Экспериментальное исследование макета устройства абсорбции углекислого газа из парогазовой смеси

Исследование растворимости углекислого газа в смеси с водяным паром в воде на макете устройства абсорбции с большим содержанием неконденсирующихся газов. Рекомендации по расчету системы утилизации углекислого газа в конденсационном устройстве энергоблока.

Рубрика Производство и технологии
Вид статья
Язык русский
Дата добавления 27.11.2018
Размер файла 919,1 K

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

1,2,3 ФГБОУ ВПО «Калужский государственный университет им. К.Э. Циолковского»

Экспериментальное исследование макета устройства абсорбции углекислого газа из парогазовой смеси

Карпушин А.Г. 1, Сережкин Л.Н. 2, Кирюхина Н.В. 3

e-mail: kaf10@tksu.ru, serezhkinleon@mail.ru, natakir21@gmail.com

Исследование осуществляется по Соглашению о предоставлении субсидии между Министерством образования и науки Российской Федерации и ЗАО НПВП «Турбокон» № 14.576.21.0049 от 26.08.2014г. по теме «Прикладные научно-технические разработки в обеспечение создания энергоблока мощностью 300 МВт с ультрасверхкритическими параметрами пара на базе угольных котлов с газовым перегревом пара и получением коэффициента полезного действия не менее 53%» в соответсвии с договором № 14066 от 10.09.2014г. между ФГОУ ВПО «Калужский государственный университет им. К.Э.Циолковского» и ЗАО НПВП «Турбокон».

Цель работы заключается в исследовании растворимости углекислого газа в смеси с водяным паром в воде на макете устройства абсорбции с большим содержанием неконденсирующихся газов и разработке рекомендаций по расчету и конструированию экспериментального образца системы утилизации углекислого газа в конденсационном устройстве энергоблока с ультрасверхкритическими параметрами.

Особенность процессов, происходящих в конденсационном устройстве энергоблока с состоит в том, что одновременно с поглощением СО2 происходит конденсация водяного пара из смеси Н2О-СО2. Это изменяет температурный режим процесса абсорбции и, следовательно, негативно влияет на характер поглощения СО2.

В отличие от абсорберов, предназначенных для утилизации СО2 из смеси с воздухом или газообразными продуктами сгорания, в рассматриваемой ситуации в составе смеси имеется примерно равное объемное содержание углекислоты и водяного пара. Из этого вытекают два следствия: растворимость углекислый газ утилизация

- парциальное давление углекислого газа в смеси составит около половины общего давления (атмосферного или повышенного);

- процесс растворения СО2 сопровождается дополнительным нагревом поглотителя за счет конденсации водяных паров.

Второе следствие существенно отличает работу абсорбера от классических промышленных вариантов [1].

Экспериментальные исследования растворимости углекислого газа в смеси с водяным паром в воде проводились на макете устройства абсорбции с большим содержанием неконденсирующихся газов в паре. .Абсорбер представляет собой колонну с патрубками подвода и отвода поглощаемой среды и поглотителя. Тип абсорбера - тарельчатый, тип тарелок - ситчатые. Количество тарелок - пять штук. Тарелки снабжены переливными устройствами (патрубками). С целью визуализации процесса абсорбции корпус абсорбера выполнен из стеклянной трубы. Направление движения рабочих сред - противоток. Поглощаемым компонентом является углекислый газ в смеси с водяным паром, поглотитель - вода.Объем абсорбера составляет 0,0048 м3.

На первом этапе исследования растворимости углекислого газа с большим его содержанием в паре проводились на 2 режимах, которые устанавливались следующим образом: при постоянном расходе воды на поглощение углекислого газа изменяются расходы пара и расходы углекислого газа. Экспериментальные данные были получены при массовом расходе пара на входе в абсорбер =0,00283 кг/с, при расходе воды (абсорбента)=0,05439 кг/с и CO2 = 0,0035 и 0,0036 кг/с.

Фотографии работы абсорбера в этих режимах показаны на рисунке 1. Поверхность контакта развивается потоками газа, распределяющегося в жидкости в виде пузырьков и струек, наблюдается барботаж. Из рисунка видно, что не все тарелки задействованы в этом процессе. В режиме 1 не рабочими являются четвертая и пятая тарелки, в режиме 2 не рабочей является пятая тарелка (отсчет сверху).

Эксперимент показал пульсирующий режим работы абсорбера, что затрудняет определение выхода на рабочий режим.

Обработка экспериментальных данных производилась по следующей методике.

1 . Определяется расход углекислого газа в камеру смешения по формуле:

где - критическое сечение измерительного сопла на линии газопровода CO2, , - давление и температура CO2 перед измерительным соплом.

2. Определяется расход пара на входе в камеру смешения по формуле

где - электрическая мощность тэнов парогенератора, кВт, - тепловые потери парогенератора и паропроводов, определяемые специальным опытом, кВт, r - теплота фазового перехода при давлении в парогенератор, кДж/кг.

3. Определяется расход воды на входе в абсорбер

где - перепад давлений на расходомере воды, - коэффициент расхода измерительной диафрагмы.

Размещено на http://www.allbest.ru/

4. Определяется расход углекислого газа на выходе

По показаниям ротаметра на выходе определяется объемный расход парогазовой смеси и давление .

По температуре смеси в линии выхода t определяем парциальное давление пара .

Парциальное давление газа в смеси

Объёмный расход углекислого газа

5. Массовый расход углекислого газа

где - удельный объем CO2 при давлении P и температуре tна выходе.

6. Объемный расход пара на выходе,

7. Массовый расход пара на выходе

где - удельный объем пара.

8. Плотность смеси на выходе

9. Количество CO2, поглощенного в процессе абсорбции

10. Изменение концентрации CO2 в воде

Для математической обработки данных использовался математический пакет Mathcad 15. В таблице 1 представлены сравнительные результаты различных режимов работы абсорбера.

Таблица 1- Результаты обработки экспериментальных данных

Режим

Расход выпара на выходе из абсорбера,

Расход воды для поглощения СО2 на входе в абсорбер

Расход СО2 на входе в камеру смешения

Количество СО2 поглощенного в абсорбере

кг/с

кг/с

кг/с

кг/с

1

0,003697

0,0545399

0,0037638

0,0001529

2

0,003519

0,0539263

0,0035898

0,0001518

Обобщение результатов проводилось в следующей последовательности.

1. Определяется равновесная концентрация CO2 при нормальных условиях) по справочным данным [3].

2. Вводится поправка на давление газа по закону Дальтона

3. Определяется среднелогарифмическая разность концентраций в абсорбере

где , - концентрация CO2 в воде на выходе аппарата.

4. Для оценки ожидаемых результатов вычисляется коэффициент массоотдачи

где -объём активной зоны абсорбера, - его сечение.

Эти же данные могут быть представлены в безразмерном виде зависимости критерия Шервуда

от относительной концентрации ,где - коэффициент диффузии углекислого газа.

Для оценки результатов эксперимента так же использовался математический пакет Mathcad 15. В таблице 2 представлены сравнительные результаты различных режимов работы абсорбера.

Таблица 2 - Сравнительные результаты различных режимов работы абсорбера

Режим

Расход выпара на выходе из абсорбера,

Расход воды для поглощения СО2 на входе в абсорбер

Расход СО2 на входе в камеру смешения

Коэффициент массоотдачи

Критерий Шервуда,

кг/с

кг/с

кг/с

кг/(м.с)

-

1

0,003697

0,0545399

0,0037638

0,082

6,211*103

2

0,003519

0,0539263

0,0035898

0,092

7,034*103

На экспериментальном стенде макета устройства абсорбции углекислого газа в конденсационном устройстве выявлены следующие недостатки: затруднено определение малых расходов углекислого газа на входе в адсорбер, невозможна работа абсорбера при расходах воды более 0,07 кг/с и углекислого газа более 0,037 кг/с.

Для устранения выше указанных недостатков при разработке эскизной конструкторской документации на экспериментальный образец системы утилизации углекислого газа рекомендуется заменить систему определения расхода СО2 на входе в абсорбер на аналогичную по перепаду давлений (такая используется на выходе из абсорбера) и снизить уровень верхней тарелки.

Экспериментальное исследование будет продолжено. Предполагается исследовать зависимость зависимости коэффициента массоотдачи от теплофизических параметров (давление, температура, расход абсорбента) и обобщить полученные результаты в критериальной форме.

Литература

[1] Дытнерский Ю.И. Процессы и аппараты химической технологии. В 2 ч. Москва, Химия, 2002.

[2] Инженерный справочник DPVA.info. Физический справочник. URL: http://www.dpva.info/Guide/GuidePhysics (дата обращения 21.10.2015).

Размещено на Allbest.ru

...

Подобные документы

  • Классификация углеводородных газов. Процесс очистки газов от механических примесей. Осушка газа от воды гликолями. Технология удаление сероводорода и углекислого газа. Физико-химические свойства абсорбентов. Процесс извлечения тяжелых углеводородов.

    презентация [3,6 M], добавлен 26.06.2014

  • Общая характеристика и классификация массообменных процессов, их использование в промышленности. Схема абсорбции с рециркуляцией жидкости и газа. Зависимость растворимости некоторых газов в жидкостях. Тепловой эффект растворения газа, его измерение.

    контрольная работа [1,8 M], добавлен 22.05.2012

  • Оценка способов покрытия пика неравномерности потребления газа. Технологическая схема отбора и закачки газа в хранилище. Емкости для хранения сжиженного газа. Назначение, конструкция, особенности монтажа и требования к размещению мобильного газгольдера.

    курсовая работа [788,3 K], добавлен 14.01.2018

  • Материальный баланс абсорбера. Расчет равновесных и рабочих концентраций, построение рабочей и равновесной линий процесса абсорбции на диаграмме. Определение скорости газа и высоты насадочного абсорбера. Вычисление гидравлического сопротивления насадки.

    курсовая работа [215,8 K], добавлен 11.11.2013

  • Области применения абсорбционных процессов в химической и смежных отраслях промышленности. Виды установок осушки газа с применением гликолей. Контрольно-измерительные приборы и автоматизация процесса. Расчет освещения и общего сопротивления заземления.

    дипломная работа [181,7 K], добавлен 04.05.2013

  • Физико-химические основы абсорбции. Аппараты, в которых проводят процессы абсорбции, их классификация. Расход поглотителя, температура процесса и количество отводимой теплоты. Скорость подачи газа и поглотителя, подбор типа тарелок, размеров аппарата.

    курсовая работа [186,8 K], добавлен 18.12.2009

  • Существование функциональной взаимосвязи аппаратов в химическом производстве. Химико-технологическая система-совокупность аппаратов, взаимосвязанных технологическими потоками и действующими как одно целое. Системы уравнений технологических связей ХТС.

    курсовая работа [25,9 K], добавлен 16.10.2008

  • Понятие нефтяных попутных газов как смеси углеводородов, которые выделяются вследствие снижения давления при подъеме нефти на поверхность Земли. Состав попутного нефтяного газа, особенности его переработки и применения, основные способы утилизации.

    презентация [693,7 K], добавлен 10.11.2015

  • Сварка как технологический процесс получения неразъемных соединений, характеризующихся межатомной или межмолекулярной связью. Сборочно-сварочные оборудования и инструмент. Охрана труда или пожарная безопасность при сварке в среде углекислого газа.

    курсовая работа [337,8 K], добавлен 28.05.2015

  • Источники образования и допустимые нормы концентрации углекислого газа и окиси углерода в шахтах. Факторы, определяющие климат в горных выработках. Последовательная и параллельная работа вентиляторов. Влияние утечки воздуха на проветривание шахты.

    контрольная работа [626,3 K], добавлен 23.10.2009

  • Компрессоры, используемые для транспортировки газов. Предел взрываемости нефтяного газа. Расчет годового экономического эффекта от внедрения блочных компрессорных установок для компрессирования и транспорта нефтяного газа. Удельный вес газа на нагнетании.

    курсовая работа [2,7 M], добавлен 28.11.2010

  • Сварка как один из наиболее распространенных технологических процессов во всех отраслях промышленности. Анализ опасных и вредных факторов, возникающих при сборке и сварке в среде углекислого газа каркаса жатки. Мероприятия по улучшению условий труда.

    реферат [49,1 K], добавлен 24.06.2013

  • Описание конструкции балки. Особенности сварки в среде углекислого газа. Подготовка металла. Сварочные материалы и режимы сварки. Описание конструкции электростенда и принципа его работы. Производительность оборудования, заработная плата и отчисления.

    дипломная работа [4,7 M], добавлен 17.05.2012

  • Низкотемпературная сепарация газа, особенности данной технологии, используемое оборудование и материалы. Способ сепарации газожидкостной смеси, подготовка ее к транспорту. Основные факторы, влияющие на исследуемый процесс, его достоинства и недостатки.

    курсовая работа [246,8 K], добавлен 22.01.2015

  • Изучение классификации методов осушки природных газов. Состав основного технологического оборудования и механизм работы установок подготовки газа методом абсорбционной и адсорбционной осушки. Анализ инновационного теплофизического метода осушки газа.

    доклад [1,1 M], добавлен 09.03.2016

  • Средний состав и характеристика природного газа Степановского месторождения. Низшая теплота сгорания смеси. Определение численности жителей. Газовый расход на бытовые нужды населения. Определение часовых расходов газа по статьям газопотребления.

    курсовая работа [88,6 K], добавлен 24.06.2011

  • Анализ общих сведений по Уренгойскому месторождению. Тектоника и стратиграфия. Газоносность валанжинского горизонта. Свойства газа и конденсата. Технологическая схема низкотемпературной сепарации газа. Расчет низкотемпературного сепаратора очистки газа.

    дипломная работа [1,7 M], добавлен 09.06.2014

  • Анализ газовых горелок: классификация, подача газа и воздуха к фронту горения газа, смесеобразование, стабилизация фронта воспламенения, обеспечение интенсивности горения газа. Применения систем частичной или комплексной автоматизации сжигания газа.

    реферат [1,2 M], добавлен 23.12.2011

  • Схема добычи, транспортировки, хранения газа. Технологический процесс закачки, отбора и хранения газа в пластах-коллекторах и выработках-емкостях. Базисные и пиковые режимы работы подземных хранилищ газа. Газоперекачивающие агрегаты и их устройство.

    курсовая работа [3,8 M], добавлен 14.06.2015

  • Разработка чертежа отливки детали "Корпус". Изготовление литейной формы методом ручной формовки. Алгоритм получения поковки детали методом горячей объемной штамповки на штамповочном молоте. Процесс полуавтоматической сварки в среде углекислого газа.

    контрольная работа [1,1 M], добавлен 09.12.2013

Работы в архивах красиво оформлены согласно требованиям ВУЗов и содержат рисунки, диаграммы, формулы и т.д.
PPT, PPTX и PDF-файлы представлены только в архивах.
Рекомендуем скачать работу.