Аналітичний огляд існуючих методів очищення димових газів від СО2
5.2 Матеріальний розрахунок процесу абсорбції
Абсорбція СО2 здійснюється карбонат - бікарбонатним розчином. У якості вихідного розчину використовується 20%-вий розчин карбонату калію, який у процесі многоразової циркуляції у циклі абсорбер - регенератор стає карбонат - бікарбонатним розчином (КБР). Приймаємо для розрахунку такий склад КБР (% мас): К2СО3 - 15, КНСО3 - 14,1, Н2О - 70,9. Щільність розчину - 1139 кг/м3 10.
Концентрація СО2 на виході з абсорбера - не більш 2 % об.
Визначимо кількість поглинутого діоксину вуглецю:
, (5.9)
нм/год,
, (5.10)
кг/год.
Кількість карбонату калію, що йде на звязування 2067,134 кг/год СО2 визначаємо за рівнянням реакції:
К2СО3 + СО2 + Н2О 2КНСО3 (5.11)
138 кг/кмоль 44 кг/кмоль 18 кг/кмоль 2100 кг/кмоль
138 кг К2СО3 - 44 кг СО2;
2067,134 СО2.
Звідси,
кг/год.
У результаті реакції утворюється бікарбонат калію. Його кількість визначаємо пропорцією:
, (5.12)
кг/год.
Витрати води на звязування 2067,134 кг/год СО2 дорівнює:
кг/год,
Концентрація K2CO3 у розчині на вході у абсорбер дорівнює 171 г/л, на виході - 35 г/л [1]. Визначаємо ступінь використання карбонату калію:
. (5.13)
Визначаємо кількість карбонату калію, яка повинна міститися у розчині, з пропорції:
6483,284 кг/год - 79,5%
- 100%,
кг/год.
У розчині міститься (% мас.): К2СО3 - 15; КНСО3 - 14,1; Н2О - 70,9 (вихідні дані). Звідси:
кг/год,
кг/год.
Загальна маса карбонат - бікарбонатного розчину складає:
, (5.14)
кг/год.
При щільності розчину 139 кг/м3 обсяг карбонат - бікарбонатного розчину складає:
, (5.15)
м3/год.
Визначаємо склад димових газів після абсорбції СО2 карбонат - бікарбонатним розчином враховуючи ступінь виробітки поташу у розчині 79,5%.
Кількість СО2 в очищених димових газах складає:
, (5.16)
нм3/год.
Розчинністю N2 та O2 у КБР нехтуємо, так як вона незначна. Тоді,
та (5.17)
Кількість водяної пари у очищених димових газах визначаємо за величиною вологонасичення повітря при 70 єС та 745 мм. рт. ст.. При цих умовах кількість водяної пари у повітрі складає 197,95 г/м3 [10].
, (5.18)
нм3/год,
, (5.19)
кг/год,
нм3/год. (5.20)
Визначимо склад карбонат - бікарбонатного розчину після процесу абсорбції СО2:
, (5.21)
кг/год,
, (5.22)
кг/год,
, (5.23)
кг/год.
Складемо зведену таблицю матеріального балансу процесу абсорбції СО2 карбонат - бікарбонатним розчином.
Таблиця 5.5 - Матеріальний баланс процесу абсорбції
Добуток |
Витрата |
|||||||||
Статті добутку |
нм3/год |
%об |
кг/год |
% мас |
Статті |
нм3/год |
%об |
кг/год |
% мас |
|
Димові гази, у тому числі СО2 N2 O2 H2Oпар |
1336,78010799,852 749,48 1331,463 |
9,4 75,94 5,3 9,36 |
2625,820 13499,815 1070,686 1069,926 |
14,38 73,9 5,86 5,86 |
Димові гази, у тому числі СО2 N2 O2 H2Oпар |
284,421 10799,85 749,48 2915,099 |
1,93 73,23 5,08 19,76 |
558,684 13499,815 1070,686 2342,490 |
3,20 77,2 6,13 13,4 |
|
Разом |
14217,575 |
100 |
18266,247 |
100 |
Разом |
14748,85 |
100 |
17471,675 |
100 |
|
Карбонат - бікарбонатний розчин, у тому числі К2СО3 КНСО3 Н2О |
8155,074 7665,770 38546,316 |
15 14,1 70,9 |
Карбонат - бікарбонатний розчин, у тому числі К2СО3 КНСО3 Н2О |
1671,79 17034,834 36455,108 |
3,03 30,88 66,09 |
|||||
Разом |
54367,16 |
100 |
Разом |
55161,732 |
100 |
|||||
Усього |
72633,407 |
Усього |
72633,407 |