Пример расчета адсорбционного способа осушки газа.

1. Осушитель – цеолит NaA, срок службы 3-4года; влагоемкость в конце службы 9% по массе; десорбцию влаги из цеолита проводят сырым газом, имеющим температуру на входе в адсорбер Т_вх=523К; расход Q_сут=12, 7× 10⁶м³/сут; влагосодержание газа в начале процесса осушки U₁=0, 579× 10⁶м³/сут;

2. Линейная скорость газа при параметрах адсорбции W=0, 2м/с; время контакта газа и адсорбента не менее 10с; коэффициент сжимаемости газа z=0, 9; давление р=5, 5МПа.

3. Продолжительность циклов: адсорбции t_а=8ч, регенерации t_р=6ч, охлаждения t_о=2ч.

4. Диаметр адсорбера d=3м.

Рассчитываем цикл адсорбции:

1. Определяем количество адсорбента

где U₁ – влагосодержание газа в начале процесса осушки; U₂ – влагосодержание газа в конце процесса осушки (принимаем, что вся влага извлекается из газа, т.е. U₂=0); a_д – динамическая влагоемкость цеолита, равная 3% по массе или расчетная 9-3=6% по массе.

Полученное количество цеолита удваиваем для обеспечения непрерывности периодического процесса, тогда общая потребность цеолита на 3-й год эксплуатации составит: G₁=41× 2=82т.

2. Производительность одного адсорбера

3. Число адсорберов определяется по формуле

n_a=Q_сут/V_a=12, 7× 10⁶/(317, 1´ 10³× 24)=1, 67.

Принимаем n=2. Так как процесс периодический, полученное число адсорберов удваиваем, т.е. установка будет состоять из двух технологических ниток по два адсорбера каждая, следовательно, принимаем n=4.

4. Количество цеолита в одном адсорбере

5. Высота слоя цеолита при его насыпной массе 0, 65т/м³

6. Время контакта газа и адсорбента

t_к=Н/W=4, 57/0, 2=22, 8»23с,

т.е. в 2, 3 раза больше принятого.

Рассчитываем десорбцию:

1. Расход теплоты на нагрев адсорбента

Q₁=G_ас_адс(Т_ср-Т_нач)=21000× 0, 88(513-298)=3, 97× 10⁶Дж,

Т_ср – средняя температура регенерации:

Т_ср=(Т_вх+Т_вых)/2=(523+503)/2=513К,

где Т_вх, Т_вых – температура газа регенерации соответственно на входе и выходе из слоя в конце регенерации,

Т_вх=523К(t_вх=250^оС) и Т_вых=503К(t_вых=250^оС).

Т_нач – температура адсорбента в начале регенерации,

Т_нач=298 К(t_вх=25^оС.

2. Расход теплоты на нагрев адсорбера с массой 21000кг:

Q₂=G_мс_м(Т_ср-Т_нач)=21000× 3× 0, 5(513-298)=6, 77× 10⁶Дж.

3. Расход теплоты на нагрев теплоизоляции

Q₃=0, 2× Q₂=0, 2× 6, 77× 10⁶=1, 35× 10⁶Дж.

4. Расход теплоты на нагрев воды при влагоемкости адсорбента 9%

,

где Т_кип – температура кипения воды при давлении газа регенерации, Т_кип=559К (t_охл=286^оС).

5. Расход теплоты на испарение воды при расчетной динамической влагоемкости 6%:

.

6. Потери тепла:

Q₆=0, 1(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅)=0, 1(3, 97+6, 77+1, 35+2, 07+2, 84)× 10⁶=1, 7× 10⁶Дж.

Количество теплоты, поступающей в адсорбер с газом регенерации, должно быть равно расходу теплоты на регенерацию, т.е. Q_г=Q_р.

7. Расход газа регенерации:

.

По двум технологическим линиям расход V=17777× 2× 12=426648м³, что составит 3, 9% от объема осушаемого газа.

Рассчитываем охлаждение:

1. Температура слоя в конце охлаждения Т_охл=318К (t_охл=45^оС).

2. Количество теплоты, которое необходимо отвести при охлаждении адсорбента,

.

3. Количество теплоты, которое необходимо отвести при охлаждении адсорбента и металлоконструкции,

4. Тепловые потери при охлаждении

Q₃=(Q₁+Q₂)× 0, 05=(1, 52+2, 6)× 10⁶× 0, 05=0, 2× 10⁶Дж.

5. Общая теплота охлаждения

Q_общ=Q₁+Q₂ -Q₃=(1, 52+2, 6-0, 2)× 10⁶=3, 92× 10⁶Дж.

Данная теплота должна быть унесена холодным газом, поступающим в адсорбер на охлаждение.

6. Объем газа, необходимого для охлаждения,

Расход газа в цикле охлаждения соответствует расходу газа в цикле регенерации. Время, за которое закончится охлаждение адсорбера, t_охл=V_г/V_о=17777/18684=0, 95ч. Принятое время охлаждения t_охл=2ч.

Задача 2.2: Расчет адсорбционного способа осушки газа

Таблица 2.3 – Исходные данные к задачам 1-20*

* осушитель – цеолит NaA; срок службы – 3-4года; влагоемкость в конце службы – 9% по массе.