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 26.06.2014Общая 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 22.05.2012Оценка 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 14.01.2018Материальный 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 11.11.2013Области 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 04.05.2013Физико-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 18.12.2009Существование 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 16.10.2008Понятие 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 10.11.2015Сварка 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 28.05.2015Источники 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 23.10.2009Компрессоры, 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 28.11.2010Сварка 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 24.06.2013Описание 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 17.05.2012Низкотемпературная 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 22.01.2015Изучение 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 09.03.2016Средний 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 24.06.2011Анализ 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 09.06.2014Анализ 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 23.12.2011Схема 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 14.06.2015Разработка 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