Технології обробки коксового газу

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВСТУП

Коксохімічні виробництва розміщені, як правило, в промислових районах великих міст з розвиненою інфраструктурою металургійних, хімічних, енергетичних підприємств і розгалуженою мережею транспортних магістралей. Атмосфера цих міст забруднена викидами токсичних речовин. Значна частка цих речовин утворюється при експлуатації коксохімічних виробництв. Проблема захисту атмосфери від забруднення в цих містах є актуальною. Деякі промислові центри розміщення підприємств чорної металургії на державному рівні віднесені до зон екологічного лиха

Зниження забруднення атмосфери в коксохімічному виробництві може бути досягнуто тільки при докорінної модернізації технологічних процесів і, насамперед, способів обробки коксового газу і уловлювання хімічних продуктів коксування. Обробка коксового газу на заводах недосконала, технологічні агрегати зношені і потребують заміни. Для вітчизняних підприємств не обґрунтована наукова концепція модернізації процесів обробки коксового газу, яка повинна враховувати мінімальну сірчастість вугільних шихт, що подаються на коксування.

Обгрунтування наукової концепції, розробка і впровадження досконалих технологій обробки коксового газу в особливо складних екологічних умовах російських промислових міст - актуальне завдання загальногалузевого значення.

1. Кінцеве охолодження коксового газу із застосуванням різного обладнання

Коксовий газ - горючий газ, що утворюється в процесі коксування кам'яного вугілля, тобто при нагріванні його без доступу повітря до 900-1100 ° С. Коксовий газ містить багато цінних речовин. Крім водню, метану, оксидів вуглецю до його складу входять пари кам'яно-вугільної смоли, бензол, аміак, сірководень та ін. Парогазова суміш виділяється з летючих продуктів (до 25% від загальної маси перероблюваної вугілля) відводиться через газозбірнік для уловлювання і переробки. Для розділення летючі продукти охолоджують впорскуванням води (від 70 ° C до 80 ° C) - при цьому з парової фази виділяється велика частина смол, подальше охолодження парогазової суміші проводять у кожухотрубчастих холодильниках (до 25-35 ° C). Конденсати об'єднують і відстоюванням виділяють надсмольну воду (аміачна вода) і кам'яновугільну смолу. Потім сирий коксовий газ послідовно очищають від аміаку і сірководню, промивають поглинювальним маслом (для уловлювання сирого бензолу і фенолу), сірчаною кислотою (для уловлювання піридинових підстав). Очищений коксовий газ (14-15% від загальної маси перероблюваної вугілля) використовують в якості палива для обігріву батареї коксових печей і для інших цілей.

Кінцеве охолодження коксового газу призначене для зниження його температури після сульфатування. Ефективність роботи установки кінцевого охолодження коксового газу впливає на режим роботи бензольних скруберів і ступінь уловлювання бензольних вуглеводнів. В даний час на діючих коксохімічних підприємствах працюють установки кінцевого охолодження з відкритим чи закритим циклом циркулюючої охолоджуючої води. Охолодження газу в кінцевих холодильниках безпосередньої дії і подальшим охолодженням циркулюючої води на градирні є недоцільним з точки зору громіздкості і високої металоємності обладнання, а також шкоди, яка завдається навколишньому середовищу. За такої схеми кінцевого охолодження в атмосферу викидається велика кількість шкідливих речовин - сірководню, бензолу, аміаку, ціаністого водню. Це негативно впливає на здоров'я персоналу підприємства та мешканців прилеглих населених пунктів, викликає інтенсивну корозію металоконструкцій і обладнання не лише на самій установці, але і на прилеглих територіях, а також тягне за собою накладення на підприємство штрафних санкцій за забруднення навколишнього середовища. Закриття циклу циркулюючої води кінцевого охолодження дозволяє повністю виключити викиди шкідливих речовин в атмосферу з градирні, поліпшити екологічну обстановку, знизити капітальні витрати на ремонт обладнання. У свою чергу, окремі діючі установки з закритим циклом мають у своєму складі велику кількість теплообмінного обладнання (кожухотрубчаті теплообмінники) для охолодження циркулюючої води, які займають значну територію і мають високу металоємність.

1.1 Кінцеве охолодження коксового газу в холодильнику безпосередньої дії із закриттям циклу циркулюючої води

Охолодження газу здійснюється за схемою (рис. 1) у холодильнику комбінованої конструкції, що складається з верхньої газової та нижньої відстійної частин. Газова частина апарату обладнана крупнодирчатимі тарілками гратчастого типу. Коксовий газ надходить в газову частину апарату і рухається протитечією охолоджуючої воді, яка подається у верхню частину апарату через зрошувальний пристрій. За рахунок підпору, створюваного газовим потоком, на поверхні тарілок утворюється пінно-рідинна фаза, яка сприяє збільшенню поверхні контакту між газом і рідиною. У результаті цього інтенсифікуються процеси тепло-і масообміну. Для збільшення глибини екстракції сублімованого нафталіну з газу, технологічною схемою установки передбачається подача кам'яновугільної смоли у всмоктуючий колектор насосів циркулюючої води кінцевого охолодження. Суміш води і смоли (масла), насичена нафталіном, з газової частини по розподільній трубі стікає в відстійну частина холодильника діаметром 6000 мм для відстою води від смоли (масла). Відстояна вода з верхньої частини самопливом перетікає у відстійник для остаточного відділення води від смоли. При роботі з поглинювальним маслом, на увазі незначної різниці питомої ваги води і масла, в схемі передбачається установка відстійника для відстоювання води від масла. При використанні смоли, останню з нижньої відстійної частини через смоловідводник виводять до збирача смоли. Для поліпшення екстракції нафталіну з газу і в якості додаткового промивання холодильника від відкладень нафталіну передбачається подача в газову частину апарату гарячої смоли через форсунку. Замість смоли можлива подача поглинювального масла. З метою запобігання віднесення потоком газу з холодильника крапель смоли, масла, води, газопровід після апарату обладнаний відбійником відцентрового типу.

Циркулююча вода кінцевого охолодження знаходиться в замкнутому циклі. Охолодження води здійснюється в спіральних теплообмінниках технічною водою, що охолоджується на градирні. Для установки кінцевого охолодження, розрахованого на два газових потоки по 100000 нм³/год газу і витратою води на охолодження 400-500 м³/год для кожного потоку, встановлюється по два робочих теплообмінника на один потік і один резервний на два потоки. Подача смоли або масла за допомогою насосів циркуляційного циклу перед проходженням її через теплообмінники сприяє промиванню простору між спіралями від відкладень нафталіну і перешкоджає забивання теплообмінної апаратури.



Рис. 1.1 Технологічна схема кінцевого охолодження з холодильником безпосередньої дії:

1 - кінцевий холодильник, 2 - відбійник, 3 - відстійник, 4 - збірник циркулюючої води, 5 - насоси циркулюючої води, 6 - спіральні теплообмінники, 7 - збірник смоли, 8 - насоси для смоли

У 2004 р. введена в експлуатацію установка закритого циклу циркулюючої води кінцевого охолодження, де в якості теплообмінників використовуються спіральні апарати, що можуть самоочищатися, які характеризуються високим коефіцієнтом теплопередачі [2]. Кінцеве охолодження газу здійснюється в холодильниках безпосередньої дії з нафталінопромивачами в нижній частині. У 2007 р. було розроблено проект реконструкції в умовах діючого цеху установки кінцевого охолодження. Реконструкція передбачала заміну старого холодильника № 3 на холодильник нової конструкції і підключення відповідних технологічних комунікацій. У той же час, існує серйьозний недолік схем з закритим водним циклом: у коксовому газі, що надходить в бензольні скрубери, підвищується концентрація ціаністого водню, під дією якого погіршується якість поглинювального масла і посилюється корозія устаткування [1]. Підвищення концентрації ціаністого водню в газі негативно впливає і на очищення коксового газу від сірководню. У цеху сіркоочищення погіршується якість поглинаючого розчину на увазі збільшення кількості роданистих утворюються солей.

Крім того, в результаті багаторазової циркуляції води в циклі, вона насичується шкідливими компонентами (сірководень, бензол, аміак, водень ціаністий).

Для зниження концентрації ціаністого водню в газі доцільно застосовувати технологію десорбції ціаністого водню при атмосферному тиску з циркулюючої води коксовим газом після сіркоочищення.

Зменшення габаритів холодильника, застосування компактних і ефективних спіральних теплообмінників з великою поверхнею теплообміну знижує металоємність установки кінцевого охолодження коксового газу, а, отже, і капітальні витрати на будівництво. Впровадження даної технології можливо здійснити в умовах діючих цехів без зупинки технологічного процесу.

1.2 Кінцеве охолодження коксового газу в холодильнику з горизонтальними трубами

У 2003 р. було реалізовано проект кінцевого охолодження коксового газу в закритій системі ще одного типу, де коксовий газ охолоджується оборотною технічною водою в холодильнику з горизонтальними трубами.

До складу закритого циклу входять: чотири холодильника з горизонтальними трубами (по конструкції аналогічні первинним газовим холодильників) з поверхнею охолодження 2900 м²; дві збірника водосмоляної емульсії, насоси. Для видалення відкладень нафталіну міжтрубний простір холодильників безперервно зрошується водосмоляною емульсією.



Рис. 1.2 Технологічна схема кінцевого охолодження коксового газу в холодильнику з горизонтальними трубами:

1 - кінцевий холодильник, 2 - конденсатовідвідник, 3 - збірник конденсату газу і водно-смоляний суміші, 4 - насос для конденсату газу і водно-смоляний суміші, 5 - змішувач, 6 - відстійник води від смоли, 7 - насос для подачі водно-смоляної суміші на промивання холодильника, 8 - насос для подачі надлишкової надсмольної води на аміачну колону.

При закритті циклу кінцевого охолодження коксового газу з використанням трубчастих газових холодильників з горизонтальним розташуванням труб забезпечується необхідний температурний режим та очищення газу від нафталіну до норм, передбачених ПТЕ. При вловлюванні бензольних вуглеводнів відсутнє накопичення баластних солей в поглинаючому маслі [3]. Однак даній схемі притаманні такі недоліки: підвищена витрата води (у порівнянні з холодильниками безпосередньої дії), висока металоємність, значні капітальні витрати на будівництво та ремонти.

1.3 Кінцеве охолодження коксового газу в холодильнику спірального типу

Останнім часом на коксохімічних підприємствах широко застосовуються спіральні (пластинчасті) теплообмінні апарати. Характерною рисою цього обладнання є високий коефіцієнт теплопередачі, компактність конструкції і відсутність безпосереднього контакту газу з охолоджувальною водою. Тому використання холодильників спірального типу великої одиничної потужності в установках кінцевого охолодження коксового газу представляється досить перспективним.

Вперше кінцевий газовий холодильник спірального типу був застосований Авдіївським коксохімічним заводом.

Рис. 1.3 Технологічна схема кінцевого охолодження з холодильником спірального типу

1 - кінцевий холодильник, 2 - конденсатовідвідник, 3 - збірник конденсату, 4 - насоси для конденсату, 5 - відстійник води від масла, 6 - збірник води, 7 - насос для надлишкової води, 8 - насос подачі масла кам'яновугільного, 9 - насос подачі водно-олійної суміші на промивку.

Для стійкої роботи холодильника (рис. 3) передбачається постійна промивка кожної секції сумішшю кам'яновугільного масла (30%) і води (70%) через розбризкувач у кількості 4-5 м³/год. на одну секцію-спіраль. За рахунок високої швидкості газу в апараті (~ 20 м/с) і високого ступеня турбулентності газового потоку реалізується ефект самоочищення пластин. Продуктивність одного холодильника по газу становить 100000 нм³/год. Для запобігання утворення відкладень на спіралях з боку оборотної води до якості останньої висуваються жорсткі вимоги щодо вмісту солей жорсткості, що, у свою чергу, вимагає проведення процесу водопідготовки.

Утворений конденсат і промивна суміш відводяться з нижньої частини апарату через гідрозатвор у збірник конденсату. Після збірки водо-масляна суміш насосом подається у відстійник для відділення води від масла, після чого вода самопливом надходить у збірник води.

Реалізація даної технологічної схеми дозволяє відмовитися від теплообмінного обладнання для охолодження оборотної води циклу кінцевого холодильника. За рахунок відсутності контакту охолоджуючої води і газу не утворюються викиди шкідливих речовин в атмосферу. Все обладнання герметично.

2. Кінцеве охолодження коксового газу

2.1. Технологія кінцевого охолодження коксового газу

Кінцеве охолодження коксового газу призначене для зниження його температури після сульфатного відділення від 55 - 57 ° С до 25 - 30 ° С, сприятливої для абсорбції бензольних вуглеводнів, і очищення його від нафталіну і смолянистих речовин. За класичною технологією для кінцевого охолодження коксового газу застосовуються насадочні або поличні апарати, в яких газ і охолоджуюча вода рухаються протитечією, а теплообмін відбувається при безпосередньому контакті між ними. Нагріта до 35 - 37 °С вода охолоджується повітрям у спеціальній градирні до 23 - 25 °С і знову подається насосом у газовий холодильник (відкритий водний цикл). При охолодженні газу в холодильниках відбувається конденсація парів нафталіну, який виділяється у вигляді дрібних кристалів і несеться разом з охолоджувальною водою. Перед подачею цієї води в градирню нафталін відокремлюють у відстійниках або екстрагують кам'яновугільної смолою в поличному апараті, розміщеному в нижній частині холодильника.

Бензольні вуглеводні вловлюють з коксового газу, що пройшов сульфатне відділення. Температура газу після сульфатного відділення не буває нижче 52-55 °С, а іноді досягає 60-70 °С. Газ містить значну кількість нафталіну (1,0-1,2 г/м³) і водяної пари. Для успішного виділення бензольних вуглеводнів коксовий газ повинен бути охолоджений до 25-30 °С, очищений від нафталіну і звільнений від деякої частини містяться в ньому водяної пари. Це охолодження газу називають кінцевим, тому що після цього газ більше не охолоджується. Холодильники, в яких відбувається охолодження газу, називаються кінцевими. Ці холодильники розташовуються по газовій трасі цеху уловлювання перед бензоловими скруберами. На коксохімічних заводах країни існує два способи кінцевого охолодження газу: з нафталіновим відстійником і з екстрагуванням нафталіну з води смолою. В даний час широке застосування отримав другий спосіб як більш ефективний.

На рис. 2.1 наведена схема кінцевого охолодження коксового газу із застосуванням гарячої смоли для вимивання нафталіну з води. Верхня газова частина кінцевого холодильника обладнана полками і служить для охолодження газу. У полицях є значна кількість отворів діаметром 10 мм. Нижня частина холодильника служить промивачем і тому обладнана вісьмома полками з отворами 3 мм.

Коксовий газ з температурою 52-60 °С надходить в газову частину холодильника 1, піднімаючись вгору, охолоджується технічною водою до 25-30 °С і прямує в бензольні скрубери. Охолодження газу виробляється оборотною технічною водою, що знаходиться в замкнутому циклі

Охолоджена в градирні 7 технічна вода з температурою 20-25 °С насосом 6 подається на верхню газову частину холодильника 1 і охолоджує коксовий газ, що йде протитечією. При охолодженні газу з нього одночасно вимиваються кристали нафталіну. Нафталін, що виділяється з газу разом з водою стікає по центральній трубі (або бічній) в нижню частину холодильника 2, що служить промивачем.

Рис. 2.1 Схема кінцевого охолодження коксового газу

1 - верхня газова частина холодильника; 2 - нижня частина холодильника (промивач), 3 - збірник; 4, 6 - насоси; 5 - відстійник; 7 - градирня.

У промивач на одну з верхніх полиць (або на кожну) безперервно подається смола з температурою 70-80 °С. Смола, стикаючись з водою, розчиняє нафталін, що міститься в ній.

Промивач забезпечений паровим підігрівачем для підігріву стікаючої смоли. Обсяг цієї частини промивача дозволяє виробляти відстій смоли від води за 5-8 год. Відстояна смола з промивача при температурі 50-60 °С виводиться через смоловідводник до збірки 3, а потім у сховищі відділення конденсації. Вода з верхньої частини промивача перетікає у відстійник 5, де остаточно звільняється від незначної кількості смоли і надходить на охолодження в градирню 7. Охолоджена вода знову надходить у холодильник для охолодження газу.

Витяг нафталіну в промивачі досягає 95-100%. Для вилучення нафталіну в промивач подається товарна смола відділення конденсації, яка додатково збагачується нафталіном і фенолами, і ушляхетнюється в результаті зменшення вмісту солей хлору, які вимиваються водою. Витрата смоли на витяг нафталіну з води становить 2,0-2,5% від кількості подаваємої в холодильник охолоджуючої води. Досвід експлуатації нафталінових промивачів показав високу їх ефективність.

Для кінцевого охолодження коксового газу застосовують газові холодильники безпосередньої дії з нафталіновим промивачем (або без промивача) діаметром 4,5 - 6,0 м, висотою 37,4 - 46,0 м. Виготовляються холодильники зі сталі. У газовій частині передбачається 18 полиць, в промивачі 8 полиць. Подальша інтенсифікація процесу кінцевого охолодження коксового газу, з урахуванням великих потоків коксового газу, припускає використання колонних апаратів з регулярними пластинчастими насадками з яких найбільш простий є плоскопаралельна. У таких апаратах при швидкості газового потоку 3-5 м/с коефіцієнт теплопередачі збільшується в 2 і більше разів. Апарати мають малі габарити, що значно скорочує капітальні витрати на їх спорудження і покращує техніко-економічні показники роботи установок.

2.2 Призначення і конструкція газозбірника

технологія обробка коксовий газ

В даний час коксові батареї обладнюють двома газосбірниками з машинного й коксової сторони, з'єднані між собою перекидним газопроводом. Установка двох газозбірників сприяє більш рівномірному відсмоктуванню коксового газу з печей, підтримці в них оптимального тиску і забезпечує найкращі умови для бездимного завантаження.

Основне призначення газозбірників полягає в наступному:

1. Збирання коксового газу, що виділяється з камер коксування печей протягом усього періоду коксування, і вирівнювання його складу.

2. Охолодження коксового газу від температури 650 - 700 °С до 80 - 85 °С шляхом зрошення його в газозбірнику розпорошеною надсмольною водою.

Газозбірник являє собою горизонтальний колектор діаметром 1200 - 1500 мм, що укладається уздовж батареї на кронштейнах анкерних колон.

У газозбірниках передбачені штуцери для під'єднання стояків, газоскидних свічок і гідрозатворів. Для полегшення сходу фусів газозбірники встановлюють з ухилом, рівним 0,006. У центрі кожного газозбірника мається трійник для приєднання перекидного газопроводу.

Коксовий газ з камер коксування надходить у газозбірники через стояки, які за допомогою колін з'єднані з газосбірником. У коліні стояка встановлений тарільчастий клапан, за допомогою якого камера може бути відключена від газозбірника. У верхній частині коліна стояка передбачено отвір для підведення пари, необхідного для бездимної завантаження камер коксування шихтою.

У газозбірнику газ зрошується дрібнорозпиленою водою, яка подається через форсунки, встановлені в газозбірнику. Для полегшення сходу смоли з газозбірника охолодження коксового газу в ньому здійснюється гарячою водою. Крім того, зрошення гарячою водою забезпечує випаровування води в газ, а, отже, охолодження газу меншою кількістю води. Зазвичай температура води, що надходить в газосборнік, вище точки роси поступаючого в нього газу і становить 70 - 75 °С.

Надсмольна вода разом зі смолою і фусами виводиться з газозбірників через відповідні гідрозатвори.

2.3 Призначення і конструкція холодильників

Основне призначення первинних трубчастих газових холодильників полягає в охолодженні коксового газу після газозбірників за допомогою технічної води.

Охолодження газу в трубчастих газових холодильниках здійснюється через поверхню теплопередачі, що складається з вертикальних або горизонтальних труб. Відповідно до цього застосовують трубчасті холодильники з вертикальним або горизонтальним розташуванням труб.

У процесі охолодження коксового газу в цих холодильниках відбувається конденсація значної частини води, виділення з газу смоли, а також розчинення в конденсаті, що утворюється, деякої кількості аміаку, сірководню і вуглекислоти. Крім того, відбувається виділення значної кількості нафталіну.

Трубчастий холодильник з горизонтальним розташуванням трубок показаний на рис. 2.2.

Корпус холодильника має прямокутний перетин. Труби в холодильнику розташовані горизонтально, у вигляді окремих пучків, ввальцовані в решітки по обидві бічні сторони холодильника. Всього в холодильнику 59 пучків труб.

У цьому холодильнику газ рухається зверху вниз, а вода подається знизу і виходить зверху; при цьому внаслідок горизонтального розташування труб здійснюється перехресний рух газу і води.



Рис. 2.2 - Газовий холодильник з горизонтальними трубками

Утворений при охолодженні газу конденсат (вода і смола) стікає по трубах зверху і через гідрозатвор відводиться в збірник конденсату.

Здійснюваний в даному холодильнику рух газу і конденсату зверху вниз є більш раціональним, ніж рух газу в багатоходових холодильнику з вертикальними трубами, так як при випаданні в нижній частині холодильника нафталіну останній може розчинятися стікає вниз смолою. Для змиву залишившихся відкладень нафталіну зі стінок передбачена подача у верхню частину холодильника надсмольної води і в нижню частину - смоли. Передбачена також подача пари для пропарювання міжтрубному простору.

Швидкість руху води в цьому холодильнику становить 0,5 - 0,7 м/с, що значно більше, ніж у холодильнику з вертикальними трубами, де швидкість води менше 0,1 м/с.

Всі ці обставини забезпечують більш високий коефіцієнт теплопередачі в холодильнику з горизонтальними трубами, ніж у холодильнику з вертикальними трубами.

Охолодження газу цього холодильника може здійснюватися не тільки технічною водою, а й іншими рідинами, зокрема поглинаючим розчином сіркоочищення. Розподіл поверхні охолоджуваної технічною водою і розчином сіркоочищення шляхом перестановки розділової кришки.

Холодильник з горизонтальними трубами вимагає обов'язкової підготовки технічної води, для суспензій і тимчасової рідини, т. к. доступ до труб утруднений, що є недоліком цих холодильників.

1.5 Характеристика нагнітачів для коксового газу

Нагнітачі служать для відсмоктування газів з коксових печей і створення напору, необхідного для просування газу через апаратуру хімічних цехів і газопроводи. Апаратура й газопроводи, розташовані до нагнітачів, знаходяться під розрідженням, а після них - під тиском.

При надмірному тиску після нагнітачів 2500 мм вод. ст. і атмосферному тиску 760 мм рт. ст. загальний тиск дорівнюватиме 760+=944 мм рт. ст.

На кожен газовий потік від двох батарей коксових печей встановлюють один нагнітач, а на два газових потоку від чотирьох батарей - два робочих нагнітача і один резервний. Нагнітачі - відцентрового типу, що приводяться в рух паровою турбіною або електродвигуном.

У нагнітачах відбувається часткове виділення туманообразної смоли до змісту 0,2 - 0,5 г/м. Виділилася в нагнітачах смола стікає через спеціальні спускні лінії в гідравлічний затвор. Внаслідок стиснення газу в нагнітачах виділяється тепло, яке підвищує температуру газу, що виходить. Деяка частина тепла втрачається через корпус нагнітача назовні, але вона дуже мала у порівнянні із загальною кількістю тепла, що виділяється при стиску газу, внаслідок чого стиснення газу можна наближено вважати адиабатическим. Після нагнітачів температура газу зазвичай підвищується на 10 - 15 °С залежно від сумарного напору.

Опис процесу кінцевого охолодження коксового газу у кінцевому газовому холодильнику

Недоліком класичної технології кінцевого охолодження коксового газу є те, що при контакті з газом вода насичується ціаністим воднем, сірководнем, нафталіном, бензоловими вуглеводнями та іншими шкідливими компонентами, більша частина яких при охолодженні води в градирні виділяються в атмосферу. Практика роботи коксохімічних підприємств показує, що градирні для охолодження оборотної води кінцевих газових холодильників є найбільш великими джерелами шкідливих викидів в цехах уловлювання хімічних продуктів коксування, тому удосконалення даної технології дозволить вирішити цю проблему.

Оборотна вода після відстійників охолоджується в кожухотрубчастих теплообмінниках. Надлишкова вода (газовий конденсат) подається в колону 6, де гострою парою з неї віддувають кислі гази та інші леткі компоненти. Новоутворена парогазова суміш з верхньої частини колони направляється в газопровід прямого коксового газу перед первинними холодильниками, а очищена вода виводиться знизу колони через пекопастку 7 до збірки 8, з якого подається насосом через теплообмінник 9 на біохімічну очистку.

Установки закритого циклу води кінцевого охолодження коксового газу були використані на Новолипецькому металургійному комбінаті, Авдіївському коксохімічному заводі, Алтайському коксохімічному заводі, Запорізькому коксохімічному заводі.

Закриття циклу призводить до накопичення в оборотній воді ціанідів, роданидів та інших солей, що викликають корозію обладнання. Рішенням цієї проблеми можуть бути такі методи:

1. Деціанізація води циклу кінцевих газових холодильників з використанням формальдегіду за методом "Формекс - ціан".

2. Вакуумна деціанізація оборотної води циклу кінцевих газових холодильників.

3. Віддувка ціану з води циклу кінцевих газових холодильників інертного-ним носієм.

4. Обробка води сірчанокислим залізом (II).

Розглянемо перший спосіб: ціаністий водень, поглинений з газу оборотної водою циклу кінцевого охолодження газу, зв'язується формальдегідом (його водним розчином - формаліном) з утворенням нітрилу гліколевої кислоти (гліконітріла), добре розчинної у воді і нелетючого з'єднання (t_кип ~ 183 °С) за реакції:

HCN + СН₂О -> НОСН₂СN (2.1).

Механізм взаємодії у водному розчині ціаністого водню і формаліну має вигляд

HCN Н⁺ + CN^-, (2.2)

Н₂С(ОН)₂ Н₂СО + Н₂O, (2.3)

Н₂СО + CN^-OCH₂CN^-, (2.4)

OCH₂CN^- + Н⁺HOCH₂CN. (2.5)

При мольному відношенні формальдегіду до ціанід-іону М дорівнює або менше одиниці кінцевим продуктом реакції є гліконітріл, в тому числі і в тих випадках, коли реакція здійснюється в розчинах, вже містять значну кількість гліконітріла (до ~ 20 кг азота/м³), тобто при 30 - 50 °С і у відсутності каталізаторів формальдегід з гліконітрілом не реагує. При 30 - 50 °С і рН 6,5 - 12 ступінь зв'язування ціанід-іона (від теоретично можливого) при вихідному вмісті ~ 300 г/м³ і часу реакції 15 - 20 хв склала від 97,3 до 99,6%. У штучному розчині, що містить ціанід-іон (300 - 400 г/м³) та інші речовини (335 фенолу, 85 аміаку, 11 г/м³ сірководню) при M <= 1 і часу реакції 15 - 20 хв ціанід-іон реагував з формальдегідом майже повністю (ступінь зв'язування 99%).

Феноли, аміак і сірководень при їх звичайних концентраціях в оборотній воді циклу кінцевого охолодження газу не перешкоджають основній реакції формальдегіду з ціанід-іоном, причому час повного зв'язування ціанід-іона значно менше, ніж час реагування цих речовин при надлишку формаліну.

За другим способом, очищення оборотної води здійснюється в деціанізаторі із залишковим тиском в системі 7 кПа, що сприяє зниженню температури кипіння води до 38 °С (це дозволяє не підігрівати воду, яка подається на деціанізатор) та зменшення теоретичної витрати пари на дистиляцію.

Вода після кінцевого холодильника надходить на верх деціанізатора 1 при 38 °С, а очищена вода відкачується насосом знизу. Парогазова суміш з верхньої частини деціанізатора потрапляє в конденсатор 2, при чому подача здійснюється знизу, а вихід газу - зверху конденсатора, що дозволяє змивати водою нафталін, що сублімується. Конденсат відкачують насосом і направляють на зрошення деціанізатора, а гази вакуумним пароежекторним насосом 3 разом з водяними парами направляють на вхід пародісцілятного конденсатора сіркоочищення.

У генератор пари 4 надходить перегріта циркулююча вода, яка охолоджується в ньому в результаті випаровування і повертається насосом в бензольне відділення для охолодження масла. Поповнення циклу в парогенераторі здійснюється деціанізірованною водою, яка у кількості 5,5 м³/год. (1% від води, що подається на деціанізацію) проходить фільтри з коксом 7 для видалення домішок смоли і нафталіну, при чому фільтри працюють по черзі.

Технологія характеризується наступними основними показниками (на газовий потік 100 тис.м³/год): витрата оборотної води на деціанізатор 550 м³ /год., пари (600 кПа) на пароежектор 600 кг/год, електроенергії (орієнтовно) на деціанізатор 2,4 млн. кВт / рік.

У третьому способі використовується віддувка ціаністого водню з оборотної води зворотним коксовим газом у спеціальному скрубері. Але при цьому відбувається забруднення зворотного коксового газу, підвищується його температура і вологість, різко посилюється корозія зворотних газопроводів, а при використанні газу в якості палива атмосфера забруднюється оксидами азоту.

Використання четвертого способу засновано на зв'язуванні ціанід-іона за допомогою сірчанокислого заліза (II), з утворенням солей: феро-ферроціаніда, Феррі-ферроціаніда, феро-ферроціаніда і ціаніду заліза (II). Нерозчинні солі виділяють за допомогою флотації з добавкою катіонних поверхнево-активних речовин.

До недоліків закритого циклу також можна віднести:

- Швидке зниження ефективності роботи водяних холодильників через відкладення в них нафталіну і смолянистих речовин, що вимагає частої пропарювання їх або промивання гарячим кам'яновугільним маслом;

- Погіршення якості масла в бензольному відділенні через підвищену концентрації ціаністого водню в газі;

- Збільшення витрати соди та кількості баластних солей в цеху сіро-очищення.

Другий шлях вирішення проблеми забруднення атмосфери у відділенні кінцевого охолодження коксового газу, тобто охолодження газу в холодильниках поверхневого типу, представляється більш простим і ефективним. У 70-ті роки минулого століття для цієї мети на заводі в Ньюпорті (Англія) був встановлений газовий холодильник з горизонтальними трубами. Для забезпечення безперервної стійкої роботи міжтрубний простір холодильників зрошується поглинальним маслом або смолою, щоб вивести з них нафталін. Експлуатація таких холодильників супроводжувалася виділенням водного конденсату, що містить шкідливі компоненти, які відбувають з води повітрям в окремому апараті і спалюються в котлах установок контактного отримання сірчаної кислоти. При цьому основна частина ціаністого водню конвертується до елементного азоту. Є також пізніший досвід застосування газових холодильників з горизонтальними трубами на Маріупольському КХЗ. Для видалення відкладень нафталіну на трубах міжтрубний простір таких холодильників зрошується поглинальним маслом або смолою. Недоліками таких апаратів є громіздкість, велика кількість трубних решіток і водорозподільних кришок, складність обслуговування.

Нами розроблений кінцевий газовий холодильник, що складається зі стандартних кожухотрубчастих теплообмінників, розташованих горизонтально один над іншим і з'єднаних послідовно з газового та водяних потоків. Він має більш просту конструкцію і забезпечує високу інтенсивність теплообміну. Для видалення відкладень нафталіну передбачено зрошення міжтрубного простору водосмоляною емульсією. Відповідно до розрахунків для охолодження 120000 м³/год. газу від 55 до 30 °С потрібно поверхню теплообміну 2300 м², що відповідає 9 теплообмінникам O 1200 мм з довжиною труб 4 м і O 25 * 2 мм, розділених на 3 паралельні секції по 3 теплообмінника , з'єднаних послідовно, в кожній. За іншим варіантом передбачено використовувати стандартні конденсатори-холодильники з трубами O 38 * 2 мм і довжиною 4 м. Для охолодження заданого об'єму газу потрібно поверхню теплообміну 2800 м², відповідна 2 паралельним секціям по 2 теплообмінника в кожній.

Планується проведення розрахунків холодильників з горизонтальними трубами, вертикальних кожухотрубчастих холодильників і вибір оптимального апарату. А також дослідження процесу охолодження коксового газу на ЕОМ, а саме, вплив довжини, діаметру трубок на теплообмін між газом і водою.

3. РОЗРАХУНКОВА ЧАСТИНА

3.1 Розрахунок матеріального балансу коксування вугільної шихти

Матеріальний баланс коксування складається на основі закону збереження маси речовини

, (3.1)

де - сума маси вугільної шихти, а також кількість вологи, що потрапила з нею до коксових печей;

- сума маси коксу, вологи шихти, пірогенетичної води, газу, смоли та інших хімічних речовин, отриманих при коксуванні вугільної шихти.

Для розрахунку візьмемо шихту слідуючого складу по маркам відносно донецького вугілля, %: Г - 32%, Ж - 33%, К - 25%, ОС - 10%. Шихта призначена для отримання доменного коксу на КХП без вуглезбагачуваної фабрики, тому вона складається з збагачувального вугілля, отриманих заводом з ЦОФ. Дані для розрахунку приведені в таблиці 3.1

Таблиця 3.1 - Склад шихти по маркам та якість вугілля, що були вибрані для розрахунку

Марка вугілля	Кількість в шихті, %	Технічний аналіз
Г Ж К ОС	30 35 25 10	8 7 7 6	7,5 8,0 8,3 7,0	34 28 24 12	1,7 1,6 1,5 1,4	0,85 0,90 0,95 0,79	9 6 4 1,8

Показники технічного аналізу отримуємо за рахунок правила адитивності Визначимо кількість в робочій шихті, %:

вологи

; (3.2)

сірки

; (3.3)

золи

. (3.4)

. (3.5)

Вихід летючих речовин шихти на горючу масу, %

; (3.6)

. (3.7)

Показники елементного аналізу

; (3.8)

; (3.9)

. (3.10)

У процесі термічної переробки вугілля утворюються хімічні продукти коксування, вихід яких визначається із застосуванням коефіцієнтів переходу окремих елементів у газоподібні сполуки. Одночасно утворюються складні сполуки, наприклад ароматичні вуглеводні та інші речовини, для розрахунку яких також застосовуються коефіцієнти, засновані на практичних даних, що залежать від умов коксування і складу шихти.

3.2 Розрахунок матеріального балансу коксування для проектуємого заводу

Розрахунок матеріального балансу коксування можна вести для різної кількості коксованої шихти, але найбільш зручно вести розрахунок на 1000 кг сухої шихти. Матеріальний баланс складається з двох частин - прибуткової (суха шихта і волога шихти) і видаткової (кокс валовий, коксовий газ і все уловлювані з нього хімічні продукти коксування, вихід яких з шихти не нижче 0,1%). До них відносяться: кам'яновугільна смола, сирий бензол, аміак, сірководень, волога шихти, вода пірогенетичної.

Важливою статтею матеріального балансу є його «нев'язка», що показує, наскільки точно зроблено його розрахунок.

1. Під валовим коксом розуміється сума великого коксу, коксового горішка і коксового дріб'язку, одержуваних при сортуванні рядового коксу, а також коксовий шлам, уловлює з відстійників вежі гасіння. Вихід сухої валового коксу з сухої шихти підраховуємо за формулою

, (3.11)

де - вихід летючих речовин шихти на суху масу, %;

- вихід летючих речовин валового коксу на суху зольну масу, % (=1%);

П - припек коксу, що знаходиться за формулою:

. (3.12)

. (3.13)

Величина П знаходится в межах від 3 до 5%.

. (3.14)

Вихід сухого валового коксу на робочу шихту перераховуємо за формулою, %:

, (3.15)

Тобто . 725,6 кг із 1000 кг робочої шихти.

Сухий коксовий газ із сухої шихти підраховуємо за формулою:

, (3.16)

де - вихід зворотного газу з сухої шихти, %;

К - емпіричний коефіцієнт, що дорівнює 2,85.

Тоді

. (3.17)

, (3.18)

або 132 кг із 1000 кг робочої шихти.

Вихід смоли безводної з сухої шихти розраховуємо за формулою:

, (3.19)

де - вихід смоли безводної, в перерахунку на суху шихту, %;

К = 0,93.

. (3.20)

, (3.21)

або 31,8 кг із 1000 кг робочої шихти.

Вихід сирого бензолу визначається за формулою:

, (3.22)

К = 0,95.

;(3.23)

, (3.24)

Або 9,1 кг із 1000 кг робочої шихти.

Вихід 100% аміаку з робочої шихти розраховуємо за формулою:

, (3.25)

де b - коефіцієнт переходу азоту шихти в аміак (приймаємо b=0,137);

17 - молекулярна маса аміаку;

14 - молекулярна маса азоту;

- вміст азоту в робочій шихті,% (для нашого прикладу =1,66%).

, або 1,1 кг із 1000 кг робочої шихти.

Вихід сірки в перерахунку на сірководень з робочої шихти підраховуємо за формулою

, (3.26)

де - коефіцієнт переходу сірки шихти в сірководень (приймається рівним 0,22); 34 - молекулярна маса сірководню;

32 - атомна маса сірки;

- Вміст сірки в робочій шихті,%.

, або 2,1 кг з 1000 кг робочого шихти.

7. Вологу шихти, що випаровується в камерах коксування, підраховуємо за формулою

кг із 1000 кг робочої шихти. (3.27)

Вихід пірогенетичної води з робочої шихти підраховуємо за формулою

, (3.28)

де - коефіцієнт переходу кисню шихти в пірогенетичної воду (приймається рівним 0,436);

18 - молекулярна маса води;

16 - атомна маса кисню;

- вміст кисню в робочій шихті, %.

кг (3.29)

По різниці між прибуткової і видаткової частинами знаходимо нев'язку балансу: 1000-(725,6+132+31,8+9,1+1,1+2,1+72+29,3)=3кг, тобто 0,3%. Нев'язка балансу вважається допустимою до 0,5%. Для діючого заводу нев'язка балансу вважається втратами виробництва. Щоб ці втрати були мінімальними, необхідно виявляти причини нев'язки балансу і усувати їх. Далі знаходимо коефіцієнт озолення:

. (3.30)

Тоді вміст золи в коксі буде.

Отримані результати розрахунку заносяться в таблицю за прийнятою формою (таблиця 3,2), званої зведеним балансом, де наводять дані на суху і робочу масу.

3.3 Розрахунок газозбірника

Кількість сухої шихти, коксованої у двох батареях коксових печей, 1 * 10⁶ т/рік або 114,16 т/год; вологість шихти 7,2%.Вихід основних продуктів коксування у відсотках по масі на суху шихту представлений в таблиці 3.3.

Таблиця 3.3 - Вихід основних продуктів коксування

Продукти коксування	Вихід, % мас
Кокс Сухий коксовий газ Смола Бензольні вуглеводні Сірководень Аміак Пірогенетична волога	77,5 15,0 3,5 1,0 0,5 0,3 2,2

Склад сухого кокосового газу (за вирахуванням бензольних вуглеводнів, сірководню і аміаку) представлений в таблиці 3.4.

Таблиця 3.4 - Склад сухого коксового газу

Компоненти	Склад, % об'емн.
	57,9
	26,2
	6,0
	4,6
	2,2
	2,5
	0,6

Кількість вологої шихти, коксованої на годину, становить

 т/год. (3.31)

Волога шихти т/год. (3.32)

У газозбірники надходить наступна кількість газоподібних продуктів коксування:

По масі, кг/год

1. Сухий коксовий газ 114,16*10*0,1422=16 233,55

2. Водяна пара 114,16*10*0,0318+8,86*10=12 490,29

3. Пара смоли 114,16 *10*0,0343=3 915,69

4. Бензольні вуглеводні 114,16*10*0,0098=1 118,77

5. Сірководень 114,16*10*0,0022=251,15

6. Аміак 114,16*10*0,0016=182,66

Всього: 34192,11 кг/год.

По об'єму, м/год:

1. Сухий коксовий газ:

,

де кг/м - щільність сухого коксового газу, визначена за складом газу:

кг/м.

м/год.

2. Водяні пари:

,

де л/моль - молярний об'єм;

г/моль - середня молярна маса водяної пари.

м/год.

3. Пара смоли:

,

де г/моль - середня молярна маса смоли.

м/год.

4. Бензольні вуглеводні:

,

де г/моль - середня молярна маса бензольних вуглеводнів.

м/год.

5. Сірководень:

.

м/год.

6. Аміак:

.

м/год.

Всього: 55 060,75 м/год.

Приймаємо, що в газозбірниках конденсується 60% смоли, що міститься у вступнику газі. Тоді кількість конденсуємої смоли дорівнюватиме:

кг/год.

Кількість парів смоли, що виходять з газозбірників:

кг/год

Або по об'єму м/год.

Прихід тепла:

1). Тепло, що вноситься до газозбірники коксівним газом.

1.1). Тепло, що вноситься сухим коксовим газом:

,

где °С;

ккал/(м•град) = 1,642 кДж/(м•град)

теплоємкість по масі:= ккал/(кг•град) = 3,624 кДж/(кг•град).

кДж/год.

1.2). Тепло, що вноситься водяною парою:

,

де 595 - ентальпія водяної пари при 0°С, ккал/кг;

=0,484 ккал/(кг•град) теплоємкість водяної пари при 0 - 650°С.

кДж/год.

1.3). Тепло, що вноситься парою смоли:

,

де 88 - ентальпія пари смоли при 0°С, ккал/кг;

- теплоємкість пари смоли:

ккал/(кг•град).

кДж/год.

1.4). Тепло, що вноситься бензолними вуглеводнями:

,

,

де M - середня молекулярна меса бензольних вуглеводнів

ккал/(кг•град).

кДж/год.

1.5). Тепло, що вноситься сірководнем:

,

кДж/год.

1.6). Тепло, що вноситься аміаком:

,

кДж/год.

Загальна кількість тепла, що вноситься газом у газозбірники:

Q=95 097 399,24 кДж/год.

2. Тепло, що вноситься до газозбірники надсмольной водою, що надходить для охолодження газу:

,

де - кількість надсмольної води, кг/год;

- температура поступаючої води, °С.

м/год.

мм рт. ст.,

Дійсна температура повинна бути вище точки роси надходить газу на 5 - 10 градусів для забезпечення рушійної сили випаровування води в газ. Приймаємо температуру води, що поступає рівною 75^оС

кДж/год.

кДж/год.

Витрата тепла:

1. Тепло, що уноситься коксовим газом.

,

где °С

ккал/(м•град) = 1,4 кДж/(м•град)

теплоемкость по массе:

= кДж/(кг•град).

кДж/год.

2. Тепло, що уноситься водяною парою:

,

= 0,438 ккал/(кг•град) = 1,84 кДж/(кг•град)

кДж/год.

3. Тепло, що уноситься парою смоли:

,

ккал/(кг•град).

кДж/год.

4. Тепло, що уноситься бензольними вуглеводнями:

,

, ккал/(кг•град).

кДж/год.

5. Тепло, що уноситься сірководнем:

,

ккал/(кг•град) -

кДж/год.

6. Тепло, що уноситься аміаком:

,

де = 0,503 ккал/(кг•град).

кДж/год.

Q=38 853 172,04+2636,57G кДж/год.

7. Тепло, що уноситься надсмольною водою:

,

где - температура надсмольной води і смоли, що виходять з газозбірників. Ця температура приймається на 2-3 град вище температури води, що надходить в газозбірники. = 78°С.

ккал/(кг•град) = 1,471 кДж/(кг•град).

кДж/год.

8. Тепло, що втрачається газосбірником в навколишнє середовище. Втрати тепла в навколишнє середовище можуть бути визначені за формулою:

,

де - коефіцієнти тепловіддачі від стінки газозбірника до повітря конвекцією і випромінюванням. Ця величина може бути визначена сумарно за наближеною формулою:

,

=8+0,05*120=14 ккал/(м•ч•град) = 58,66 кДж/(м•ч•град).

°С - температура повітря.

Поверхня двох газозбірників на двох батареях коксових печей при діаметрі газозбірника 1,5 м і довжині кожного з них 101 м буде дорівнює:

м.

кДж/год.

.

=;

G = 13630,05 кг/год или 13630,05 =16961,84 м/год.

Загальний об'єм пари, що виходить з газозбірника:

15 543,47+16961,84 = 30 505,31 м/год,

Загальний об'єм усіх газів:

54 751,18+16961,84 = 71 713,02 м/год.

Парціальний тиск водяної пари на виході із газозбірника

760 = 344,48,

Що відповідає точці роси у 79°С.

Отже температура газу, що виходить з газозбірників була прийнята правильно.

На підставі проведених розрахунків в таблиці 3.5 наведено матеріальний, а в таблиці 3.6 теплової баланси газозбірників

Таблица 3.5 - Матеріальний баланс газосбірників

Найменування	Входить до газозбірника	Виходить із газозбірника
	кг/год	м/год	кг/год	м/год
Газ Сухий коксовий Водяна пара Пара смоли Бензольні вуглеводні Сірководень Аміак	16 233,55 12 490,29 3915,69 1 118,77 251,15 182,66	38 286,67 15 543,47 515,95 301,93 165,46 247,27	16 233,55 26 120,34 1566,28 1 118,77 251,15 182,66	38 286,67 32 512,88 206,38 301,93 165,46 247,27
Всього	34 192,11	55 060,75	45 472,75	71 720,59
Рідина Надсмольна вода Смола	627 880 -	- -	614 249,95 2 349,41	- -
Всього	662 072,11	-	662 072,11	-

Таблица 3.6- Тепловий баланс газосбірників

Витрата тепла продуктами	Приріст тепла, кДж/год	Витрата тепла, кДж/год
Сухий коксовий газ Водяна пара Пара смоли Бензольні вуглеводні Сірководень Аміак	38 239 750,38 47 603 293,02 7 415 846,98 1 340 666,84 187 417,92 310 424,1	3 899 948,05 68 868 104,84 1 873 781,09 98 356,19 19 535,24 30 027,56
Всього	95 097 399,24	74 789 752,94
Надсмольна вода Смола Втрати тепла назовні	197 311 290 - -	206 767 596 263 210,22 10 588 130
Всього	292 408 689,2	292 408 689,2

Інтерес представляє аналіз статей теплового балансу газозбірника. Для цього складено тепловий баланс в таблиці 3.7, що містить розрахунки кількості отриманого і витраченого тепла.

Таблица 3.7 - Тепловий баланс газосбірників

Статьи прихода	Получено тепла	Статьи расхода	Израсходовано тепла
	кДж/год	%		кДж/год	%
Охлаждение: сухого газа водяных паров бензольных углеводородов паров смолы сероводорода аммиака	34 339 802,33 14 671 769, 11 1 242 310, 65 5 542 065, 89 167 882, 68 280 396, 54	61,05 26,09 2,2 9,9 0,3 0,5	Нагрев воды Испарение воды Унесено смолой Потери тепла наружу	3 530 615,86 41 862 271,1 263 210,22 10 588 130,0	6,3 74,4 0,47 18,8
Итого	56 244 227, 2	100		56 244 227,2	100

Таким чином, на нагрівання і випаровування води витрачається 80% від всього тепла, отриманого від охолодження газу. Втрати тепла назовні складають 18,8%; від загального ж балансового тепла, представленого в таблиці 9, втрати тепла становлять 3,6%.

Діаметр газозбірника визначаємо виходячи з фактичного обсягу газу, що виходить з газозбірників і швидкості газу, рівної 4 м / с.

Об'єм газу, що виходить дорівнює:

71 720,59 = 92 474,9 м/год.

Таким чином, на нагрівання і випаровування води витрачається 80% від всього тепла, отриманого від охолодження газу.

Втрати тепла назовні складають 18,8%; від загального ж балансового тепла, представленого в таблиці 9, втрати тепла становлять 3,6%. Діаметр газозбірника визначаємо виходячи з фактичного обсягу газу, що виходить з газозбірників і швидкості газу, рівної 4 м / с. Об'єм газу, що виходить дорівнює

м,

D=1 м.

3.4 Розрахунок газового холодильника з горизонтальним розташуванням труб

3.4.1 Матеріальний розрахунок

Таблица 3.8 - Кількість газів, поступають в холодильники

Найменування	Кількість газообразних продуктів
	кг/год	м/год
Сухий коксовий газ Водяна пара Пара смоли Бензольні вуглеводні Сірководень Аміак	16 233,55 26 120,34 1566,28 1 118,77 251,15 182,66	38 286,67 32 512,88 206,38 301,93 165,46 247,27
Всього	45 472,75	71 720,59

Температура газа 79°С, тиск 760 мм рт. ст.

Приймаємо, що температура газу на виході з холодильника дорівнює 30 ° С і тиск 745 мм рт. ст. Приймаються також, що в холодильнику конденсується вся смола, наявна в газі.Обсяг водяної пари на виході з холодильника визначаємо з рівняння , де - об'єм сухого газа на виході із холодильника, м/год;

p = 31,8 мм рт. ст.;

P - общее давление газа на виході из холодильника, мм рт. ст.

=71 720,59 - 206,38 - 32 512,88 = 39 001,33 м/год,

м/год

кг/год.

Отже, в холодильнику конденсується водяної пари в кількості

26 120,34 - 1397,4 = 24 722,94 кг/год.

Кількість аміачної води, що йде на переробку

12 490,29 -1397,4 =11 092,89 кг/год,

де 12 490,29 - кількість вологи шихти, кг/год;

1397,4 - кількість водяної пари, що уноситься газами із холодильника, кг/год.

Різниця між кількістю водяної пари 24 722,94 кг/год і переробляється води 11 092,89 кг / год, що дорівнює 13 630,05 кг/год, йде на поповнення циклу води газозбірників. Схема матеріальних потоків показана на рисунку 3.1.

Рис. 3.1 - Схема матеріальних потоків надсмольної води при охолодженні коксового газа

У аміачної воді, що йде на переробку, розчиняється деяку кількість аміаку, сірководню і двоокису вуглецю. Згідно практичним даними в конденсаті цих холодильників міститься аміаку від 8 до 12 г/л, сірководню від 2 до 4 г/л, двоокису вуглецю 3 - 4 г/л. Відповідно до цього в аміачної воді, що йде на переробку в кількості 11 092,89 кг / год, розчиняється:аміаку 11 092,89 * 0,01 = 110,93 кг/год;

сірководню 11 092,89 * 0,003 = 33,28 кг / год;

двоокису вуглецю 11 092,89 * 0,0035 = 38,83 кг / год.

Матеріальний баланс холодильника наведено в таблиці 3.9.

Таблица 3.9 - Материальний баланс холодильника

Найменування	Приріст	Витрата
	кг/год	м/год	кг/год	м/год
Газ Сухий коксовий газ Водяна пара Пара смоли Бензольні вуглеводні Сірководень Аміак	16 233,55 26 120,34 1566,28 1 118,77 251,15 182,66	38 286,67 42 512,88 206,38 301,93 165,46 260,27	16 194,72 1397,4 - 1 118,77 217,87 71,73	38 257,67 1739 - 301,93 143,53 97,1
Всього	45 472,75	83000	19 000,49	40 568,34
Рідина Вода Розчинені гази Смола	- - -	- - -	24 722,94 183,04 1566,28	- -
Всього	45 472,75	-	45 472,75	-

3.4.2 Тепловий розрахунок

Приріст тепла

1. Тепло, що вноситься в холодильник коксівним газом згідно з розрахунком газозбірник:

38 239 750,38 кДж/год.

2. Тепло, що вноситься оходжувальною водою:

,

- температура поступаючої води, равная 20 - 28°С.

=24°С,

24W.

38 239 750,38+24W.

Витрата тепла

1. Тепло, що уноситься газом:

16 194,72*0,688*4,19*30=1 400 545,3 кДж/год,

2 Тепло, що уноситься водяною парою:

1397,4*4,19*(595+0,434*30)= 3 560 021,55 кДж/год,

3 Тепло, що уноситься бензольними вуглеводнями:

1 118,77*4,19*0,246*30=34 594,83 кДж/год,

4 Тепло, що уноситься сірководнем:

217,87*0,235*4,19*30=6 435,77 кДж/год,

5 Тепло, що уноситься аміаком:

71,73*0,493*4,19*30=4 445,12 кДж/год,

5 006 042,57 кДж/год.

6. Тепло, що уноситься конденсатом води і смоли:

(24 722,94+183,04+1 566,28*0,343)*4,19*51=5 436 960,41 кДж/год,

С=0,327+0,31*10*51=0,343 ккал/(кг•град)

°С.

7. Тепло, що уноситься оходжувальною водою:

45W,

10 443 002,98+45W.

Прирівнюючи прихід і витрата тепла, знайдемо витрата води на охолодження газу в холодильнику

38239 750,38+24W=10 443 002,98+45W,

W=1 323 654,64 кг/год или 1 324 м/год,

м.

Таблица 3.10 -Тепловий баланс холодильника

Приріст та витрата з продуктами	Приход тепла, кДж/год	Расход тепла, кДж/год
Газом Водою Конденсатом	38 239 750,38 31 767 711,36 -	5 006 042,57 59 564 458,8 5 436 960,41
Всього	70 007 461,74	70 007 461,74

3.4.3 Визначення потрібної поверхні теплопередачі холодильників

Первинні трубчасті холодильники з'єднують між собою паралельно, так як при цьому гідравлічний опір їх значно менше, ніж при послідовному з'єднанні.

Приймаються 2 паралельно працюючих холодильника.

Коефіцієнт теплопередачі від охолоджуючого газу до води визначаємо за рівнянням

ккал/(м•год•град),

где - коефіцієнт тепловіддачі від газу до стінки, ккал/(м•год•град);

- коефіцієнт тепловіддачі від газу від стінки до охолоджуючої води ккал/(м•год•град);

...