fluxul de gaz bogat la intrarea n coloan

totalgazh

kgG

COh

kghkmoli

HCh

kmoliG

n

44,1810604,25374,15569GG

04,25374466,57/66,57G

H.Ch

kg15569,43098,51898,518

2

2

CO0T

21

CO

62620

Debite i concentraii n fluxul de gaz srac la ieirea n coloan

21

101

101

22101

62620

00222,000222,01

00222,0y

sragazhkg09,1562069,504,15569

13,520152,189,518G

69,5044152,1152,100222,098,518

4,155693098,51898,518

2

2

2

COmolarefractii

GGG

hkmoliGG

COhkgCO

hkmoliyGG

HChkgHC

hkmoliG

CO

CO

CO

7Debite i concentraii n absorbantul srac la intrarea n coloan

MEA32,7327kmol

kg6112,120L0 hkg

hkmoliMEA

Cunoscnd concentraia soluiei de amin (15% mas) se poate calcula debitul de soluie

apoas de MEA:

MEAsol.aqhkg8,48848

1510032,73270 sL

Soluia apoas de MEA este alctuit din MEAhkg32,7327 i

apah

kmoliapa

hkg 75,2306

1848,41521.48,4152132,73278,48848

apmolfrxx

MEAmolfrx

LLL

saracabsorbantsolh

kmoliLLL

COhkgL

COh

kmolikmolMEAkmoliCO

hkmolMEAXL

MEAapa

MEA

COss

COs

CO

...950,00495,011

...0495,075,230612,120

12,120

saracabs.sol.hkg49007,24,1588,48848

..72,12360,312,120

4,1584460,3

60,303,012,120L

120

10

120

10

21

22

001CO

2

2

Debite i concentraii n absorbantul bogat la ieirea din coloan

MEAhkg32,7327kg61

hkmoli12,120L0 kmol

2COn

220

nCO2

COhkg64,26424460,06L

06,605,012,120L

2

h

kmoliCOkmolMEAkmoliCO

hkmoliMEAXL n

82n

0n0s

0n0s

..375,012,12006,60

06,60x

abs.bogatsol.hkg44,5149164,26428,48848L

.kmoli180,1806,6012,120L

2

2

COmolfr

LL

bogatabsh

LL

n

COS

n

CO

1.2 BILANUL TERMIC PE COLOANA DE ABSORBIE

Din datele iniiale de proiectare se cunoate temperatura de intrare a gazului impurificat,

Tn+1,respectiv a absorbantului srac,T0.

n funcie de acestea ,i pe baza indicaiilor din literatur,se estimeaz temperatura la

vrful coloanei,T1,respectiv temperatura la baza coloanei,Tn,astfel:

T1=T0+5.....100C

Tn=Tn+1+10.....300C

n scopul verificrii temperaturii Tn din baza coloanei de absorbie,se efectueaz bilanul

termic pe conturul I din figura 1,conform urmtoarei relaii:

0221

22

1

0

0

0

1

22

1

0 011

0011n

0G LT

sCOCORT

COCOTG

TLs

TCO

n

COTG

nnn hLhGHGHGhLHGH unde: G0n+1,G01 debitul de gaz purttor la intrarea/ieirea din coloan,kg/h;

1

0

1n

0

TG

TG H,H entalpia n faz vapori a gazului purttor la temperatura Tn+1,respectiv T1,kJ/kg

22CO

R1CO G,G debitul de CO2 la intrarea/ieirea din coloan,kg/h;

1

2

1n

2

TCO

T,CO HH entalpia n faz vapori a CO2 la temperatura Tn+1,respectiv T1,kJ/kg;

s0L debitul soluiei de absorbant srac,kg/h;

0

0

TLh , n0

TLh entalpia n faz lichid a absorbantului la temperatura T0,respectiv Tn;

RCOG 2 debitul de CO2 absorbit, kg/h;

nTCOh 2 entalpia n faz lichid a CO2 absorbit la temperatura Tn.

Considernd c att gazul purttor, ct i soluia de absorbant srac au aceeai compoziie

la intrarea i ieirea din coloan, se poate scrie:

1n1p0TGTG0 TTcGHHG 0G1n010

9 0nps0TLTLs0 TTcLhhL 0L00n0 unde:

0Gpc cldura specific medie izobar a gazului purttor, kJ/kgC,care se calculeaz cu relaii

din literatur

0Lpc cldura specific medie a soluie da absorbant srac, kJ/kgC,care se citete din grafice

de literatur

De asemenea, innd seama de cldura de reacie HR i de faptul c debitul de absorbant

la ieirea din coloan este foarte mic i se poate neglija, ecuaia de bilan material se reduce la forma:

0nps01n1p0RR 2CO TTcLTTcGHG 0l0G Se obine astfel:

0L

0G0L

ps0

1n1p00ps0RR

2CObn cL

TTcGTcLHGTT

Se presupun:

T1=32+8=40 0C

Tn=26+28=540C

0Gpc se calculeaz cu urmtoarea relaie la temperatura medie aritmetic ntre T1 i Tn+1 , n kJ/kgK

32T,0p TDTCTBAc

0G

unde: A, B, C, D-constante specifice gazului purttor (etanul) i care sunt tabelate n literatur

KCTTT n 306332

26402

011

A=1,80395102

B=5,93510

C= -2,3120510-3

D= 2,9043610-7

1030690436,23061031205,230693510,5395,1807323306

0

KpGc

KkgJ

c KpG 37,1788306

0= 1,788 kJ/kgK

Cldura specific medie a soluiei de absorbant0lpc se citete din grafice din literatur la

temperatura medie aritmetic ntre T0 i Tn, n kJ/kgC:

10

CTTT n 00 432

54322

00,4430CpLc kJ/kgC;HR =1920 kJ/kg se citete din tabele din literatur

hkgYYGG nCO

R 8,24834445,56)00222,0111,0(98,518)( 1102 Rezult:

CTT bn 041,5400,48,48848299313788,14,1556930500,48,4884819208,2483

Temperatura presupus: Tn= 26+28 = 54C 54-54,41 =-0,41CFa de valoarea presupus 54C, valoarea rezultat poate fi satisfctoare.

1.3Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de absorbie

Numrul de talere teoretice se determin prin metoda grafic simplificat, bazat pe curba de

echilibru pentru sistemul CO2-MEA la presiunea din coloan i pe dreapta de operare. Curba de

echilibru X-Y se calculeaz pornind de la valorile presiunii pariale CO2 citite din grafice de literatur

pentru diferite valori de X i la temperatura medie pe coloana de absorbie. Din legea lui Dalton se

calculeaz fraciile molare ale CO2 care se transform n rapoarte molare Y.

Curba de echilibru X-Y se reprezint n grafic semilogaritmic.

Dreapta de operare trece prin punctele definite de concentraiile fluxurilor n contracurent la

extremitile coloanei i anume punctul A (X0, Y1) i punctul B (Xn, Yn+1). Concentraia Xn se alege

astfel nct prin plasarea corespunztoare a punctului B s rezulte un numr rezonabil de talere

teoretice. Datorit faptului c valorile Y variaz pe un domeniu foarte mare, reprezentarea grafic

exact n coordonate rectangulare necesit o dimensiune foarte mare a graficului pe ordonat. De

aceea, n acest caz se apeleaz la graficul semilogaritmic unde dreapta de operare devine o curb de

operare. Pentru reprezentarea ei sunt necesare i alte puncte intermediare n afara punctelor extreme

A i B. Calculul lor se face cu ecuaia dreptei de operare dnd valori lui X ntre X0 i Xn.

)5,0;03,0(),(

472

54402

0

01

XXXX

CTTT

n

n

m

11

Tabel nr.1.: Calculul curbei de echilibru pentru coloana de absorbie (P=4 bar)

kmoliMEAkmoliCO

X 2,bar,P

2CO mol.fr,y 2CO62

2,HkmoliC

kmoliCOY

X0=0,03 910-7 2,2510-7 2,2510-7

0,1 1,210-5 310-6 310-6

0,2 7,910-5 1,9710-5 1,9710-5

0,3 2,510-4 6,2510-5 6,2510-5

0,4 1,610-3 410-4 410-4

0,5 710-3 1,7510-3 1,7510-3

P total =4 bar; ytotal

coCO P

P 22 ;

Curba de operare: Y= 10

)( nnO YXXGL

Unde: L0 =120,12 kmoliMEA/h

G0 =518,98 kmoli/h

Tabel nr.2: Calculul curbei de operare pentru coloana de absorbie:

kmolMEAkmoliCO

X 2, 1nnGL YXXY 00 62

2,HkmoliC

kmoliCO

X0=0,03 Y1=1,2210-3

0,1 1,8410-2

0,2 4,1610-2

0,3 6,4710-2

0,4 8,7810-1

Xn=0,5 Yn+1=1,1110-1

12

Fig.2 Determinarea numrului de talere teoretice n coloana de absorbie

13

1.4 DIMENSIONAREA COLOANEI DE ABSORBIE

1.4.1 Calculul diametrului coloanei de absorbie

Coloana de absorbie este prevzut cu umplutur clasic, nestructurat (se aleg ineleRaschig de ceramic, de dimensiuni 25253 mm cu caracteristici recomandate de literatur.

Pentru determinarea debitului volumic de gaz este necesar calculul masei molare medii cu

relaia:

kmolkgyMyMM nHCnCObogatg /4,31)1,01(301,044)1( 11. 622 Densitatea fazei vapori la intrarea n coloan se calculeaz cu relaia:

31

06,5)26273(083,0

4,314m

kgTRz

MP

n

vv

s

mV3

994,0360006,5

4,3164,576

Densitatea soluiei de MEA la ieirea din coloan se citete din grafice din literatur: la Tn

54C i 15%MEA 3994 mkg

l .

hkgLs

/44,514910 solu

min/863,06099444,51491 30 m

LL S

Viscozitatea cinematic a soluiei de MEA se citete din grafice din literatur,la Tn =54 si 15% MEA i

se obine:s

ml

261075,0 .Viscozitatea dinamic a soluiei de absorbant bogat se calculeaz cu relaia:

sm

kglll

46 1045,79941075,0 .

14

FS = 0,7 factor de spumare;

F= 0,5 factor de necare;

S=0,6;

NP= 1 numr de pasuri ;

L=debit de lichid, m/min ;

Vc=volumul corectat al vaporilor m/s ;

Vmax=debitul maxim de vapori la condiiile de temperatur i presiune date, m/s ;

vd =viteza lichidului n deversor, m/s;

Vd= f(S) =f(0,6)= 0,118m/s

CAF=f( v ,s)= f(5,06; 0,6)= 0,42Vc= Vmax (

vl

v

)

5,0 =0,994(06,5994

06,5 )

5,0 =0,0711 m/s

Diametrul coloanei de absorbie se calculeaz cu relaia:

mCBBDc

CAFFSFNPLB

CAFFSFV

VLC c

d

75,1571,1

)83,114,3327,0(327,0571,1

)14,3(

327,042,07,05,01

863,005575,005575,0

83,142,07,05,0

0711,028,3118,030

863,028,330

5.025.02

1.4.2 Calculul nlimii coloanei de absorbie

nlimea coloanei de absorbie se calculeaz cu relaia:

col= (NR-1)S + vf + bz

vf = 1m; bz =1,5m.

15

Em=0,17-0,616log(10 l )=0,17-0,616log(107,4510 4 )=0,249

Em= talereNNN

RR

T 6,3249,09,0

col =(3,6-1)0,6+1+1,5=4,06 m

1.5 CALCULUL PIERDERILOR DE ABSORBANT

La vrful coloanei de absorbie au loc pierderi de absorbant datorit antrenrilor cu gaz

inert.Aceste pierderi se calculeaz cu relaia:

n

iii

n

iii

p

xK

xKGL

1

11

1

unde: Lp debitul molar de absorbant(ap i amin) pierdut pe la vrful coloanei de absorbie,kmol/h

G1 debitul de gaz purificat de la vrful coloanei de absorbie,kmol/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(p=3 bar, T1=35C)

950,0

0495,0

108348,1

102373,1

..13,520152,198,518G

2

2

2

2

4

101

OH

MEA

OH

MEA

CO

x

x

K

K

saracgazh

kmoliGG

16

23,9)95,0108348,10495,0102373,1(1

95,0108348,10495,0102373,113,520 2424

pL

Pierderile din fiecare component al absorbantului srac se calculeaz cu relaiile:

Lp MEA= (Lp+G1) yMEA ; Lp ap= (Lp+G1) yap

hapakg

hkmoliapaL

hkgMEA

hkmoliMEAL

apap

MEAp

14,1661823,995,0108348,113,52023,9

198,0611024,30495,0102373,113,52023,9

2

34

17

2. PROIECTAREA TEHNOLOGIC A COLOANEI DE DESORBIE

2.1Bilanul termic,regimul de temperaturi i consumul de abur

Fig .3 Fluxurile i concentraiile lor n coloana de desorbie

n figura 3 semnificaia simbolurilor este :

Lo debitul soluiei de absorbant ,kmoli/h;

LR refluxul, concentrat n ap,kmoli/h;

Xn concentraia CO2 n absorbantul bogat, kmoli CO2 / kmol MEA;

Xo concentraia CO2 n absorbantul srac, kmoli CO2 / kmol MEA;

YB concentraia CO2 n abur la ieirea din refierbtor, kmol CO2/kmol abur ;

Yv concentraia CO2 n abur la ieirea din coloan, kmol CO2/kmol abur;

Pentru determinarea temperaturii la vrful coloanei de desorbie se pleac de la faptul c

n condiii de echilibru, presiunea parial a aburului (component majoritar la vrful coloanei) este

egal cu presiunea de vapori a apei. Presiunea parial PCO2 este dat de legea lui Dalton:

18

2COP = PVyabur =

TvapaP

unde: PV reprezint presiunea la vrful coloanei de desorbie, bar (din datele

de proiectare);TvapaP presiunea de vapori a apei la temperatura de vrf;

yabur reprezint fracia molar de abur calculat cu relaia:

RCOR

Rabur

2GL

Ly

LR debitul de reflux calculat cu relaia:RCOGR 2RL

R raia de reflux (din datele de proiectare);RCO2G - debitul de CO2 absorbit, kmoli/h.

hapkg

hapkmoli

3,30481835,16935,16945,563LR

aburmolarefryabur .75,045,5635,16935,169

2COP = 1,30,75 = 0,975 bar = 0,975750 = 731,25 mmHg = TvapP

Temperatura la vrf se calculeaz cu relaia lui Antoine:

CTTTC

BA vvv

0Tvapa 9913,46

44,38163036,1825,731lnlnP

unde A,B,C reprezint constantele lui Antoine pentru ap

Temperatura de intrare Tf a absorbantului bogat n coloan este egal cu temperatura de ieire

dup schimbul de cldur cu absorbantul srac de la baza coloanei de desorbie, se estimeaz

conform literaturii;se alege Tf =800C.

Temperatura medie pe coloan se calculeaz ca media aritmetic ntre temperatura din vrf i

temperatura din baz:

CTT bvm0107

211599

2T

Presiunea medie se calculeaz ca medie aritmetic ntre presiunea din vrf i presiunea din baz:

barPP bvm 4,125,13,1

2P

Pentru stabilirea sarcinii termice a refierbtorului, respectiv consumul de abur VB, se

efectueaz un bilan termic pe coloana de desorbie conform conturului I din figura 3:

19

B

os

V

22

V

o

R

R

f

22

f

os

TLs0

TCO

RCO

TV0B

TLR

TCO

RCO

TLs0 hLHGHVQhLhGhL

unde: fos

TLh entalpia soluiei de absorbant la temperatura Tf , kJ/kg;

0V debitul de vapori de ap de la vrful coloanei, kmol/h;

V

o

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

RL debitul de reflux (ap), kmol/h (V0=LR);

R

R

TLh entalpia refluxului la temperatura TR, kJ/kg;

B

os

TLh entalpia soluiei de absorbant la temperatura din refierbtor,kJ/kg.

Relaia de bilan termic se poate scrie innd seama de cldurile specifice:

)TT(cL)hh(L fBp0TL

TL0 S0LS

f

S0

B

S0S

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

)(2222

fV TCO

TCO

RCOR

RCO hHGHG

innd cont de relaiile de mai sus ecuaia de bilan termic devine:

RRCO

TL

TV0fBp0B HG)hH(V)TT(cLQ 2

R

R

V

0S0LS

19208,2483)12,25123,2676(3,3048)80115(1,48,48848 BQ

hkJQB 61,19171161

Debitele masice ale fluxurilor implicate n relaia de calcul a sarcinii refierbtorului au fost

calculate anterior.

V

0

TVH entalpia vaporilor de ap la temperatura TV=99C, s-a citit din tabele din literatur, kJ/kg;

R

R

TLh entalpia refluxului la temperatura TR=115C, s-a citit din tabele din literatur , kJ/kg;

S0Lpc se citete din grafice din literatur n funcie de temperatura medie aritmetic ntre TB i

TR i concentraia soluiei de MEA.RH se citete din tabele din literatur n funcie de tipul absorbantului.

Cunoscnd sarcina refierbtorului se poate calcula debitul de vapori VB:

BTV

BB l

QV

Fracia molar a apei n vaporii VB la echilibru cu soluia apoas de amin se determin

astfel:pentru o soluie care conine 15% mas MEA i 85% mas ap se citete din grafice din

20

literatur compoziia apei n faz vapori i se obine 95,05% mas.Se transform compoziia fazei

vapori din %mas n fracii molare i se gsete y=0,997 fracii molare ap.

unde: BTVl reprezint cldura latent de vaporizare a lichidului cu compoziia vaporilor VB n kJ/kg

i se calculeaz cu relaia:

)y1(lyll BBB T minaTap

TV

BTapl cldura latent de vaporizare a apei la temperatura TB, kJ/kg;

BTminal cldura latent de vaporizare a aminei la temperatura TB,kJ/kg;

y fracia molar a apei n vaporii VB la echilibru cu soluia apoas de amin.

kgkJl BTV 2214)997,01(892997,01,2218

haburkmoli

haburkg

VB 17,4801805,864305,8643

221461,19171161

2.2 Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de desorbie

Numrul de talere teoretice se determin prin metoda grafic simplificat bazat pe curba de

echilibru pentru sistemul CO2-MEA la presiunea din coloan i pe dreapta de operare. Curba de

echilibru Y-X se calculeaz pornind de la valorile presiunii pariale CO2 citite din grafice din

literatur pentru diferite valori de X i la temperatura medie pe coloana de desorbie

C 1072

99115Tm . Dreapta de operare trece prin punctele definite de concentraiile fluxurilor n

contracurent la extremitile coloanei si anume punctul A (X1, Vb) i punctul B (Xn, V0). Concentraia

Yf se calculeaz cu relaia:

aburkmolkmoliCO

LG

R

RCO 2

f 333,035,16945,56Y 2

21

Concentraia Yb se citete din curba de echilibru X-Y la valoarea lui X0=0,03 kmolMEAkmoliCO2

Yb=2,8610-4aburkmol

kmoliCO 2

Concentraia X1 se stabilete prin bilan material pe conturul II din figura 2:

031,003,01086,212,12017,480 4

00

1 XYLV

X BB

kmolMEAkmoliCO2

A(0,031; 480,17) i B(0,5 ;169,35)

Pentru reprezentarea curbei de operare sunt necesare i alte puncte intermediare n afara

punctelor extreme A i B. Calculul lor se face cu ecuaia dreptei de operare dnd valori lui X ntre X1i Xn . n calcul se va ine seama c n zona de stripare debitul de vapori scade liniar ntre VB i V0,

ceea ce nseamn c trebuie reprezentat grafic variaia debitului de vapori cu concentraia X. Din

acest grafic se citesc valorile lui V pentru diferite valori ale lui X i se introduc n ecuaia dreptei de

operare.

Tabel nr.3 Debitului de abur de-a lungul coloanei de desorbie a CO2 din soluii apoase de MEA

kmolMEAkmolCO

X 2, V,h

kmoli

0,031 480,17

0,1 435

0,2 365

0,3 300

0,4 230

0,5 169,35

22

Fig.4 Variaia debitului de abur de-a lungul coloanei de desorbie a CO2 din soluii apoase de MEA

23

Tabel nr.4: Calculul curbei de echilibru pentru coloana de desorbie

kmolMEAkmolCO

X 2,bar,P

2CO mol.fr,y 2CO62

2,HkmolC

kmolCOY

0,03 410-4 2,8610-4 2,8610-4

0,1 4,510-2 3,210-2 3,310-2

0,2 1,510-1 1,110-1 1,210-1

0,3 410-1 2,8610-1 410-1

0,4 1 7,110-1 2,5

0,5 1,410

m

co

CO PP

y 22

barPP bvm 4,125,13,1

2P

Tabel nr.5: Calculul curbei de operare pentru coloana de desorbie:

kmolMEAkmolCO

X 2, bVL YXXY 10aburkmol

kmolCO2,

X1=0,031 Yb=2,8610-4

0,1 1,910-2

0,2 5,610-2

0,3 1,0810-1

0,4 1,9310-1

Xn=0,5 Yf=3,310-1

24 Fig 5. Determinarea numrului de talere teoretice pentru coloana de desorbie

25

2.3 DIMENSIONAREA COLOANEI DE DESORBIE

2.3.1 Calculul diametrului coloanei de desorbie

Calculul diametrului n zona superioar

Sarcina maxim de vapori este:

hkmoliGVV RCO 8,22545,5635,16920max

Masa molar medie a vaporilor de la vrful coloanei de desorbie se calculeaz cu relaia:

kmolkgM

molareCOfrY

Yy

yMyMM

v

f

ff

faburfCOv

5,24)25,01(1825,044

.25,0333,01

333,01

)1(

2

2

Densitatea vaporilor se calculeaz cu relaia:

3mkg03,1

99273083,024,53,1

v

vvv TR

MP Aplicnd legea general a gazelor se calculeaz debitul volumic de vapori:

sV

3m49,1360003,1

5,248,225

Debitul maxim de lichid la vrful coloanei este:

hkgL /44,51491max

Densitatea soluiei de absorbant la temperatura Tf este: 3mkg960l i s-a citit din literatur la

temperatura Tf.

FS = 0,7 factor de spumare; F= 0,5 factor de necare;

S=0,6; NP= 1 numr de pasuri ;

L=debit de lichid, m/min ;

Vc=volumul corectat al vaporilor m/s ;

Vmax=debitul maxim de vapori la condiiile de temperatur i presiune date, m/s ;

vd =viteza lichidului n deversor, m/s;

Vd= f(S) =f(0.6)= 0,118m/s

CAF=f( v ,s)= 0,41 s-a citit din grafic.

26

Vc= Vmax(vl

v

)

5,0 =1,49(03,1960

03,1 )

5,0 =0,0488 m/s

Se calculeaz debitul de soluie de absorbant bogat :

L= min/894,096060

44,5149160

30 mL

l

s

Diametrul coloanei de desorbie se calculeaz cu relaia:

mCBBDc

CAFFSFNPLB

CAFFSFV

VLC c

d

56,1571,1

)37,114,3347,0(347,0571,1

)14,3(

347,041,07,05,01

894,005575,005575,0

37,141,07,05,0

0488,028,3118,030

894,028,330

5.025.02

Calculul diametrului n zona inferioar

Sarcina maxim de vapori este:

GB Vhkg

hkmoliVV 98,94961861,52761,527max

Densitatea vaporilor se obine din literatur la temperatura din baz,considernd c vaporii sunt

alctuii numai din abur: 3v mkg965,0

Aplicnd legea general a gazelor se calculeaz debitul volumic de vapori:

s

VVv

G3

maxm73,2

3600965,098,9496

3600

Debitul maxim de lichid la vrful coloanei este:

GLhkgL 2,49007max

Densitatea soluiei de absorbant la temperatura Tb este: 3mkg955l i s-a citit din literatur.

CAF=f( v ,s)= 0,41 s-a citit din grafic.

27

Vc= Vmax(vl

v

)

5,0 =2,73(965,0955

965,0 )

5,0 =0,0868 m/s

L= min/855,095560

2,4900760

3max mL

l

Diametrul coloanei de desorbie se calculeaz cu relaia:

mCBBDc

CAFFSFNPLB

CAFFSFV

VLC c

d

90,1571,1

)22,214,3332,0(332,0571,1

)14,3(

332,041,07,05,01

855,005575,005575,0

22,241,07,05,0

0868,028,3118,030

855,028,330

5.025.02

2.3.2 nlimea coloanei de desorbie

m

NNN

E

usapreE

mmsN

col

RR

Tm

m

bzvf

bzvfRcol

5,235,116,0)136(

3625,09

sup25,0

5,1;1

)1(

2.4 Calculul schimbului termic absorbant srac-absorbant bogat

Conform schemei tehnologice se observ c absorbantul srac se recircul la vrful

coloanei de absorbie de la baza coloanei de stripare. Deoarece absorbantul srac iese din

refierbtorul de la baza coloanei de stripare ca lichid la punct de fierbere cu temperatura Tb=115C i

trebuie s intre pe la vrful coloanei de absorbie la temperatura T0=30C, se impune ca acest flux

termic s fie valorificat pentru a realiza schimbul de cldur cu absorbantul bogat care iese de la baza

coloanei de absorbie cu temperatura Tn=54C i care trebuie s intre ca flux de alimentare n coloana

de stripare la temperatura Tf=80C (valoare aleas conform indicaiilor din literatur. Temperatura cu

care iese absorbantul srac din schimbul de cldur se presupune ca fiind Tx=88C i se verific prin

bilan termic pe conturul I:

X

S0

fn0

nn0

B

S0

TLS0

1TL

n0

TL

n0

TLS0

1 hLhLhLhL

28

Deoarece n literatur nu exist date de entalpii pentru soluiile de amine, ci numai date de

clduri specifice :

xbpS01TLTLS01 TTcLhhL 0lXS0BS0 nfpn0TLTLn s0 TTcLhhL 0lnn0fn0 xbpS01nfpn s0 TTcLTTcL 0l0l

unde: S01L debitul soluiei de absorbant srac de la baza coloanei de desorbie kg/hn

s0L debitul de absorbant bogat de la baza coloanei de desorbie kg/h;

0lpc cldura specific medie a soluiei de absorbant bogat, respective srac, kJ/kgC, care

se citete din grafice din literatur la temperatura medie aritmetic a temperaturilor respective.

nlocuim n relaia anterioar i obinem:

04,542509776,5355109881151,42,49007548000,444,51491 Temperatura Tx=88C presupus s-a verificat deoarece relaia s-a verificat n limita unei erori impuse(

29

hkgGapa 56,21814434,1175,167

328800,48,48848

2.6 Determinarea necesarului de abur saturat la refierbtor

Cunoscnd sarcina refierbtorului coloanei de desorbie se poate calcula i debitul de abur

la refierbtor:

ei Tapa

Tabur

BB hH

QG

unde: iTaburH , eTapah reprezint entalpia aburului/apei la intrarea/ieirea n refierbtor, kgkJ

hkgGB 89,92202,6743,2753

61,19171161

Prin automatizarea instalaiei de eliminare a C02 prin absorbie n soluie apoas de MEAn cadrul acestui proiect se nelege:

implementarea structurilor de reglare a parametrilor de regim pe cele dou coloane:

presiune la coloana de absorbtie;

presiune i temperatura la coloana de desorbtie;

implementarea structurilor de reglare a debitelor:

fluxului de gaz bogat la intrarea n coloana de absorbie;

fluxului de absorbant sarac la intrarea n coloana de absorbie;

fluxului de absorbant bogat la intrarea n coloana de desorbie;

implementarea structurilor de reglare a nivelului:

la baza coloanei de absorbie;

la baza coloanei de desorbie;

n vasul de reflux.

Pentru obinerea acestor deziderate se vor folosi cunotinele dobndite la cursul de

automatizare a proceselor chimice i literatur.

30

BIBLIOGRAFIE

1. Neagu,Mihaela,Fendu,Elena Mirela,Nicolae,Marilena,Calculul proceselor de purificare agazelor industriale,Editura Universitii Petrol-Gaze din Ploieti,2010

2. PRO/II, Reference Manual;

3. Stratul, C., Purificarea gazelor, Editura tiinific si Enciclopedic, Bucureti, 19844. omoghi, V., s.a., Proprieti fizice utilizate n calculele termice i fluidodinamice, U.P.G.,

Ploieti, 1997;

5. Stratul, C., Fracionarea- Principii si metode de calcul, Editura Tehnic, Bucureti, 19866. Marinoiu, V., Paraschiv, N., Automatizarea proceselor chimice, vol. 2, Editura Tehnic, 1992

31

Anexa 1

32

Anexa 2

SCHEMA DE AUTOMATIZARE A INSTALAIEI DE ELIMINARE A CO2-ULUI PRINABSORBIE N SOLUIE APOAS DE MONOETANOLAMIN

DATE DE INTRARE 1.3Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de absorbie 2.2 Determinarea numrului de talere teoretice din coloana de desorbienlimea coloanei de desorbie

2.4 Calculul schimbului termic absorbant srac-absorbant bogat 2.5 Determinarea necesarului de ap de rcire la rcitorul suplimentar BIBLIOGRAFIE