Российский химико-технологической

университет им. Д.И. Менделеева

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Курсовая работа по теме

«Расчёт и анализ энергетических показателей установки извлечения метановой фракции из биогаза методом абсорбции»

Выполнил: Голубенко И. С., гр. ТМ-44

Проверил: Брыков В. П.

Содержание

1. Постановка задачи

2. Принципиальная схема установки

3. Расчёт минимальных затрат работы на разделение смеси

4. Расчёт минимальных затрат работы на компрессирование газа

5. Расчёт фактических затрат работы на компрессирование газа

6. Расчёт материальных и энергетических потоков в процессах абсорбции и десорбции

7. Анализ степени совершенства (КПД) установки.

1. Постановка задачи

Биогаз в больших количествах образуется как отход в сельском хозяйстве. Он представляет собой определённую ценность, т.к. содержит метан, который является топливом. Помимо метана биогаз содержит большое количество CO₂. Поэтому при исходном составе он не может быть использован в качестве топлива, т.к. метан имеет концентрацию ниже предела загорания (предел загорания – такая концентрация, при которой реакция горения поддерживается по цепному механизму). Для решения этой проблемы требуется очистить метан от углекислого газа, т.е. получить метановую фракцию высокой концентрации. Это может быть сделано в процессе абсорбцииCO₂из биогаза раствором моноэтаноламина.

В работе рассмотрена установка очищения биогаза абсорбцией с энергетической точки зрения, т.е. вычислены минимальные затраты энергии на очищение и фактические затраты. Они сопоставлены друг с другом, проанализирована степень совершенства (КПД) такой установки.

2. Принципиальная схема установки

1-Газгольдер постоянного давления

2-Компрессор

3-Адсобция на угле

4-Абсорбер

5-Десорбер

6-Теплообменник рекуперации тепла

7-Насос

8-Адсорбционная осушка

Исходный биогаз поступает в установку с расходом V_исх, при давленииP’, близком к атмосферному. Для поддержания постоянного давления он проходит через газгольдер постоянного давления¹. Далее газ направляется в компрессор, где сжимается до давленияP’’. В компрессоре затрачивается работа сжатияW_кр, отводится тепло в окружающую средуQ_ср. Сжатый газ проходит через адсорбционную очистку от примесей сернистого газа на угле (в работе не рассматривается). Далее газ поступает в абсорбер на основную стадию. Очищенный газ выходит из абсорбера при том же давленииP’’ и проходит через адсорбционную осушку 8. После этого метановая фракция выходит как продукт с расходомV_мф.

Потоки поглотителя замкнуты в цикл. После выхода из абсорбера поглотитель, обогащённый углекислотой, проходит через теплообменник рекуперации тепла и попадает в десорбер. Там он нагревается за счёт конденсации греющего пара в змеевике (расход пара - N_гп). Растворимость газов в жидкостях уменьшается с увеличением температуры, поэтому происходит процесс десорбцииCO₂. Углекислый газ выходит из десорбера как отход при давленииP’ с расходомV_CO2

Поглотитель после десорбции проходит через теплообменник рекуперации, где отдаёт своё тепло поглотителю, поступающему на десорбцию. Далее насосом он перемещается в абсорбер, и цикл замыкается.

Исходные данные

Расход поступающего газа = 600 м³/ч при н.у (1 атм. 273,15 К)

Температура на входе T= 286 К

P’ = 1,021 бар

P’’ = 8,5 бар

Исходный мольный состав газа по метану y₀ = 0,61

Состав метановой фракции y₁ = 0,951