Оптимизация процесса и математическое моделирование тонкой очистки коксового газа от диоксида углерода водным раствором едкого натра

• Автор: Белицкий, Анатолий Гавриилович
• Шифр специальности: 05.17.08
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Липецк
• Количество страниц: 132 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
Л И Т Е Р А Т У Р Н Ы Й О Б З О Р.

1.1 .Абсорбционная установка очистки коксового газа от С02 раствором ХаОН и ее место в технологической схеме тонкой очистки коксового газа. 9 Е2.Методы оптимизации химико-технологического процесса поглощения
С02 из коксового газа водным раствором щелочи (ЫаОН)
1.3.Методы моделирования хемосорбционного процесса поглощения С02 раствором ИаОН
1.3.1.Расчет фазового равновесия системы С02
1.3.2.Материальный баланс хемосорбционного процесса с рецир куляцией абсорбента
1.3.3.Расчет движущей силы абсорбционных процессов
1.3.4.Расчет кинетики хемосорбционных процессов
1.3.5.Методы исследования структуры потоков
ЕЗ.б.Гидродинамические модели структуры потоков
1.3.7. Основные гидродинамические характеристики насад очных абсорберов поглощения С02 из коксового газа
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
2. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВИДА И ПАРАМЕТРОВ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ЧАСТЕЙ АБСОРБЦИОННЫХ КОЛОНН
2.1 .Определение физико-химических параметров процесса хемосорбции
С02 раствором ИаОН
2.2.Опытное определение вида гидродинамической модели и чисел
Боденштейна
2.3 Определение удерживающей способности насадок
2.4.Опытное определение гидравлических сопротивлений частей колонн
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
3.РАЗРАБОТКА ПОЛНОЙ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ПРОЦЕССА ЩЕЛОЧНОЙ ОЧИСТКИ КОКСОВОГО ГАЗА ОТ С02
3.1. Модель массопередачи в насадочном абсорбере
3.2 Алгоритм решения математического описания
3.3 Анализ результатов расчетов и проверка адекватности моделей
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ

4 .РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМА ОПТИМИЗАЦИИ ЩЕЛОЧНОЙ ОЧИСТКИ КОКСОВОГО ГАЗА ОТ С02
4.1 Алгоритм оптимизации многостадийных процессов методом
динамического программирования
4.2.Анализ работы алгоритма оптимизации
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
5. ПУТИ ИНТЕНСИФИКАЦИИ И ОЦЕНКА ЭФФЕКТИВНОСТИ ОПТИМИЗАЦИИ ПРОЦЕССА ХЕМОСОРБЦИИ С02 РАСТВОРОМ ИаОН
5.1 .Пути интенсификации хемосорбции С02 раствором ЫаОН
5.2.Оценка эффективности оптимизации абсорбционной установки хемосорбции С02 раствором ИаОН
ВЫВОДЫ К ГЛАВЕ
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ
Одним из основных направлений развития химических производств является повышение эффективности работы действующего оборудования путем внедрения вычислительной техники и современных математических методов для управления химико-технологическими процессами.
При этом должен быть достигнут, такой режим работы, для которого технико-экономические показатели будут наиболее высокими, т.е. стоимость переработки единицы продукции будут наименьшими.
Большое число эксплуатируемых в настоящее время абсорбционных аппаратов не всегда отвечают современному уровню абсорбционной техники, т.к. во многих случаях их выбор производился без достаточных оснований и определялся традицией существующей в той или иной отрасли промышленности основанных на данных 30 - 50 летней давности [43]. Часто абсорбционные процессы осуществляются в производстве не в оптимальных режимах, не соответствующих современным экономическим и экологическим требованиям, предъявляемым к абсорбционным аппаратам.
Так, на азотно-туковом производстве АО "HJIMK", в абсорбционной установке для поглощения СО2 из коксового газа используется водный раствор NaOH, при хемосорбции которым достигается очень хорошее извлечение (содержание СО2 в коксовом газе достигает 5-10 ppm). Такая высокая степень очистки от СО2 необходима для нормального режима работы низкотемпературного блока разделения коксового газа в котором получается технологический газ для синтеза аммиака. Однако в результате наблюдений за эксплуатацией установки выявлены следующие резервы, использование которых позволит понизить затраты связанные с проведением данного процесса.
Установка представляет собой систему из двух противоточных насадочных абсорберов разделенных на две части, в которых циркулирующим раствором NaOH орошается коксовый газ. При этом

Yi-Y2
Лер. =

Число единиц переноса служит аналогом движущей силы и характеризует достигаемую степень извлечения компонента, высота единицы переноса
является аналогом коэффициента массопередачи и характеризует
интенсивность аппарата.
Связь между Nor и N0* выражается соотношениями m Nor
N0* =
lo A
где величина

A =--- (1.37)

является абсорбционным фактором.
Таким образом, три метода являются лишь разными математическими выражениями одного и того же процесса и в этом отношении равноценны, и выбор метода должен обуславливаться практическими соображениями.
Следует напомнить, что процесс поглощения С02 из коксового газа является хемосорбционным. В этом случае кинетика абсорбции определяется не только скоростью массообмена, но и кинетическими закономерностями реакции.
1.3.4.Расчет кинетики хемосорбционных процессов
При абсорбции С02 раствором щелочи поглощение газа жидкостью сопровождается химическим взаимодействием фаз. При этом реакция между компонентом и поглотителем протекает в жидкой фазе, где часть компонента переходит в связанное состояние и концентрация свободного компонента в жидкости понижается. Такое понижение приводит к увеличению концентрационного градиента и ускорению абсорбции в жидкой фазе по сравнению с физической абсорбцией. Это ускорение тем больше, чем выше скорость химической реакции, т.е. чем быстрее растворенные молекулы компонента переходят в связанное состояние [1,3,4].