计算题1. 某气田天然气用三甘醇吸收法脱水,吸收塔操作压力为7MPa(绝压),进塔湿天然气含有饱和量的水汽,温度为40℃,要求脱水后干天然气含水量为100kg/10
6m
3天然气,试问贫液进吸收塔浓度至少应为多少?
(1)当天然气压力为7MPa,饱和含水量为100kg/106m3时,查图可得天然气的露点温度tr=-2℃
(2)假定出吸收塔的干天然气的真实水露点温度比其平衡水露点温度高8℃,
即△t=8℃
(3)根据te=tr-△t可知干天然气的平衡水露点为:
te=-2-8=-10℃
(4)于是由te=-10℃和t进=40℃,再查图可知进吸收塔三甘醇贫液的最低浓度为98.5%(质量分数)。
答:贫液进吸收塔的浓度至少为98.5%(质量分数)。
2. 某三甘醇脱水塔,处理压力为7MPa,温度为40℃的含饱和水汽的天然气,吸收塔有实际圆泡罩塔板4块(相当于1块理论塔板),塔的日处理量为1×10
6m
3/d天然气(标准状态下),出塔干天然气含水量为117kg/10
6m
3,进塔贫甘醇浓度为98.7%(质量分数),求三甘醇循环量、吸收水量和循环比。
已知贫液中三甘醇浓度为98.7%(质量分数),则贫液中水的浓度为1.3%(质量分数),于是由三甘醇水溶液中水的质量分数和摩尔分数换算图
可知贫液中水的摩尔分数X0=0.093
因为贫液中三甘醇浓度为0.987,
则查图知水的活度系数r=0.475
再查图知在7MPa,40℃下天然气的饱和含水量为
W0=1120kg/106m3
于是W0=r·W0·X0=0.475×1120×0.093=49.5kg/106m3
根据(WN+1-W1)/(WN+1-W0)=(AN+1-A)/(AN+1-1)
N=1
则(WN+1-W1)/(WN+1-W0)=(1120-117)÷(1120-49.5)=0.937
于是查图知吸收因子A=15
假定沿塔上升的气体流量是常数,
则由K=1.25×10-6·W0·r=1.25×10-6×1120×0.475=0.000665
可得L0=A·K·VN+1=15×0.000665VN+1=0.009975VN+1
已知标准状态下1kmol天然气约等于22.4m3,则每小时进入吸收塔的天然气物质的量为
1000000÷(24×22.4)=1860kmol/h
则每小时三甘醇贫液进吸收塔的物质的量为
1860×0.009975=18.6kmol/h
因为三甘醇贫液的相对摩尔质量为
MLT=0.093×18+0.907×150=137.7kg/kmol
所以三甘醇贫液每小时的循环量为
WL=18.6×137.7=2561kg/h
又查图知,当温度为40℃时,98.7%(质量分数) 的三甘醇溶液的密度为1.11kg/L
则三甘醇贫液每小时循环的体积为
VL=2561÷1.11=2307L/h
所以,三甘醇溶液每小时由天然气中吸收的水量为
Ww=(1120-117)÷24=41.8kg/h
循环比=循环体积数/吸收水量=2307/41.8=55.2L贫液/kg水
答:三甘醇循环量为2561kg/h,吸收水量为41.8kg/h,循环比为55.2L贫液/kg水。
3. 某原料天然气H
2S含量为4%(体积分数),经脱硫处理后,净化气H
2S含量为10mg/m
3,求装置的脱硫效率?
因为X1=yH2S=4%
X2=yH2S=CH2S/ρH2S=10×10-6÷1.539=6.498×10-6
所以η=(X1-X2)/X1=(4%-6.498×10-6)÷4%=99.98%
答:装置的脱硫效率为99.98%。
4. 某脱硫装置原料气H
2S含量为0.2%(体积分数),CO
2含量为1%(体积分数),净化气中CO
2的含量为0.8%(体积分数),求CO
2的共吸率。
ηC=(1%-0.8%)÷1%×100%=20%
答:CO2的共吸率为20%。
5. 某脱硫车间欲配制200t MDEA水溶液,其浓度为45%(质量分数),问需要90%(质量分数)的MDEA多少吨?水多少吨?
设需要90%(质量分数)的MDEA为X吨
则0.9X=0.45×200
X=100t
需水:200-100=100t
答:需90%(质量分数)的MDEA 100t,水100t。
6. 某脱硫装置检修后有浓度为30%(质量分数)的MDEA水溶液90t,今欲用此旧溶液调配为45%(质量分数)的MDEA新溶液200t以备投产使用,问需往旧溶液中加入90%(质量分数)的MDEA多少吨?水多少吨?
设需加入90%(质量分数)的MDEA为X吨
则0.3×90+0.9X=0.45×200
X=70t
水:200-90-70=40t
答:需加入90%(质量分数)的MDEA70t,水40t。
7. 某脱硫装置日处理天然气384×10
4m
3,溶液循环量为160m
3/h,气液比是多少?
QN=384×104m3/d=16×104m3/h
L=160m3/h
所以n=QN/L=16×104÷160=1000
答:其气液比为1000。
8. 某脱硫装置日处理H
2S含量为4%(体积分数),CO
2含量为1%(体积分数)的天然气288×10
4m
3,控制气液比为800,溶液循环量应为多少?
QN=288×104m3/d=12×104m3/h
n=800
所以L=QN/n=12÷104÷800=150m3/h
答:其循环量为150m3/h。
9. 今欲配制新砜胺溶液200t,溶液组成为甲基二乙醇胺:环丁砜:水=40:45:15,问需甲基二乙醇胺、环丁砜、水各多少吨?
需甲基二乙醇胺:200×0.4=80t
环丁砜:200×0.45=90t
水:200×0.15=30t
答:需甲基二乙醇胺80t、环丁砜90t、水30t。
10. 某脱硫装置溶液总量为160m
3,溶液循环量为80m
3/h,今发现溶液有发泡趋势,需立即加入阻泡剂,要求阻泡剂加入后在溶液中的浓度为10×10
-6m
3剂/m
3液,求阻泡剂的注入量和注入时间。
注入量为:160×10×10-6(m3)=160×10×10-6×106(mL)=1600mL
注入时间:160÷80=2h
答:阻泡剂的注入量为1600mL,注入时间为2h。
11. 某脱硫装置内溶液总量为100t,某时刻分析溶液组成为MDEA:SF:H
2O=38:47:15,如何将其调整为装置要求的MDEA:SF:H
2O=40:45:157
从题中可以看出,MDEA不足,SF偏高,水含量刚好,
则可使SF保持不变,向液体中加入适量MDEA和H
2O。
设加入的MDEA为X吨,水为Y吨
则:
整理后为:
解得:X=3.778t
Y=0.667t
答:需往溶液中加入MDEA 3.778t,水0.667t,即可达到要求。
12. 某MDEA法脱硫装置的处理量为120×10
4m
3/d,天然气中H
2S含量为1.704%(体积分数),CO
2含量为2.201%(体积分数),溶液浓度为15%,当溶液循环量为110m
3/h时,其摩尔净负荷为多少?已知ρ
H2S=1.539kg/m
3,ρ
CO2=1.977kg/m
3。
因为Q
N=120×10
4÷24=5×10
4m
3/h
C
MEA=15%
y
H2S=1.704%
y
CO2=2.201%
L=110m
3/h
M
H2S=34.08kg/kmol
M
CO2=44.01kg/kmol
ρ
H2S=1.539kg/m
3 M
MEA=61.1kg/kmol
ρ
液1000kg/m
3 ρ
CO2=1.977kg/m
3 所以
答:其摩尔净负荷为0.3256kmol(H
2S+CO
2)/kmolMEA。
13. 某砜胺法天然气处理量为240×10
4m
3/d,其H
2S含量为4%(体积分数),CO
2含量为2%(体积分数),溶液循环量为200m
3/h,求体积负荷。
因为Q
N=240×104÷24=10×10
4m
3/h
y
H2S=4%
y
CO2=2%
L=200m
3/h
所以
=Q
N·(y
H2S+y
CO2)/L=10×10
4×(0.04+0.02)÷200=30m
3(H
2S+CO
2)/m
3液
答:其体积负荷为30m
3(H
2S+CO
2)/m
3液。
14. 某砜胺法脱硫装置日处理含H
2S 5%(体积分数),CO
2 2%(体积分数)的天然气240×10
4m
3,溶液循环量为200m
3/h,脱硫效率按100%计,求溶液的酸气负荷(
)。已知ρ
H2S=1.539kg/m
3,ρ
CO2=1.977kg/m
3,
=1.539kg/m
3液,
=3.195kg/m
3液。
因为Q
N=240×10
4÷24=10×10
4m
3/h
y
H2S=5%
y
CO2=2%
L=200m
3/h
所以
所以
答:溶液酸气总负荷为38m
3(H
2S+CO
2)/m
3液。
15. 某MEA法脱硫装置的天然气处理量为48×10
4m
3/d,其H
2S含量为1%(体积分数),CO
2含量为2%(体积分数),溶液摩尔负荷为0.4kmol(H
2S+CO
2)/kmolMEA,溶液浓度为10%,此时循环量为多少?
因为Q
N=48×10
4÷24=2×10
4m
3/h
C
MEA=10%
ρ
液=1000kg/m
3 ρ
H2S=1.539kg/m
3 ρ
CO2=1.977kg/m
3 M
H2S=34.08kg/kmol
M
CO2=44.01kg/kmol
M
MEA=61.10kg/kmol
y
H2S=1%
y
CO2=2%
所以
答:溶液的循环量为82.41m
3/h。
16. 某砜胺法脱硫装置的处理量为400×10
4m
3/d,H
2S含量为4.5%(体积分数),CO
2含量为0.5%(体积分数),当溶液的体积负荷为35m
3(H
2S+CO
2)/m
3液时,循环量为多少?
因为Q
N=400×10
4÷24=16.67×10
4m
3/h
y
H2S=4.5%
y
CO2=0.5%
所以L=Q
N·(y
H2S+y
CO2)/
=16.67×10
4×(0.045+0.005)÷35=238.1m
3/h
答:此时溶液的循环量为238.1m
3/h。
17. 已知某脱硫厂回收装置进酸气量为2000m
3/h,酸气中H
2S含量为20%(体积分数),CH
4为6%(体积分数),求配风量和配风比。
Q空=(1.5yH2S+2yCH4)/0.21·Q酸=(1.5×20%+2×6%)÷0.21×2000=4000m3/h
R=Q空/Q酸=4000/2000=2:1
答:其配风量为4000m3/h,配风比为2:1。
18. 某脱硫厂回收装置进酸气量为2079m
3/h,空气配风量为5295m
3/h,酸气和尾气的化学组成(体积分数)如表所示,试用尾气法、硫氮比、硫碳比和校正系数法计算该装置硫化氢的总转化率。
| H2S,% | CO2,% | CH4,% | SO2,% | COS,% | H2,% | N2,% |
酸气 | 83.8 | 6.63 | 4.35 | | | | |
尾气 | 2.55 | 4.76 | | 1.0 | 0.29 | 0.95 | 90.61 |
设Q
尾=Q
酸+Q
空 则Q
尾=2079+5295=7374m
3/h
故转化率为:
(1)尾气法
(2)硫氮比法
(3)硫碳比法
(4)校正系数法
19. 某脱硫厂回收装置的酸气进气量为4428m
3/h,硫磺产量为2560kg/h,酸气含H
2S为50%,求硫收率。
因为Gm=32kg/kmol
Gmv=22.14m3/kmol
G实=2560kg/h
所以G理=4428×50%×32÷22.14=3200kg/h
则收率为G实/G理=2560÷3200=80%
答:该装置的收率为80%。