2 Расчет конечного газового холодильника

2.1 Материальный расчет

­ В холодильник поступает коксовый газ из сатуратора с температурой 55⁰С и давлением 858 мм рт.ст. (после ловушки).

Количество поступающего газа равно:

	кг/ч
Сухой коксовый газ	60 000	133 333,3
Водяные пары	7 802,01	9 709,17
Бензольные углеводороды	3 900	1 052,53
Сероводород	240	158,12
	71 942,01	144 253,12

Принимаем температуру газа на выходе из холодильника равной 27 ⁰С и давление 847 мм рт.ст.

Объем водяных паров на выходе из холодильника :

,

где р - упругость водяных паров при 27^С = 26,74 мм рт.ст.

м³/ч

или по массе 3526,5 кг/ч.

Таким образом, конденсируется воды:

7802,01 – 3526,5 = 4 275,51 кг/ч

Количество газа на выходе из холодильника:

	кг/ч
Сухой коксовый газ	60 000	133 333,3
Водяные пары	3 526,5	4 275,51
Бензольные углеводороды	3 900	1 052,53
Сероводород	240	158,12
	67 666,5	138 819,46

2.2 Тепловой расчет

Приход тепла

1. Тепло, вносимое сухим коксовым газом:

a) q₁ = 60 000∙0,7∙60 = 2 520 000 ккал/ч

б) Тепло, вносимое парами воды:

q₂ = 7802,01∙(595+0,438∙60) = 4 847 232,7 ккал/ч

в) Тепло, вносимое бензольными углеводородами:

q₃ = 3900∙0,246∙60 = 57 564 ккал/ч

г) Тепло, вносимое сероводородом:

q₄ = 240∙0,238∙60 = 3 428,2 ккал/ч

Всего вносится коксовым газом из сатуратора:

Q_{1 =} q₁+q₂+q₃+q₄= 7 428 224,9 ккал/ч

2. Тепло, вносимое охлаждающей водой с температурой 25 ^С:

Q₂₌ 25W

Q_прих=7 428 224,9 + 25 W ккал/ч

Расход тепла

1. тепло, уносимое коксовым газом из конечного холодильника, при температуре выхода 25^С:

а) тепло, уносимое сухим коксовым газом:

q₁ = 60 000∙0,7∙25= ккал/ч

б) тепло, уносимое водяными парами:

q₂ = 3526,5∙(595+0,438∙25) = ккал/ч

в) тепло, уносимое бензольными углеводородами:

q₃ = 3900∙0,246∙25 = ккал/ч

г) тепло, уносимое сероводородом:

q₄ = 240∙0,238∙25 = 428 ккал/ч

Всего уносится коксовым газом:

Q₃ = ккал/ч

2. Тепло, уносимое охлаждающей водой и конденсатом с температурой 44⁰С:

Q₄ =44(W+ 4 275,51) = 44W+188 122,44 ккал/ч

Общий расход тепла:

Q_расх= ккал/ч

Приравнивая приход и расход тепла, получим расход воды:

кг/ч, или 211,9 м³/ч

2.3 Определение размеров конечного холодильника

Принимаем скорость газа в свободном сечении полки равной 4,5 м/с.

Объем газа на входе:

м³/ч

Рассчитаем объём газа на входе для 3 холодильников:

= 51 953,1 м³/ч

Объем газа на выходе:

м³/ч

Рассчитаем объём газа на выходе для 3 холодильников:

= 45 626,6 м³/ч

Средний объем газа:

48 789,9 м³/ч

Тогда сечение полки должно быть равно:

S = м²

При доле свободного сечения полки, равной 25 %, общее сечение холодильника будет равно:

м²

Отсюда диаметр холодильника:

м

Для сохранения одинаковой скорости движения газа в живом сечении полки и между полками сечение для прохода газа между полками на входе должно быть равным 3,012 м². Отсюда расстояние между полками:

,

где – средний диаметр, по которому движется газ в горизонтальном направлении, = 0,7D или

м

Тогда

м

Принимаем отверстия в полках диаметром 10 мм с шагом 75 мм. Максимальный диаметр окружности, на которой располагаются отверстия,

= 0,9D или

м

и площадь:

м²

Количество струй между полками:

где t- шаг между отверстиями в полках, м.

Поверхность струй между двумя полками будет равна:

м²

Коэффициент теплопередачи при непосредственном контакте газа и воды определяем по уравнению Жаворонкова:

,

где K_i – критерий Кирпичева, .

Критерий Рейнольдса:

,

где ρ – плотность коксового газа при средней температуре,

кг/м³

v – средняя скорость газа в холодильнике, равная 4,5 м/с;

Z – вязкость коксового газа при средней температуре, Z = 0,0134 спз;

d_э - эквивалентный диаметр свободного сечения полки,

d_э = ,

S = 0,25S = 0,25∙0,0,1205D²=0,03*D^2;

P = 2,09D

d_э = м

Коэффициент С₀ определяется по плотности орошения. Так как количество воды, поступающее на охлаждение, равно 70,63 м³/ч, то плотность орошения равна:

м³/(м²∙ч)

При такой плотности орошения С₀ = 0,1629.

Критерий Прандтля:

При средней теплоемкости коксового газа С = 0,7 ккал/(кг∙град) и коэффициенте теплопроводности λ = 0,11 ккал/(м∙ч∙град):

,

339

Коэффициент теплопередачи:

ккал/(м²∙ч∙град)

Средняя логарифмическая разность температур в теплопередаче равна:

6 0 27

4 4 25

­ ⁰

Необходимая поверхность теплопередачи:

F = 975 м²

Так как поверхность струй между полками равна 74 м², то в холодильнике необходимо иметь 975/74 =13 полок.

При расстоянии между полками 1,1 м высота газовой части будет равна:

14∙1,9 = 14,3 м

Нижнюю часть холодильника, для промывки воды смолой, принимаем состоящей из 8 полок высотой 12 м. Тогда общая высота всего холодильника с учетом высоты 4 м, необходимой для двух газовых штуцеров, будет равна:

Н = 14,3 +12+4 = 30,3 м