Методика расчета адсорбционного способа осушки газа

Для расчета принимаем:

1. Осушитель – цеолит по А, срок службы 3-4 года; влагоемкость в конце службы 9% по массе; десорбцию влаги из цеолита проводят сырым газом, имеющим температуру на входе в адсорбер Т_вх; расход Q; влагосодержание газа в начале процесса осушки U₁.

2. Линейная скорость газа при параметрах адсорбции – W; время контакта газа и адсорбента – не менее 10с; коэффициент сжимаемости газа – z; давление – р.

3. Продолжительность циклов: адсорбции – t_а, регенерации – t_р, охлаждения – t_о.

4. Диаметр адсорбера – d.

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 – 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:

C₁ =2 G.

2. Производительность одного адсорбера (м³/ч)

, ()

где W – линейная скорость газа; S – площадь поперечного сечения адсорбера, S =0, 785 d²; z – коэффициент сжимаемости газа; 10, 2 – переводной коэффициент.

3. Число адсорберов определяется по формуле

n_а=Q_сут/V_а.

Число адсорберов округляем до большего целого.

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

4. Количество цеолита в одном адсорбере

G_а=C₁/n.

5. Высота слоя цеолита (м) при его насыпной массе r (т/м³)

(…)

6. Время контакта газа и адсорбента

t_к=Н/W, (t_к> 10с). (…)

Рассчитываем десорбцию:

1. Расход теплоты на нагрев адсорбента (Дж)

Q₁=G_ас_адс(Т_ср-Т_нач), (…)

где с_адс – удельная теплоемкость адсорбента; Т_ср – средняя температура регенерации, Т_ср = (Т_вх+Т_вых)/2, где Т_вх, Т_вых – температура газа регенерации соответственно на входе и выходе из слоя в конце регенерации; Т_нач – температура адсорбента в начале регенерации.

2. Расход теплоты на нагрев адсорбера (Дж)

Q₂=G_мс_м(Т_ср-Т_нач), (…)

где G_м – масса адсорбера; с_м – удельная теплоемкость металла.

Расход теплоты на нагрев теплоизоляции (Дж)

Q₃=0, 2Q₂. (…)

4. Расход теплоты на нагрев воды (Дж)

, (…)

где – количество влаги, содержащейся в адсорбенте; – удельная теплоемкость воды; Т_кип – температура кипения воды при давлении газа регенерации.

5. Расход теплоты на испарение воды (Дж):

(…)

где с_исп – скрытая теплота испарения.

6. Потери тепла

Q₆=0, 1(Q₁+Q₂+Q₃+Q₄+Q₅) (…)

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

, (…)

где К₁ – переводной коэффициент, K₁=1, 463; К₂ – переводной коэффициент, К₂=1, 293.

По двум технологическим линиям расход

V=V_г× 2× 12 (…)

Рассчитываем охлаждение:

1. Температура слоя в конце охлаждения Т_охл (t_охл).

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

Q₁=G_ас_адс ((Т_вых+Т_нач)/2-Т_охл). (…)

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

Q₂=G_мс_м ((Т_вых+Т_нач)/2-Т_охл). (…)

4. Тепловые потери при охлаждении

Q₃=(Q₁+ Q₂)0, 05. (…)

5. Общая теплота охлаждения

Q_общ= Q₁+ Q₂-Q₃. (…)

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

6. Объем газа, необходимого для охлаждения,

7. Расход газа в цикле охлаждения соответствует расходу газа в цикле регенерации. Время, за которое закончится охлаждение адсорбера,

t_охл=V_г/V_о. (…)

Принятое время охлаждения t_охл.