Damp/v

1
Damp/væske-likevekt (VLE)og flashberegninger

• Flash
• Enkle separasjoner
• Olje/gass-separasjon offshore (flasher i serie
  ved ulike trykk)
• Destillasjon
• Den viktigste separasjonsprosessen for væsker!
• Ca. 7 av industriens energiforbruk er til
  destillasjon
• Olje-raffineri, synfuels
• Petro- og finkjemi
• Luftseparasjon
• Absorpsjon
• CO2-fjerning med aminer/vann

2
Damp/væske-likevekt

• Likevekt mellom gass (yi) og væske (xi)
• K-verdi (def.) Ki yi/xi
• Generelt K en funksjon av alt T, p, yi, xi
• K-verdi bestemmes fra
• Ideelt Raoults lov og Henrys lov
• Ki pisat(T)/p Ki Hi(T)/p
• Moderat ikke-ideelt (hydrokarboner), inkl. høye
  trykk
• K beregnes fra tilstandsligning, for eksempel SRK
• Ikke-ideelt (for eksempel etanol-vann) og lave
  trykk (lt 10 bar)
• K fra aktivitetskoeffisienter basert på
  eksperimentelle data
• Ideell gass Ki ?i(xi) pisat(T)/ p

3
Damptrykk av ren komponent (B.7.1)
4
Raoults lov (B7.2)

• Partialtrykk i gassen (dampen) er definert som
• pi yi p
• Damptrykk av ren komponent pisat(T)
• Damp/væske-likevekt Anta ideell blanding
  (væskefasen) ideell gass.
• Partialtrykket er da Molfraksjon væske
  Damptrykk ren komponent
• pi xi pisat(T)
• Kombinert fås Raoults lov
• pi yi p xi pisat(T)
• dvs. K-verdi Ki yi/xi pisat(T) / p

5
Henrys lov (B7.4)

• Fortynnede løsninger (xi lt 0.03) og lave trykk
  (ideell gass)
• Henrys lov yi p Hi(T) xi
• K-verdi Ki yi/xi Hi(T) / p
• Hi Henrys konstant kun funksjon av T
• For ideell blanding er Hi pisat
• Henrys lov gjelder også for superkritiske
  komponenter (gasser) som ikke har damptrykk

6
Flash-beregninger (kap. 2.5)

• Likevekt mellom gass og væske
• yi Ki xi (i1,2,,Nc)
• K-verdi Ki gitt funksjon av p,T,xi,yi
• Komponentbalanser
• Fzi Lxi Vyi mol/s (i1,2,,Nc)
• Anta gitt føde p og T gitt (pT-flash)
• 2Nc2 ukjente xi, yi, V, L
• Trenger to ligninger til
• Sxi x1 x2 x3 . 1
• Syi y1 y2 y3 . 1
• Har også F L V (men ikke uavhengig ligning)

• Løsning av ligningsettet
• Innsett likevekten i komponentbalansen Fzi Lxi
  VKixi
• Innfør LF-V og løs mhp. xi xi Fzi /
  (F-VVKi)
• eller xi zi / 1 V/F(Ki-1)
• Nærmer seg men V/F er ikke kjent
• kan finnes ved å bruke at Sxi 1 eller enda
  bedre numerisk ved å bruke Syi -Sxi 0.. Gir
  Rachford-Rice ligningen

7
Eksempel flash

• Kondensator/flashtank for ammoniakk-syntese
• Føde F fra reaktor (250 bar) 61.5 H2, 20.5 N2,
  18 NH3
• Gassen kjøles til 25C for å kondensere ut
  ammoniakken
• Oppgave Beregn L/F, V/F og sammensetningene
• Data
• Anta gass/væske-likevekt
• Bruk Raoults lov for ammoniakk og Henrys lov for
  de to gass-komponentene (på tross av det høye
  trykket)

8
Rachford-Rice
z10.615, z20.205, z30.18 K160.8, K235.6, K3
0.0393 a00.011 rr z1(K1-1)./(1a.(K1-1))
z2(K2-1)./(1a.(K2-1)) z3(K3-1)./(1a.(K3-
1)) plot(a,rr)
Konklusjon a V/F 0.85
9
Flash ammoniakk-syntese
1. p 250 bar, T298K F L V
Totalt mol 1 0.15 0.85
H2 molfraksjon 0.615 0.0119 0.7214
N2 molfraksjon 0.205 0.0067 0.2400
NH3 molfraksjon 0.18 0.9814 0.0386
2. p 125 bar, T298K F L V
Totalt mol 1 0.118 0.882
H2 molfraksjon 0.615 0.0057 0.6917
N2 molfraksjon 0.205 0.0032 0.2304
NH3 molfraksjon 0.18 0.9911 0.0779

• Ammoniakk utkondensert L x3
• Case 1 0.147 mol
• Case 2 0.117 mol
• Case 3 0.175 mol
• Konklusjon Ønsker
• høyt trykk
• lav temperatur

2. p 250 bar, T248K F L V
Totalt mol 1 0.176 0.824
H2 molfraksjon 0.615 0.0039 0.7457
N2 molfraksjon 0.205 0.0024 0.2483
NH3 molfraksjon 0.18 0.9937 0.0060
K1192K2104K30.00603 z10.615, z20.205,
z30.18 afzero(_at_(a) z1(K1-1)/(1a(K1-1))
z2(K2-1)/(1a(K2-1)) z3(K3-1)/(1a(K3-1)) ,
0.9) x1z1/(1a(K1-1)), x2z2/(1a(K2-1)),
x3z3/(1a(K3-1)) y1K1x1, y2K2x2, y3K3x
10
Kommentar ammoniakk

• Haber-Bosch ca. 1920 (Nobelpriser utkonkurrerte
  Hydros lysbueprosess)
• Grønn revolusjon på 1970-tallet
• N2 (luft) H2 (vann) energi NH3
• 1. Lage syntesegass (30 bar)
• A. Primærreformer (steam reformer)
• Fra metan CH4 2 H2O CO2 4 H2
• Fra kull C 2 H2O CO2 2 H2
• Endoterme reaksjoner Må tilføre mye varme
• B. Sekundærreformer Tilfører luft
• 2 H2 O2 2H2O
• C. CO-konvertering CO-gt CO2
• D. Fjerne CO2 (Herøya Absorpsjon i vann)
• 2. Ammoniakk-syntese (250 bar)
• N2 3 H2 2 NH3
• Ammoniakk utkondenseres og uomsatt N2 H2
  resirkuleres