3.1.3 Конструктивный расчет газосборника

Диаметр газосборника определяем, исходя из фактического объема газа, который выходит из газосборника и скорости газа 4 м/с [ 3].

Объем газа, который выходит из газосборника, составляет :

273 + 82

V_в.г. = 273451 * ------------------ = 355586 м³/ ч

273

Через один газосборник поступает:

355586

V_г = ------------ = 29632 м³/ ч

2 * 6

Тогда площадь сечения газосборника:

29632

S = ---------- = 2,06 м²

3600 * 4

и диаметр составляет:

_{—————— ——————}

/ 4 * S / 4 * 2,06

D = / ---------- = / --------------- = 1,62 м

√ π √ 3,14

3.2 Расчет первичного газового холодильника с горизонтальными трубами

3.2.1 Материальный расчет

Количество коксового газа, который поступает в холодильник из газосборника, состаляет:

	кг/ ч	нм3/ч
сухой коксовый газ	54000	120000
водяной пар	118964	148044
пары смолы	5088	670
бензольные углеводороды	4200	1417
сероводород	2160	1423
аммиак	1440	1897
Всего	185852	273451

Температура коксового газа на входе в первичный газовый холодильник составляет 84°С. Температура газа на выходе из ПГХ – 30°С, давление – 745 мм рт.ст. Принимаем, что в ПГХ конденсируется вся смола, которая находится в газе.

Объем водяных паров на выходе из холодильника определяется из уравнения:

Р"

V_в = V_с.г. * -----------,

Р_заг - Р"

где V_с.г. – объем сухого коксового газа на выходе из холодильника, нм³/ ч;

Р" – упругость водяных паров при температуре 30°С, которая составляет 31,9 мм рт.ст. [1].

Р_заг – общее давление газа на выходе из холодильника, которое составляет 745 мм рт. ст.

Тогда

31,8

V_в = 120000 * ------------- = 5351 нм³/ч,

745-31,8

или по массе

5351

G_в = --------- * 18 = 4300 кг/ ч

22,4

Таким образом, в ПГХ конденсируется водяного пара:

118964 - 4300 = 114664 кг/ ч

Количество аммиачной воды, которое подается на переработку:

39480 - 4300 = 35180 кг/ч

Разница между количеством водяного пара, который конденсируется 114664 кг/ч и водой, которая перерабатывается 35180 кг/ ч, которая составляет 79484 кг/ ч идет на пополнение цикла газосборников. Схема материальных потоков воды приведена на рис. 3.1.

2004000

118964 4300

39480 газосборник

П

ПГХ

114664

1924516

2004000 79484 на переработку 35180

Рисунок 3.1 - Схема материальных потоков воды

В аммиачной воде, которая идет на переработку, растворяется некоторое количество аммиака и сероводорода. По производственным данным состав аммиачной воды такой, г/ л:

- аммиак – 10;

- сероводорода – 3;

- двуокиси углерода – 4.

Количество этих газов, которые растворяются в воде, составляет (кг/ ч):

- аммиак: 35180 * 0,01 = 352;

- сероводорода: 35180 * 0,003 = 106;

- двуокиси углерода: 35180 * 0,004 = 141.

Материальный баланс ПГХ приведен в таблице 3.6.

Таблица 3.6 – Материальный баланс ПГХ

Наименование продукта	Приход			Расход
	кг/ ч	нм3/ ч		кг/ ч	нм3/ ч
А. Газ
1. Сухой коксовый газ	54000		120000	53859		119687
2. Водяной пар	118964		148044	4300		5351
3. Пары смолы	5088		670	-		-
4. Бензольные углеводороды	4200		1417	4200		1417
5. Сероводород	2160		1423	2054		1353
6. Аммиак	1440		1897	1088		1434
Итого	185852		273451	65501		129242
Б. Жидкость
1. Вода	-		-	114664		-
2. Растворенные газы	-		-	599		-
3. Смола	-		-	5088		-
Всего	185852		-	185852		-

3.2.2 Тепловой расчет ПГХ

Приход тепла

1. Тепло, которое вносится в холодильник коксовым газом в соответствии с расчетом газосборника:

Q₁ = 319192232 кДж/ч

2. Тепло, которое вносится охлаждающей водой:

Q₂ = W * с_в * t'_в, кДж/ ч, где:

W – количество технической воды, которая подается в холодильник, кг/ ч

t'_в – температура воды, которая подается, t'_в = 20°С

Тогда

Q₂ = W * 4,19 * 20 = 83,8 * W (кДж/ ч)

Общий приход тепла:

Q_прих. = 319192232 + 83,8 * W (кДж/ ч)

Расход тепла

1. Тепло, которое уносится коксовым газом из холодильника при 30°С:

а) тепло, которое уносится сухим коксовым газом:

Q₁' = 53859* 0,69 * 4,19 * 30 = 4671353 кДж/ч

б) тепло, которое уносится водяным паром:

Q₂' = 4300 * 4,19 * (595 + 0,434 * 30) = 10954696 кДж/ч

в) тепло, которое уносится бензольными углеводородами:

Q₃' = 4200* 0,246 * 4,19 * 30 = 129873 кДж/ ч

г) тепло, которое уносится сероводородом:

Q₄'= 2054* 0,235 * 4,19 * 30 = 60674 кДж/ ч

д) тепло, которое уносится аммиаком:

Q₅' = 1088* 0,493 * 4,19 * 30 = 67423 кДж/ ч

Общее количество тепла, которое уносится газом:

Q₃ = ∑Q_г = 15884019 кДж/ ч

2. Тепло, которое уносится конденсатом воды и смолы:

Q₄ = (114664 + 599 + 5088 * 0,343) * 4,19 * 51 = 25003479 кДж/ ч

Средняя температура конденсации водяного пара:

80 - 30

t_ср.к = ------------ = 51°С

80

ln ------

30

3. Тепло, которое уносится охлаждающей водой:

Q₅= W * с_в* 40, кДж/ ч

где: 40 – температура воды на выходе из ПГХ. Тогда

Q₅ = W * 4,19 * 40 = 167,6 * W (кДж/ ч)

Общее количество теплоты, которое уносится из холодильника:

Q_расх = 40887498 + 167,6 * W (кДж/ ч)

Приравнивая приход и расход тепла, находим расход воды на охлаждение в холодильнике:

319192232 + 83,8 * W = 40887498 + 167,6 * W

Отсюда

W = 3321059 кг/ч или V_{охл.воды} = 3338 м³/ ч,

что составляет на 1000 нм³ сухого газа за час

3338 * 1000

------------------ = 27,8 м³

120000

На основе проведенных выше расчетов составляем тепловой баланс ПГХ (табл. 3.7).

Таблица 3.7 – Тепловой баланс ПГХ

Наименование статьи прихода	Q, кДж/ ч	Наименование статьи расхода	Q, кДж/ ч
1. Тепло, которое вносится коксовым газом	319192232	1. Тепло, которое уносится газом	15884019
2. Тепло, которое вносится охлаждающей водой	278304744	2. Тепло, которое уносится конденсатом	25003479
		3. Тепло, которое уносится охлаждающей водой	556609478
Всего:	597496976	Всего:	597496976

3.2.3 Определение необходимой поверхности теплопередачи холодильников

Первичные трубчатые газовые холодильники соединяют между собой параллельно, потому что при этом гидравлическое сопротивление их меньше, чем при последовательном соединении.

Принимаем шесть параллельно работающих ПГХ.

Коэффициент теплопередачи от охлаждающего газа к воде определяем по уравнению:

1 Вт

К = -----------------------------------, ---------------,

1 δ 1 м² * град

------ + -------- + -------

α₁ λ α₂

где:

α₁ – коэффициент теплопередачи от газа к стенке, Вт/ (м² * град);

α₂ – коэффициент теплопередачи от стенки к охлаждающей воде, Вт/(м² * град);

δ/λ – термическое сопротивление загрязнения на металлической поверхности, которое принимается равным 0,00086 (м² * град)/ Вт [3].

Коэффициент теплоотдачи α₁ определяется по формуле:

lg α₁ = 1,69 + 0,0246* x,

где:

х – среднее содержание водяных паров в газовой смеси , % (об.)

┌ 148044 5351 ┐ 100

х = │------------ + --------- │ * ---------- = 29,14 %

└ 273451 129242┘ 2

тогда

lg α₁ = 1,69 + 0,0246 * 29,14 = 2,407

и

α₁ = 255 ккал/(м² * ч * град) = 297 Вт/ (м² * град)

Коэффициент теплоотдачи α₂ определяется по формуле:

λ

α₂ = Nu ---------,

d

где:

Nu = 0,023Rе^0,8 * Pr^0,4 * φ – критерий Нуссельта.

Скорость движения воды при площади сечения труб в одном пучке 0,1864 м² и диаметре труб 57х3,5 мм составляет:

3338

w_в = ------------------------- = 0,83 м/ с

3600 * 6 * 0,1864

Число Рейнольдса

w * d * ρ 0,83 * 0,05 * 995

Re = ----------------- = ------------------------- = 56117

μ 0,735 * 10^-3

Число Прандтля

c * μ 4,18 * 0,735 * 10^-3

Pr = ---------- = ------------------------- = 4,9

λ 0,626

Тогда число Нуссельта

Nu = 0,023 * 56117^0,8 * 4,9^0,4 = 274

Коэффициент теплоотдачи α₂ составляет:

0,626

α₂ = 274 * ----------- = 3425 Вт/ (м² * град)

0,05

Коэффициент теплопередачи составляет:

1

К = ------------------------------------- = 221 Вт/ (м² * град)

1/ 297 + 0,00086 + 1/ 3425

Средняя разница температур в теплопередаче между газом и водой составляет:

(80 – 40) – (30 – 20)

∆t_ср = ----------------------------- = 21,6 °С 30°С 20°С

(80 – 40) ↑ |

ln ------------- газ | | вода

(30 – 20) | ↓

80°С 40°С

Передается такое количество тепла:

Q = 556609478 – 278304744 = 278304734 кДж/ ч = 77306871 Вт

Необходимая поверхность теплопередачи холодильников составляет:

Q 77306871

F = -------------- = ---------------- = 16195 м²

K * ∆t_ср 221 * 21,6

Так как поверхность охлаждения одного холодильника составляет 2950 м², то необходимо иметь рабочих холодильников 16195 / 2950 ≈ 6 шт., т.е. составляет выше принятое количество ПГХ при определении скорости воды. Принимаем к установке 6 рабочих и 1 резервный холодильник.

Удельная поверхность теплопередачи на 1000 нм³ сухого коксового газа за час составляет:

16195 * 1000

--------------------- = 135 м²

120000