3. Расчетная часть

3.1 Расчет газосборника

Исходные данные для расчета:

1. Количество прямого коксового газа, нм³/ год – 120000

2. Состав сухого коксового газа, % (объемные):

Н₂ СН₄ С_mH_n СО₂ СО N₂ О₂ Всего

60 25,2 2,4 2,5 6,3 3,1 0,5 100,0

В газосборник поступает такое количество газообразных продуктов коксования (кг/ч):

• сухой коксовый газ: G_с.г. = 120000 * 0,45 = 54000;

• водяной пар: G_в.п. = 120000 * 0,329 = 39480;

• пары смолы: G_см = 120000 * 0,106 = 12720;

• бензольные углеводороды: G_б.в. = 120000 * 0,035 = 4200;

• сероводород: G_с = 120000 * 0,018 = 2160;

• аммиак: G_а = 120000 * 0,012 = 1440

_____________________________________________________

Итого: 114000

Пересчитаем на объем (в нм³/ч):

1. Сухой коксовый газ V_с.г. = 120000

2. Водяной пар

22,4

V_в.п. = 39480 * ------------ = 49131

18

3. Пары смолы

22,4

V_см = 12720 * ----------- = 1676,

170

где 170 - средняя молекулярная масса смолы [3];

4. Бензольные углеводороды

22,4

V_б.в. = 4200 * --------------- = 1133,

83

где 83 – молекулярная масса бензольных углеводородов [3];

5. Сероводород

22,4

V_с = 2160 * ------------ = 1423

34

6. Аммиак

22,4

V_а = 1440 * --------- = 1897

17

_________________________________________________________________________________

Всего: V_п.г. = 175260 нм³/ ч

3.1.1 Материальный расчет газосборника

Принимаем, что в газосборнике конденсируется более 60 % смолы, находящейся в газе. Тогда количество смолы, которое конденсируется, составляет:

G_см = 0,6 * 12720 = 7632 кг/ ч

и остается паров смолы в газе, который выходит из газосборника:

12720 - 7632 = 5088 кг/ ч,

и по объему:

V_ост.см. = 0,4 * 1676 = 670 нм³/ ч

Обозначим количество воды, которая испаряется в газосборнике через G_в.п. (кг/ч). По объему в парообразном виде это составит 1,245 * G_в.п. (нм³/ ч). Состав газообразных продуктов на выходе из газосборника приведен в таблице 3.1.

Таблица 3.1 – Состав газообразных продуктов на выходе из газосборника

Наименование продуктов	Количество газообразных продуктов
	кг/ч	нм3/ч
Сухой коксовый газ	54000	120000
Водяной пар	39480 + Gв.в.	49131 + 1,245 * Gв.п.
Пары смолы	5088	670
Бензольные углеводороды	4200	1417
Сероводород	2160	1423
Аммиак	1440	1897
ВСЕГО	106368 + Gв.в.	174538 + 1,245 * Gв.п.

Величину G_в.п. определим из теплового баланса газосборника.

3.1.2 Тепловой расчет газосборника

А. Приход тепла

1. Тепло, которое вносится в газосборник коксовым газом:

а) тепло, которое вносится сухим коксовым газом:

Q₁ = G_г * c_г * t₁,

где t₁ –температура газа, который входит, принимаем 650°С;

с_г – средняя теплоемкость сухого коксового газа в пределах 0-650°С, которая определяется в зависимости от состава газа по теплоемкостям компонентов:

с_г = 4,19 * (0,60 * 0,3135 + 0,252 * 0,555 + 0,063 * 0,3265 + 0,025 *

0,3235 + 0,024 * 0,4905 + 0,031 * 0,7165 + 0,005 * 0,339) =

= 1,66 кДж/ (м³ * град),

а массовая теплоемкость газа

1,66

с_г = ------------ = 3,645 кДж/ (кг * град)

0,445

Тогда

Q₁ = 54000 *3,645 * 650 = 127939500 кДж/ч

б) тепло, которое вносится водяным паром:

Q₂ = G_в.п. (595 * 4,19 + с_в * t₁),

где с_в – средняя теплоемкость водяного пара при 0-650°С, составляющая 2,03 кДж/(кг * град) [ 3 ].

Тогда

Q₂ = 39480 * (2493 + 2,03 * 650) = 150517500 кДж/ ч

в) тепло, которое вносится парами смолы:

Q₃ = G_см * (88 + с_см * t₁) * 4,19,

ккал

c_см = 0,305 + 0,392 * 10-³ * 650 = 0,56 -------------- = 2,35 кДж/ ( кг * град ) –

кг * град

теплоемкость паров смолы [1].

Тогда

Q₃ = 12720 * (88 + 0,56 * 650 ) * 4,19 = 24090154 кДж/ч

г) тепло, которое вносится бензольными углеводородами:

Q₄ = G_б * с_б * t₁,

где с_б = 1,84 кДж/ (кг * град) – теплоемкость паров бензольных углеводородов при t₁ = 650°С [3].

Тогда

Q₄ = 4200 * 1,84 * 650 = 5023200 кДж/ ч

д) тепло, которое вносится сероводородом:

Q₅ = G_c * c_c * t₁,

где: с_с = 1,15 кДж/ (кг * град) – средняя теплоемкость сероводорода в пределах 0-650°С [3].

Тогда

Q₅ = 2160 * 1,15 * 650 = 1614600 кДж/ ч.

ж) тепло, которое вносится аммиаком:

Q₆ = G_а * c _а* t₁,

где: с_а = 2,61 кДж/ (кг * град) – теплоемкость аммиака 0-650°С [3].

Тогда:

Q₆ = 1440* 2,61 * 650 = 2442960 кДж/ ч

Общее количество тепла, которое вносится в газосборники газом:

Q_газ = 311627914 кДж/ ч.

2) Тепло, которое вносится в газосборники надсмольной водой, которая подается для охлаждения газа:

Q₂ = W₁ * c_в * t_б,

где: W₁ – количество надсмольной воды, принимаем по рекомендациям равным 16,7 м³ на 1000 м³ сухого коксового газа [3], что составляет:

W₁ = 120 * 16,7 = 2004 м³/ч.

Минимальную температуру надсмольной воды, которая поступает в газосборник, определяем по точке росы газа, который поступает в газосборники.

Парциальное давление водяного пара в газе, который поступает в газосборники при Р_общ = 760 мм рт.ст., составляет:

49131

ρ_води = 760 * --------------- = 213 мм рт.ст.,

175260

это соответствует минимальной температуре воды 69°С [3].

Действительная температура должна быть выше точки росы газа на 5-10°С для обеспечения движущей силы испарения воды в газ. Принимаем температуру воды, которая поступает равной 75°С.

Тогда

Q₂ = 2004 * 10³ * 4,19 * 75 = 642327000 кДж/ ч.

Общее количество тепла, которое вносится в газосборники:

Q_прих = 311627914 + 642327000 = 953954914 кДж/ ч.

Б. Расход тепла

1. Тепло, которое уносится коксовым газом:

а) сухим коксовым газом:

Q₁ = G_г * с_г * t₂,

где t₂ –температура газа, который выходит из газосборника, которая принимается 82°С;

с_г – средняя теплоемкость сухого коксового газа в интервале 0-82°С:

с_г = (0,60 * 0,31 + 0,252 * 0,382 + 0,063 * 0,306 + 0,031 * 0,305 + 0,025 * * 0,416 + 0,024 * 0,518 + 0,005 * 0,314) * 4,19 = 1,356 кДж/ (м³*град)

и по массе:

1,366

с_г =----------- =3,01 кДж/ (кг * град)

0,454

Тогда

Q₁ = 54000 * 3,01 * 82 = 13328280 кДж/ ч

б) тепло, которое уносится водяным паром:

Q₂ = G_в.п. (595 * 4,19 + c_в * t₂) = ( 34980 + G) * 4,19 * (595 + 0,438 * 82) = 2643,5 * G + 92470961 (кДж/ ч)

в) тепло, которое уносится парами смолы:

Q₃ = G_см * (88 + c_см * t₂) * 4,19 = 5088*(88 + 0,336 * 82) * 4,19 =

= 2463421 кДж/ ч

г) тепло, которое уносится бензольными углеводородами:

Q₄ = G_б * c_б * t₂ = 4200* 4,19 * 0,269 * 82 = 388177 кДж/ ч

д) тепло, которое уносится сероводородом:

Q₅ = G_с * с_с * t₂ = 2160 * 4,19 * 0,238 * 82 = 176628 кДж/ ч

ж) тепло, которое уносится аммиаком:

Q₆ = G_а * с_а * t₂ = 1440 * 4,19 * 0,503 * 82 = 248862 кДж/ ч

Общее количество тепла, которое уносится коксовым газом из газосборников:

Q_ун.г. = 2643,5 * G + 109076329(кДж/ ч)

2. Тепло, которое уносится из газосборников надсмольной водой и сконденсированной смолой:

Q_н.в. = (2004000 - G + 7632* с_см) * 4,19 * t_в",

где t_в" – температура воды и смолы, которые выходят из газосборника. Эта температура принимается на 2-3°С выше температуры воды, которая поступает в газосборники. Принимаем t_в" = 78°С. Теплоемкость смолы с_см = 1,47 кДж/ (кг * град) [3].

Тогда

Q_н.в. = (2004000 - G + 7632 * 0,351) * 4,19 * 78 = 655822776 - 326,82 * G (кДж/ ч)

3. Тепло, которое теряется газосборником в окружающую среду. Оно определяется по формуле:

Q_втр = (α_к + α_изл) * F * z * (t_ст – t_п),

где α₃ = α_к + α_изл – общий коэффициент теплоотдачи от стенки газосборника конвекцией и излучением. Эта величина находится по эмпирической формуле [ 3]:

α_к + α_изл = (8 + 0,05 * t_ст) * 419,

где t_ст = 120°С – температура поверхности газосборника. Тогда

α₃ = (8 + 0,05 * 120) * 4,19 = 58,7 кДж/ (м² * ч * град) = 16,3 Вт/ (м² * град)

t_п = 25°С – температура воздуха.

Поверхность двух газосборников при D = 1,8 м и длине каждого 78 м составляет:

F = 2 * π * В * L = 2 * 3,14 * 1,8 * 78 = 882 м²

и

Q_втр = 58,7 * 882 * (120 - 25) = 4916867 кДж/ ч

Таким образом, общий расход тепла составит:

Q_расх = 2643,5 * G + 109076329 + 655822776 - 326,82 * G + 4916867 =

= 2316,68 * G + 769815972 (кДж/ ч)

Приравнивая приход и расход тепла, получаем:

953954914 = 2316,68 * G + 769815972

Отсюда количество воды, которая испаряется в газосборниках:

G = 79484 кг/ ч,

что составляет по объему:

79484 * 22,4

V_в.п. = -------------------- = 98913 нм³/ ч

18

Тогда общий объем водяного пара, который выходит из газосборника, составляет:

V_в.п.^вих = 49131 + 98913 = 148044 нм³/ ч,

а общий объем всех газов:

V_∑ = 174538 + 98913 = 273451 нм³/ ч

Парциальное давление водяного пара на выходе из газосборника составляет:

148044

P’_н2о = 760 * -------------- = 411 мм рт. ст,

273451

что приблизительно соответствует температуре точки росы 82°С [ 3]. Таким образом, температура газа, который выходит из газосборника принята правильно.

На основе проведенных ранее расчетов составим материальный баланс газосборника (таблица 3.4) и тепловой баланс газосборника (таблица 3.5).

Таблица 3.4 – Материальный баланс газосборника

Наименование продуктов	Поступает в газосборник		Выходит из газосборника
	кг/ ч	нм3/ ч	кг/ ч	нм3/ ч
А. Газ
1. Сухой коксовый газ	54000	120000	54000	120000
2. Водяной пар	39480	49131	118964	148044
3. Пары смолы	12720	1676	5088	670
4. Бензольные углеводороды	4200	1417	4200	1417
5. Сероводород	2160	1423	2160	1423
6. Аммиак	1440	1897	1440	1897
Всего	114000	175260	185852	273451
Б. Жидкость
1. Надсмольная вода	2004000	-	1924516	-
2. Смола	-	-	7632	-
ИТОГО	2118000	-	2118000	-

Таблица 3.5 – Тепловой баланс газосборника

Статьи прихода и расхода с продуктами	Приход тепла, кДж/ ч	Расход тепла, кДж/ ч
С сухим коксовым газом	127939500	13328280
С водяным паром	150517500	302586864
С парами смолы	24090154	2463421
С бензольными углеводородами	5023200	388177
С сероводородом	1614600	176628
С аммиаком	2442960	248862
Всего с газом	311627914	319192232
С надсмольной водой	642327000	629845815
Со смолой	-	-
Потери тепла	-	4916867
ВСЕГО	953954914	953954914