煤气鼓风冷凝-—鼓风冷凝工段设计

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 毕 业 设 计（论文）

（说 明 书）

题 目：煤气净化工艺——鼓风冷凝工段设计 姓 名： 王 编 号：

平顶山工业职业技术学院

年 月 日

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 平顶山工业职业技术学院 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书

姓名 专业

任 务 下 达 日 期 年 2 月 18 日

设计（论文）开始日期 2014 年 2 月 21 日

设计（论文）完成日期 2014年 4 月 17 日

设计（论文）题目： 煤气净化工艺——鼓风冷凝工段设计 A·编制设计 B·设计专题（毕业论文） 指 导 教 师 系（部）主 任

2014年4月15日

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 平顶山工业职业技术学院

毕业设计（论文）答辩委员会记录

系 专业，学生 于 年 月 日 进行了毕业设计（论文）答辩。

设计题目： 煤气鼓风冷凝工艺设计

专题（论文）题目： 煤气净化工艺——鼓风冷凝工段设计 指导老师： 张璞

答辩委员会根据学生提交的毕业设计（论文）材料，根据学生答辩情况，经答辩委员会讨论评定，给予学生 毕业设计（论文）成绩为 。

答辩委员会 人，出席 人

答辩委员会主任（签字）： 答辩委员会副主任（签字）： 答

辩

委

员

会

委

员： ， ， ，

， ， ，

平顶山工业职业技术学院

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 毕业设计（论文）评语

第 页 共 页

学生姓名： 专业班级 年级 2011级 毕业设计（论文）题目： 煤气净化工艺——鼓风冷凝工段设计 评 阅 人： 指导教师： （签字） 2014 年6 月12日 成 绩： 系（科）主任： （签字） 2014 年6 月12日

毕业设计（论文）及答辩评语：

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 摘 要

21世纪焦化企业将面临着严峻挑战。为了在市场竞争中求生存、求发展，焦化工作者应转变观念，在满足用户的净化煤气指标要求的前提下，把提高环保水平，消除或减轻环境污染；发展节能工艺；开发短流程，降低成本，增加效益；提高自控水平、实现生产过程优化控制，提高劳动生产率作为我国煤气净化工艺的发展方向。以环保、节能、效益为中心选择煤气净化工艺流程。 净化煤气的方法，包括从炼焦炉或固定床煤气炉上部出来的煤气中，采用降温冷凝、常温物理吸收和化学吸收方法除去煤气中的沥青、焦油、中油、轻油、萘、苯、氨、硫化氢及各种烃类等化合物，得到符合要求的燃料煤气或化工原料煤气。

本文主要介绍的是煤气净化工艺，鼓风冷凝工段的主要内容。概述了煤气鼓风机的发展历程，以及鼓风机的节能改造。叙述了煤气的初步冷却的目的意义；介绍了鼓风冷凝工段的工艺、流程，详细的介绍了初冷工艺流程，直接冷却和间接冷却的工艺。冷凝冷却器设备的选择、横管式间接冷却器，以及鼓风机、电捕焦油器机械化氨水澄清槽等设备的结构，特点选型，还有详细的工作原理，并着重对鼓冷工段进行了物料衡算和热量衡算，通过集气管的热量衡算和物料衡算以及横管初冷器的热量和物料衡算。在主要设备计算中分别介绍了 初冷器的工艺计算，鼓风机的工艺计算选型，集气管的计算，机械化氨水澄清槽的计算选型，确定了设备的选型及台数。还制定了主要非工艺条件，绘制了冷凝设备图、工艺流程简图，以及在工作当中注意的安全事宜。

关键词 ：冷凝器，鼓风机，工艺流程，物料衡算，热量衡算，工艺计算选型

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 目 录

第1章 概述 ...................................................... 1

1.1 煤气鼓风机的发展历程 .............................................................. 1 1.2 鼓风机节能改造 .................................................................... 1 1.3煤气的初步冷却的目的和意义 ........................................................ 1

第2章 鼓风冷凝工艺流程选择 ...................................... 2

2.1煤气初冷的工艺流程 ................................................................ 3 2.2煤气的间接冷却工艺 ................................................................ 3 2.3煤气的直接冷却工艺 ................................................................ 4 2.4煤气的间冷-直冷混合冷却 ........................................................... 5

第3章 鼓风冷凝设备的选择 ........................................ 7

3.1 初冷器型式的选择 ....................................................................7 3.1.1鼓风机的结构、特点及选型 .................................................... 8 3.1.2横管式间接初冷器 ............................................................ 8 3.1.3鼓风机的结构、特点及选型 ................................................... 8

3.1.4罗茨式鼓风机 ................................................................ 9 3.2 电捕焦油器 .........................................................................10 3.2.1电捕焦油器的工作原理 .....................................................................................................................10 3.2.2 电捕焦油器的构造 ............................................................................................................................ 11 3.3 机械化氨水澄清槽结构、特点 .................................................................................................................12

第4章 相关工艺计算 ............................................. 15

4.1 热量衡算和物料衡算 ....................................................................................................................................15

4.1.1 集气管物料和热量衡算 ......................................................... 17 4.1.2 横管初冷器热量和物料衡算 ..................................................... 21 4.2 主要设备计算 ................................................................................................................................................28

4.2.1 初冷器的工艺计算 ............................................................. 28 4.2.2 鼓风机的工艺计算选型 ......................................................... 34 4.2.3 电捕焦油器的工艺计算选型 ..................................................... 35 4.2.4 集气管的计算 ................................................................. 35 4.2.5 机械化氨水澄清槽的计算选型 ................................................... 36

总结 ........................................................... 38 参考文献 ....................................................... 39 致谢 ............................................................ 40

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第1章 概述

1.1 煤气鼓风机的发展历程

东汉光武帝刘秀在位期间，注意“选用良吏”。建武七年（31），杜诗在做南阳太守期间，注意节省民力。为了提高冶金技术，他发明了水排（一种水力鼓风机）。

水排应用水力机械轮轴带动鼓风囊，使皮囊不断伸缩，给冶金高炉加氧。这种装置，用力少，见功多，是中国冶金史上的一大改革。三国时期的钏暨曾加以改进推广，使其效果提高了三倍。

1.2 鼓风机节能改造

现今在中国各行各业的各类机械与电气设备中与风机配套的电机约占全国电机装机量的60%，耗用电能约占全国发电总量的三分之一。特别值得一提的是，现许多单位仍然采用落后的调节档风板或阀门开启度的方式来调节气体的流量、压力、温度等。这实际上是通过人为增加阻力的方式，并以浪费电能和金钱为代价来满足工艺和工况对气体流量调节的要求。

近几年来，随着电力电子技术、计算机技术、自动控制技术的迅速发展，电气传动技术面临着一场历史革命，即交流调速取代直流调速和计算机数字控制技术取代模拟控制技术已成为发展趋势。电机交流变频调速技术是当今节电、改善工艺流程以提高产品质量和改善环境、推动技术进步的一种主要手段。以上海正艺科技对上海嘉定区某风机进行变频节能改造的工程案例为例，计算变频节能的效果。上海正艺科技的变频调速以其优异的调速和起动、制动性能，高效率、高功率因数和节电效果，其广泛的适用范围及其它许多优点而被国内外公认为最有发展前途的调速方式。

对于风机变转矩负载特性实施变频调速控制在原理上属于减少流体（空气、液体等）动力节电方法，是一种较好的、被广泛采用的节电方法。无数实例业已证明，它比通常所采用的风门或挡板调节方式有着显著的节电效果。在实际情况下，使用变频调速技术后节约能耗多少的精确、精准性的前期计算具有一定的难度，它不仅与负荷的变化波动分布规律等密切相关（与时间相关的函数），而且，还与电机、水泵等在不同工作点的效率特性、管网特性等相关。然而，我们可以通过以上方式对改造项目进行能耗节约估算，以获取投变频驱动方式不仅可以调节流量以适应风量的需求变化，而且也在调节流量的同时降低了输出扬程的能量消耗。而工频定速运行方式虽然可以通过调节入口风门档板方式调节风量的变化，但是，工频调节风门档板方式没有达到降低出口扬程的目的，导致电能的极大浪费。

三晶变频器的出现为交流调速方式带来了一场革命。随着近十几年变频技术的不断完善、发展。变频调速性能日趋完美，已被广泛应用于不同领域的交流调速。为企业带来了可观的经济效益，推动了工业生产的自动化进程。

1.3 煤气的初步冷却的目的和意义

煤气的初步冷却分两步进行；第一步是在集气管及桥管中用大量的循环氨水喷洒，使煤气冷却到80-90℃；第二步再在煤气初冷器中冷却。可将煤气冷却到25-65℃。

煤气的初冷，输送及初步净化，是炼焦化学产品回收工艺过程的基础。其操作运行的好坏，不仅对回收工段的操作有影响，而且对焦油蒸馏工段及炼焦炉的操作也有影响。因此，对这部分工艺及设备的研究都很重视。

煤气初冷的目的一是冷却煤气，二是使焦油和氨水分离，并脱除焦油渣 在炼焦过程中，从焦炉炭化室经上升管逸出的粗煤气温度为650-750℃，首先经过初冷器，将煤气温度降至25-30℃，粗煤气心中含有大部分水气、焦油气、萘及固体微粒被分离出来，部分硫化氢和氰化氢等腐蚀性物质溶于冷凝液中，从

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 而可减少回收设备及管道的堵塞和腐蚀；煤气经冷却后，体积变小，从而使鼓风机以较少的动力消耗将煤气送往后续的净化工序。煤气经初冷后，温度降低，是保证炼焦化学产品回收率和质量的先决条件。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第2章 鼓风冷凝工艺流程选择

煤气冷凝和煤焦油气，水蒸气的冷凝，可以采用不同形式的冷却器。被冷却的煤气与冷却介质直接接触的冷却器，称为直接混合式冷却器，简称为直接冷却器或直接冷却；被冷却的煤气与冷却介质分别从固体壁面的两侧流过，煤气将热量传给壁面，再由壁面传给冷却介质的冷却器，称为间壁式冷却器，简称为间接冷却或间接冷却器。由于冷却的器的形式不同，煤气冷却所采取的流程方式不同。

煤气冷却的流程方式可分为间接冷却，直接冷却和间冷-直冷混合冷却三种。上述三种各有缺点，可根据生产规模，工艺要求几其他条件因地制宜地选择采用。

2.1煤气初冷的工艺流程

来自焦炉的荒煤气与焦油和氨水沿吸煤气管道至气液分离器，气液分离后荒煤气进入横管初冷器分两段冷却。上段用循环水，下段用低温水将煤气冷却至21~22℃。由横管初冷器下部排出的煤气，进入电捕焦油器，除掉煤气中夹带的焦油雾后，再由煤气鼓风机压送至下一个工段 。为了保证初冷器的冷却效果，在上段和下段连续喷洒焦油氨水混合液，在其顶部用热氨水不定期进行冲洗，以清除管壁上沉积的焦油和萘等杂质。初冷器上段排出的冷凝液经水封槽流入上段冷凝液槽，用泵将其送入初冷器上段进行喷洒，多余部分送到机械化氨水澄清槽。初冷器下段排出的冷凝液经水封槽流入下段冷凝液槽，加兑一定量焦油和氨水后，用泵将其送入初冷器下段进行喷洒，多余部分流入冷凝液槽。由气液分离器分离下来的焦油和氨水首先进入机械化氨水澄清槽，在此进行氨水、焦油和焦油渣的分离。上部的氨水流入循环氨水槽，再由循环氨水泵送至焦炉集气管喷洒冷却煤气。澄清槽下部的焦油靠静压流入焦油分离器，进一步进行焦油与焦油渣的沉降分离，焦油用焦油泵送往油库工段焦油贮槽。机械化氨水澄清槽和焦油分离器底部沉降的焦油渣刮至焦油渣车，定期送往煤场，人工掺入炼焦煤中。

2.2煤气的间接冷却工艺

煤气的间接冷却有立管式和横管式两种，立管式相对于横管式工艺较老，而且本设计也是按横管式间冷设计的，故立管式工艺在此不再多说，下面是横管式间冷工艺图。2-1横管式煤气初冷器冷却，煤气走管间，冷却水走管内。水通道分上下两段，上段用循环水冷却，下段用制冷水冷却，将煤气温度冷却到22℃以下。横管式初冷器煤气通道一般分上、中、下三段，上段用循环氨水喷洒，中段和下段液量和热负荷的计算可知：上段和中段冷凝液量约占总量的95%，而下段冷凝液量仅占总量的5%；从上段和中段流至下段的冷凝液由45℃降至30℃的显热，约占总热负荷的60%；下段冷凝液的冷凝潜热及冷却至30℃的显热，约占总热负荷的20%；下段喷洒冷凝液的冷却显热，约占总热负荷的20%。由此可见，上段和中段喷洒的氨水和冷凝液全部从下段排出，显著地增加了下段符合。为此推荐如图1所示的横管式煤气初冷工艺流程。该流程上段和中段冷凝液从隔板经水封自流至氨水分离器。下段冷冷凝液经自流至冷凝液槽。下段冷凝液主要是轻质煤焦油，作为中段和下段喷洒液有利于洗萘。喷洒液不足时，可补充煤焦油或上段和中段的冷凝液。该流程最突出的特点是横管式处冷器下段的热负荷显著降低，低温冷却水用量大为减少。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 图2-1煤气初冷工艺流程

2.3煤气的直接冷却工艺

煤气的直接冷却，是在直接式煤气初冷塔内由煤气和冷却水直接接触传热完成的。我国小焦化大都用此流程。工艺如下：

由图2-2可见，由煤气主管来的80-85℃的煤气，经过气液分离器进入并联的直接式煤气初冷塔，用氨水喷洒冷却到25-28℃，然后由鼓风机送至电捕焦油器，电捕除焦油雾后，将煤气送往回收氨工段。

由气液分离器分离出的氨水，煤焦油和焦油渣，经过焦油盒分离出焦油渣后流入焦油氨水澄清池，从澄清池出来的氨水用泵送回集气管喷洒冷却煤气。澄清槽底部的煤焦油流入煤焦油池，然后用泵抽送到煤焦油槽中，再送往煤焦油车间加工处理。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工捞出。

初冷塔底部流出的氨水和冷凝液经水封槽进入初冷氨水澄清池，与洗氨塔来的氨水混合并在澄清池与煤焦油进行分离。分离出来的煤焦油与上述煤焦油混合。澄清后的氨水则用泵送入冷却器冷却后，送至初冷塔循环使用。剩余氨水则送去蒸氨或脱酚。从初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水澄清池，以补充焦炉用循环氨水的蒸发损失。

图2-2煤气直接初冷工艺流程

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 只能成为带有包电荷的质点而向管壁或板壁移动。由于圆管或金属板是接地的，荷电煤焦油质点到达管壁或板壁时，既放电而沉淀于板壁上，故正极也称为沉淀极。

由于存在正离子的电晕区很小，且电晕区内正离子和负离子有中和作用，所以电晕极上沉淀的焦油量很少绝大部分焦油雾均在沉淀极沉淀下来。煤气离子经在两极放电后，重新转变成煤气分子，从电捕焦油器中逸出。

3.2.2 电捕焦油器的构造

在大型焦化厂中均采用管式电捕焦油器，其构造如图3-6所示其外壳为圆柱型，底部为凹型或锥型并带有蒸汽夹套，沉淀管径为250mm，长350mm，在每根沉淀管的中心悬挂着电晕极导线，由上部框架及下不框架拉紧；并保持偏心度不大于3mm。电晕极可采用强度高的 Φ3.5-4mm的碳素钢或Φ2mm的镍铬钢丝制作。煤气自底部进入，通过两块气体分布筛板均匀分布到各沉淀管中去。净化后的煤气从顶部煤气出口逸出。从沉淀管捕集下来的煤焦油聚集于器底排出，因煤焦油黏度大，帮底部设有蒸汽夹 ，以利于排放。

图3-5 电捕焦油器 图3-6电捕焦油器的构造

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

3.3 机械化氨水澄清槽结构、特点

机械化焦油氨水澄清槽是一端为斜底，断面为长方形的钢板焊制容器，由槽内纵向隔板分成平行的两格，每格底部设有由传动链带动的刮板输送机，两台刮板输送机用一套由电动机和减速机组成的传动装置带动。煤焦油，氨水，和煤焦油渣由入口管经承受隔室进入澄清槽，使之均匀分布在煤焦油的上部。澄清后的氨水经溢流槽流出，沉聚于下部的煤焦油经液面调节器引出。沉积于槽底的煤焦油渣由移动速度为0.03m^3/min的刮板刮至前伸的头部漏斗内漏出。如图3-7所示。

为阻挡浮在水面的煤焦油渣，在氨水溢流槽附近设有高度为0.5 m的木挡板。为了防止悬浮在煤焦油中的煤焦油渣团进入煤焦油引出管内，在氨水澄清槽内设有煤焦油渣挡板及活动筛板。煤焦油，氨水的澄清时间一般为半小时

图3-7机械化焦油氨水澄清槽

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文）

3.4鼓风冷凝的流程图

图3-8风冷凝的流程图

3.5 安全规程

1、煤气区域：必须动火时，应申报安全部门制定动火方案和安全措施，经获准后主可动火。

2、经常检查风机油位、电压、电流、温度等是否正常，听、摸、看风机是否有异响，一旦发现异常，立即采取措施。

3、集中思想，加强检查，发现风机跳闸，应立即关闭出口阀，防止叶轮倒转造成吸压力下降。 4、用蒸气清扫管道或设备时，若该部位有非高温高压仪表连接，则必须把仪表导管切断。 5、生产区域严禁烟火，禁止用铁器敲打风机和煤气及管道。 6、风机房内严禁堆放易燃易爆物品。

7、机械运转中，禁止修理，擦拭和触及转动部位。

8、风机前后压力突然变化时，应进行检查并调节，直至消除。 9、发现风机有撞击声等异常现象时，应及时报告车间厂部领导。 10、风机运转时，负压系统放散管禁止打开。

11、煤气正压系统着火时不停风机，负压系统不准随便引入火种。 12、所有较长时间停用的设备和管道都应放空，并用蒸汽吹扫干净。 13、初冷器煤气未通之前，严禁上冷却水，以防吸瘪设备。 14、冷却塔先开水后开风机。

15、冷凝液，混合液，焦油泵开停前后要清扫管道。 16、清扫初冷器后，将其与大气连通或与煤气连通。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 17、各泵严禁空转。

18、事故氨水槽和循环氨水中间槽正常情况下严禁连通。

19、焦炉正常操作时不准降低循环氨水量、更不准停止供应，循环氨水中不准带焦油加新水。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 第4章 相关工艺计算

4.1 热量衡算和物料衡算

表一 主要操作指标 煤气温度℃ 初冷器前 冷却水温度℃ 循环 初冷器后 冷却水温度℃ 煤气压力kPa 初冷器前 初冷器后 鼓风机后 80-86 25-30 循环 水 18-20 低温 水 -30 45 初冷 气后 25 鼓风机后 4.13-5.394 118.9-125.8 25-35 低温 水 40-45 表二 回收部分计算的原始数据（110万吨/年） 每小时装入干煤量 装入煤水分 表三 化学产品产率（对装入干煤） 煤气发生量 焦油 粗苯 氨 硫化氢 装入煤化合水分 焦炭 表四 炼焦煤气组成 （体积）% H2 CH4 14

164吨/时 10% 335米3/吨 3.9% 1.1% 0.3% 0.25% 2.2% 76.5% 56.9 26.7

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） CO N2 CO CmHm O2 6.5 4.7 2.4 2.3 0.5 4.1.1 集气管物料和热量衡算 一．集气管的物料衡算 每小时装入煤量：

100164×100?10=182.2 t/h

装入煤带水量： 182.2-164=18.2 t/h

（1） 进入集气管的物料（kg/h）

干煤气 164×335×0.466=25602.4 氨 164000×0.003=492

水蒸气 164000×0.022+18300=21808 硫化氢 164000×0.0025=410 焦油气 164000×0.039 =6396 粗苯气 164000×0.011 =1804

合计：56512.04 干煤气密度：

1ρ=（0.569×2+0.26×16+0.065×28+0.047×28+0.024×44+0.023×28+0.005×32）×22.4=0.466

㎏/m3

按体积计的物料为（m3/h） 干煤气 164×335=54940

22.422.4水蒸气 21808×18=27138.8 焦油气 6396×170=842.8 22.422.4?270.1粗苯气 1804×83=486.9 硫化氢 410×34

22.4?648.317氨 492×

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 合计：84326.9

其中：170—焦油平均分子量 34—硫化氢分子量 85—粗苯平均分子量

（2） 离开集气管煤气的组成

在集气管中有60%焦油气冷凝，即为：

6296×0.6=3837.6 kg/h 或 842×0.4=336.8 m3/h

设在集气管中有M kg/h的水蒸发，即1.244M m3/h。而集气管中的蒸发水量M是在热平衡中确定的。 表五 集气管的物料组成 物料名称 输入 Kg/h 干煤气 水蒸气 焦油气 粗苯气 硫化氢 氨 合计 25602.04 21808 6396 1804 410 492 56512.04 M3/h 54940 27138.8 842.8 486.9 270.1 648.3 84326.9 输出 Kg/h 25602.04 21808+M 2558.4 1804 410 492 52674.4+M M3/h 54940 27138.8+1.24M 336.8 486.9 270.1 68.3 83820.9+1.24M 二. 集气管的热量衡算

通过集气管的热平衡计算已确定蒸发水量M及煤气出口的露点温度。 输入热量：

1. 煤气带入的热量Q1 （1）干煤气带入的热量：

设煤气的入口温度为660℃，干煤气比热为：

Cg=（0.569×0.313+0.267×0.5566+0.065×0.3265+0.047×0.3235+0.024×0.4943+0.023×0.717+0.005×0.3409）×4.18=1.643kJ/m3 ·℃

1.643?3.52kJ/kg0.466即 ·℃

∴q1=25602.04×3.52×660=59478659.33kJ/h

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） （2）水蒸气带入热量

q2=21808×(2487+2.02×660)=83310921.6 式中：2487—0℃时水蒸气的焓，KJ/Kg

2.02—水蒸气在0-660℃时的平均比热，KJ/Kg·℃ （3）焦油气带入的热量 焦油气比热：

Cc = （0.305+0.392×10-3×t）×4.18 = (0.305+0.392×10-3×660)×4.18 = 2.36 KJ/㎏·℃

∴q3 = 6396×(88+2.36×660) = 10525257.6 KJ/h 式中：88— 0℃时焦油气的焓，KJ/㎏ （4）粗苯带入的热量 粗苯气比热：

(20.7?0.026t)?4.18WCB =

(20.7?0.026?660)?4.1883== 1.91KJ/㎏·℃

式中：W—粗苯的平均分子量，取 W = 83 ∴q4 = 1804×1.91×660 = 2274122.4 KJ/h （5）硫化氢带入的热量

q5 = 410×1.15×660 = 311190 KJ/h

式中：1.15 — 0-660℃ 范围内硫化氢的平均比热，KJ/㎏·℃ （6） 氨带入的热量

q6 = 492×2.61×660 = 847519.2 KJ/h 式中：2.61—氨的比热，KJ/㎏·℃ 煤气输入的热量：

Q1 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

= 5947865.3+83310721.6+10525257.6+2274122.4+311190+847519.2 = 156747670.1 KJ/h

2. 循环氨水带入的热量Q2 Q2 = W1T1

式中：W1 — 循环氨水，㎏/h T1 — 循环氨水温度，℃

每吨干煤所用循环氨水量5-6米3/时，则： W1 = 164×6 = 984m3/h

循环氨水温度应比进入集气管的煤气露点温度高5-10℃，以保证水的蒸发动力。 设集气管中煤气的总压力为760毫米汞柱，则水蒸气分压为：

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 27138.8.9 = 244.6 毫米汞柱 Pv = 760×84326相应的露点温度为71.09℃

取循环氨水的实际温度 T1 = 77℃ Q2=1164×1000×77×4.18 = 316710240 KJ/h 则总输入量： Q入=Q1 + Q2

= 156747670.1 + 346710240 = 473457910.1 KJ/h 输出热量：

1. 炼焦煤气带走的热量 Q3 （1）干煤气带走的热量

设集气管出口煤气温度为83.9℃，干煤气在0-83.9℃的平均比热为：

Cg = (0.569×0.306+0.267×0.384+0.065×0.31+0.0047×0.309+0.024×0.392+0.023×0.518+0.005×0.314)×4.18 = 1.397 KJ/m3·℃

1.397或： 0.466 = 2.998 KJ/㎏·℃

∴ q1 = 25602.04×2.998×83.9 = 6439737.45 KJ/h （2） 水蒸气带出的热量

q2 = (21808+M)×(2487+1.83×83.9) = 57584831 + 2640.5M 式中：1.83 — 水蒸气的比热，KJ/㎏ （3）焦油气带走的热量 焦油气的比热：

Cc = (0.305+0.392×10-3×83.9)×4.18 = 1.41KJ/㎏·℃ ∴ q3 = 2558.4×(367.8+1.41×83.9) = 1243635.7 KJ/h （4）粗苯气带走的热量 粗苯气的比热：

(20.7?0.026*83.9)*4.1883CB = = 1.152KJ/㎏·℃

∴ q4 = 1804×1.152×83.9 = 174361.65 KJ/h 式中：83 — 粗苯气的平均分子量 （5）氨带走的热量

q5 = 492×2.11×83.9 = 87098.3 KJ/㎏ 式中：2.11 — 氨的比热，KJ/㎏·℃ （6）硫化氢带走的热量

q6 = 410×0.995×83.9 = 34227

式中：0.995 — 硫化氢的比热，KJ/㎏·℃ 则炼焦煤气带走的热量为：

18

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

= 6439737.5+57584831+2640.5M+1243635.7+174361.7+87098+34227 = 65563891.1 + 2640.5M

2. 循环氨水和冷凝焦油带走的热量 Q4

设循环氨水及冷凝焦油在集气管中的温度为80℃ 焦油的比热：

Cc = (0.327 + 0.31×10-3×80)×4.18 =1.471KJ/㎏·℃

则 Q4= [（984000 - M）×4.18 + 3837.6×1.471]×80 =（329501208.8 - 334.4G）KJ/h 3. 集气管周围散热损失 Q5

Q5 =（α1 + α2）× F ×（t1 – t2）

式中：α1 + α2 — 集气管壁对空气的对流和辐射給热系数，KJ/㎡·h·℃ 可按下式求出：

α1 + α2 = 33.44+0.209t1 ； t1 — 集气管壁温度，取100℃ 则α1 + α2 = （33.44+0.209×100）= 54.34 KJ/㎡·h·℃ t2 — 空气温度，取25℃

F — 集气管总的外表面积，㎡ 按下式求出： F = 2πDl = 2×3.14×1.3×50 = 408.2 ㎡ 式中：D — 集气管的直径，m l — 集气管长度，m 2 — 焦炉座数 则散热量为：

Q5 = 54.34×408.2×（100-25）= 1663619 KJ/h 所以，总的输出量为： Q 出 = Q3 + Q4 + Q5

= 65563891.1 + 2640.5M +（329501208.8 – 334.4M）+ 1663619 =394996878.9 + 2306.1M 令 Q 入 = Q 出

则有：473311786.1 = 394996878.9 + 2306.1M M= 33208.9 ㎏/h

22.4或 33208.9×18 = 41326.6 标米3/时

集气管出口煤气总体积：

83820.9 + 41326.6 = 125147.5 标米3/时 集气管煤气出口水蒸气体积：

27138.8 + 41326.6 = 68465.4 标米3/时 集气管出口煤气中水蒸气分压：

68465.4.5 =415 毫米汞柱 P = 760×125147相应煤气出口温度84.13℃≈83.9℃（露点），与假设相符。

19

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 4.1.2 横管初冷器热量和物料衡算

根据计算，吸煤气主管的热损失为5100486 kJ/h，由于损失而冷凝的水蒸气量为2244 kg/h，或2792m-3/h，则入初冷器的水蒸气量为：55016.9-2244=5772.9 kg/h 或 68465.5-2792=65673.5 m3/h。 入初冷器的煤气带入的热量为：153248991.9-5100486=148148505.9 kJ/h

本塔采用三段冷却流程，第一段煤气从82.9℃冷却到65℃；第二段从65℃冷却到45℃；第三段从45℃冷却到33℃。第一段采用58-68℃的采暖循环水，第二段采用30-42℃的循环水，第三段采用18℃的低温冷却水，升温至25℃。

一．横管初冷器的物料衡算

表六 进入初冷器的物料组成如下

物料名称 干煤气 水蒸气 焦油气 粗苯气 硫化氢 氨 小计 千克/时 25602.04 52772.9 2558.4 1804 410 492 83639.34 标米/时 54940 65673.5 336.8 486.9 270.1 648.3 122355.6 （1）一段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算

知煤气出口温度为65℃压力-350毫米汞柱，在初冷器中大部分焦油气冷凝。即焦油气在第一段冷凝了60%溶解于剩余氨水中的氨、硫化氢和二氧化碳的总量为189标米3，而在第一段中溶解了60%。

第一段初冷器煤气出口所含水蒸气量按下式计算：

pVv = VcgP?p

式中：Vcg—初冷器出口干的煤气体积，标米3/时 p — 水蒸气在65℃时的分压，p = 2547 毫米水柱 P—一段初冷器出口煤气压力，P = 9983 毫米水柱

而Vcg = 122355.6-65673.5-[（336.8+189）×0.6] = 56366.6 标米3/时

2547?19306.99983?2547∴Vv = 56366.6× 标米3/时

19306.9或 22.4×18 = 15514.4 kg/h

20

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） （2）二段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算

在二段中设有30%焦油蒸气冷凝下来，30%的氨、硫化氢和二氧化碳溶于剩余氨水中。水蒸气量按下式计算：

p`V`v = V`cgP`?p`

式中：V`cg—初冷器出口干的煤气体积，标米3/时 p` — 水蒸气在45℃时的分压，p` = 974 毫米水柱 P`—二段初冷器出口煤气压力，P `= 9933 毫米水柱

而V`cg = 122355.6-65673.5-[（336.8+189）×0.9] = 56180.7 标米3/时

974?6107.89933?974∴V`v = 56180.7× 标米3/时

或

6107.822.4×18 = 4908.1 kg/h

（3）三段初冷器出口煤气中水蒸气量的计算 在此段中假设焦油蒸气已经全部冷凝，189标米3的氨、硫化氢和二氧化碳也全部溶解于剩余氨水中。水蒸气量按下式计算：

p``V``v = V``cgP``?p``

式中：V``cg—初冷器出口干的煤气体积，标米3/时 p`` — 水蒸气在33℃时的分压，p`` = 511 毫米水柱 P`—三段初冷器出口煤气压力，P ``= 9833 毫米水柱

而V``cg = 122355.6-65673.5-（336.8+189） = 56125.1 标米3/时

511?3076.6∴V``v = 56125.1×9833?511 标米3/时 3076.6或 22.4×18 = 2492.3 kg/h

通过计算得，在一、二、三段初冷器中冷凝的水蒸气量为： 52772.9 – 2472.3 = 50300.6 kg/h 送到溶剂脱酚去的氨水量为： 21808 – 2472.3 = 19335.7 kg/h

需要补充到循环氨水中的冷凝水量为： 51300.6 -19335.7 = 31964.9 kg/h

设剩余氨水含氨5.37克/升，含硫化氢2.3克/升，含二氧化碳2.3克/升，则溶解于剩余氨水中的二氧化碳和硫化氢各为：

19335.9 × 0.0023 = 44.5 kg/h

或:：H2S 29.3标米3/时 , CO2 22.7标米3/时 溶解于剩余氨水中的氨为：

19335.7 × 0.00537 = 103.97 kg/h 或 137 标米3/时

21

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 因此三段冷却流程的横管式初冷器的物料平衡见下表： 表七 三段冷却流程横管式初冷器的物料平衡表 物料名称 输入 Kg/h 干煤气 水蒸气 焦油气 粗苯气 硫化氢 氨 小计 水 溶解气体 焦油 总计 25602.04 52772.9 2558.4 1804 410 492 83639.34 —— —— —— 83639.34 标米3/时 54940 65673.5 336.8 486.9 270.1 648.3 122355.6 —— —— —— —— 输出 Kg/h 25557.54 2472.3 —— 1804 365.5 388 30587.34 50300.6 193 2558.4 83639.34 标米3/时 54917.3 3076.6 —— 486.9 240.8 511.3 59232.9 —— 189 336.8 —— 二．横管初冷器的热量衡算 通过上面的计算，我们确定了物料在初冷器中的基本运行情况，下面我们要通过热量衡算来确定横管初冷器各段所需的冷却水量。

第一段初冷器的热量衡算（采暖循环水段） 输入热量：

1. 煤气的带入热量： Q1 = 148148505.9 kJ/h 2.冷却水带入的热量： Q2 = Wt`w × 4.18 kJ/h

式中：W — 初冷器所需要冷却水量，kg/h t`w — 冷却水入口温度，t`w = 58 ℃ 故：Q2 = 242.44 W kJ/h

则输入总热量：Q入 = 148148505.9+242.44W kJ/h 输出热量

22

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 1. 煤气带走的热量

设在第一段初冷器的煤气出口处温度为65℃，则在下边的计算中应用到以下数据： 表八 第一段初冷器相关数据 物料名称 干煤气 水蒸气 粗苯气 氨 硫化氢 焦油气 温度( ℃ ) 65 65 65 65 65 65 比热（kJ/kg·K） 3.003 1.906 1.129 2.245 1.099 1.379 煤气带走的热量： 干煤气带走的热量：

q1 = 25575.34 × 3. 3 × 65 = 4992178.5 kJ/h 水蒸气带走的热量：

q2 = 15514.4 × (2487.1 + 1.906 × 65) = 40507943.3 kJ/h 粗苯气带走的热量：

q3 = 1804 × 1.129 × 65 = 132386.54 kJ/h ④氨带走的热量：

q4 = 429.6 ×2.245 × 65 = 62689.38 kJ/h ⑤硫化氢带走的热量：

q5 = 383.3 × 1.099 × 65 = 25161.2 kJ/h ⑥焦油气带走的热量：

q6 = 1023.36 × 1.397 × 65 = 92926.2 kJ/h 则煤气带出的总热量为：

Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

= 4992178.5 + 40507943.3 + 132386.54 + 62689.38 + 25161.2 +92926.2 = 45813285.12 kJ/h

2. 水和焦油带走的热量Q4

在第一段初冷器中，水和焦油的平均温度为：

82.9?6582.92.3lg65 = 73.67 ℃ tcp =

而焦油比热为：Cc =(0.327 + 0.31 × 10-3 × 73.67) × 4.18 =1.463 kJ/kg·K

23

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 水的比热为4.18 kJ/kg·K

所以： Q4 = [(37258.5 + 115.8)× 4.18 + 1535.04 × 1.463] × 73.67 = 11674509.77 kJ/h

3. 冷却水带走的热量：Q5 = 68W × 4.18 式中：68 — 冷却水的出口温度，℃

这样就可以得到第一段初冷器总的输出热量为： Q出 = Q3 + Q4 + Q5

= 45813285.12 + 11674509.77 +284.24W kJ/h ∵ Q入 = Q出

即 148148505.9 + 242.44W = 57487794.9 +284.24W

得第一段所用高温循环水量为： W = 2168916.5 kg/h 即 W = 2168.9 m3/h 第二段初冷器的热量衡算 输入热量：

1. 煤气、水和焦油的带入热量： Q6 = Q3 + Q4 =57487794.9 kJ/h 2.冷却水带入的热量： Q7 = W2t``w × 4.18 kJ/h

式中：W2 — 初冷器所需要冷却水量，kg/h t``w — 冷却水入口温度， ℃ 故：Q7 = 125.4W2 kJ/h则第二段输入总热量：Q入2 = 57487794.9 + 125.4W2 kJ/h 输出热量：

1. 煤气带走的热量

设在第二段初冷器的煤气出口处温度为45℃，则在下边的计算中应用到以下数据： 表九 第二段初冷器相关数据 物料名称 干煤气 水蒸气 粗苯气 氨 硫化氢 焦油气 温度( ℃ ) 45 45 45 45 45 45 比热（kJ/kg·K） 2.987 1.868 1.099 2.123 1.037 1.350 第二段初冷器中煤气带走的热量： 干煤气带走的热量：

q1 = 25575.34 × 2.987 × 45 = 3435914.886 kJ/h 水蒸气带走的热量：

q2 = 4908.1 × (2487.1 + 1.868 × 45) = 12619510.4 kJ/h 粗苯气带走的热量：

24

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） q3 = 1804 × 1.099 × 45 = 89216.82 kJ/h ④氨带走的热量：

q4 = 398.4 ×2.123 × 45 = 38061.14 kJ/h ⑤硫化氢带走的热量：

q5 = 369.95 × 1.037 × 45 = 17263.7 kJ/h ⑥焦油气带走的热量：

q6 = 255.84 × 1.35 × 45 = 15542.3 kJ/h 则煤气带出的总热量为：

Q8 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

= 3435914.886 + 12619510.4 + 89216.82 + 38061.14 + 17263.7 + 15542.3 = 16215509.24 kJ/h

2. 水和焦油带走的热量Q9

在第二段初冷器中，水和焦油的平均温度为：

65?45652.3lg45 = 54.4 ℃ tcp =

而焦油比热为：Cc =(0.327 + 0.31 × 10-3 × 54.4) × 4.18 =1.438 kJ/kg·K 水的比热为4.18 kJ/kg·K

所以： Q9 = [(47864.8 + 173.7) × 4.18 + 2302.2 × 1.438] × 54.4 = 11103665.3 kJ/h 3. 冷却水带走的热量：

冷却水升温后，Q10 = 42W 2× 4.18

式中：42 — 二段循环水的出口温度，℃

这样就可以得到第二段初冷器总的输出热量为： Q出2 = Q8 + Q9 + Q10

= 16215509.24 + 11103665.3 + 175.56W2 = 27319174.5 + 175.56W2 ∵ Q入2 = Q出2

即 57487794.9 + 125.4W2 = 27319174.5 + 175.56W2

得第二段所用循环水量为： W2 = 601447.8 kg/h 即 W2 = 601.4 m3/h 第三段初冷器的热量衡算 输入热量：

1. 煤气、水和焦油的带入热量： Q11 = Q8 + Q9 =27319174.5 kJ/h 2.冷却水带入的热量：

Q12 = W3t```w × 4.18 kJ/h

式中：W3 — 初冷器所需要冷却水量，kg/h t``w — 冷却水入口温度，18 ℃ 故：Q12 = 75.24W3 kJ/h

则第三段输入总热量：Q入3 = 27319174.5+ 75.24W3 kJ/h 输出热量：

25

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 1. 煤气带走的热量

设在第三段初冷器的煤气出口处温度为335℃，则在下边的计算中应用到以下数据： 表十 第三段初冷器相关数据 物料名称 干煤气 水蒸气 粗苯气 氨 硫化氢 温度( ℃ ) 33 33 33 33 33 比热（kJ/kg·K） 2.974 1.802 1.803 2.057 0.999 第三段初冷器中煤气带走的热量： 干煤气带走的热量：

q1 = 25575.34 × 2.974 × 33 = 2508268.1 kJ/h 水蒸气带走的热量：

q2 = 2472.3 × (2487.1 + 1.802 × 33) = 6295875.1 kJ/h 粗苯气带走的热量：

q3 = 1804 × 1.083 × 33 = 64473.2 kJ/h ④氨带走的热量：

q4 = 388 ×2.057 × 33 = 26337.8 kJ/h ⑤硫化氢带走的热量：

q5 = 365.5 × 0.999 × 33 = 12049.4 kJ/h 则煤气在第三段初冷器中带出的总热量为： Q12 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6

= 2508268.1 + 6295875.1 + 64473.2 + 26337.8 + 12049.4 = 8907003.6 kJ/h

2. 水和焦油带走的热量Q14

在第三段初冷器中，水和焦油的平均温度为：

45?33

452.3lg

33 = 38.7 ℃ tcp =

而焦油比热为：Cc =(0.327 + 0.31 × 10-3 × 38.7) × 4.18 =1.417 kJ/kg·K

水的比热为4.18 kJ/kg·K

所以： Q14 = [(50300.6 + 193) × 4.18 + 2558.4× 1.417] × 38.7 = 8308445 kJ/h

3. 冷却水带走的热量：

冷却水升温后，Q15 = 25W 3× 4.18

式中：25 — 三段循环水的出口温度，℃

26

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 这样就可以得到第三段初冷器总的输出热量为： Q出3 = Q13 + Q14 + Q15

= 8308445 + 8907003.6 + 104.5W3 = 17215448.58 + 104.5W3 ∵ Q入3 = Q出3

得第三段所用循环水量为： W3 = 345308.5 kg/h 即 W3 = 345.3 m3/h

通过上面的计算，我们了解了初冷器各段的热平衡情况并通过热平衡计算出了各段所需的冷却水量，由此可得出整个初冷器的热平衡如下表：

表十一 初冷器热平衡 荒煤气总的输入热量 输出热量 煤气带走的热量 冷凝液带走的热量 一段采暖水带走的热量 二段采暖水带走的热量 三段采暖水带走的热量 小计 148148505.9 kJ/h kJ/h 8907003.6 8308445 90660709.7 30168621.65 10103726.7 148148506.7 4.2 主要设备计算

4.2.1 初冷器的工艺计算

1.计算第一段总传热系数

（1）从煤气至金属壁的给热系数α1 按下式计算：

lgα1 = 1.69 + 0.0246x

式中： x — 水蒸气体积占湿煤气总体积的平均百分数

65673.519306.9100?而， x = （122355.656366.6?19306.9） × 2 = 39.6

∴ lgα1 = 1.69 + 0.0246 × 39.6 = 2.66416 α1 = 461.5kcal/㎡·h·K = 1932 KJ/㎡·h·℃ (2) 计算从金属壁至水的给热系数α2 按下式计算

27

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

为求得给热系数α1 必须先确定水流速，设采用冷却面积为4600㎡的横管初冷器，其水通路面积为0.1859㎡，则水在第一段初冷器内的平均流速为：

2168.9U = 4?3600?0.1859 = 0.81 m/s

式中： 2168.9 — 初冷器所需采暖循环水量（58℃），m3/h 4 — 初冷器台数

当采暖循环水的平均温度为63℃时，其物理常数为

比热 c = 4.18 KJ/㎏·℃ 导热系数λ= 238 KJ/m·h·℃ 动力黏度 μ= 0.4483 厘泊 密度 ρ= 982㎏/m3

c?μ4.18?0.4483238Pr = 3.6λ = 3.6 × = 0.0283

水在管内流动的雷诺数

udρ0.81?0.051?9820.4483Re = 1000μ = 1000 × = 90489

因Re〉10000，故水在管内处于湍流状态，这时 φ = 1

所以有：

λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

238= 0.023 × 904890.8 × 0.02830.4 × 1 × 0.051

= 238232 KJ/㎡·h·℃ (3) 计算第一段总传热系数 第一段传热系数K1由下式得到

11δ1δ21???α1λ1λ2α2 K1 =

式中：

δ10.003λ1 —是管壁的热阻，取为167.2 ㎡·h·℃/KJ δ20.002λ2 — 是管壁的热阻，取为4.18 ㎡·h·℃/KJ

28

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 110.0030.0021???4.18238232 ∴ K1 = 1932167.2= 982 KJ/㎡·h·℃

通过计算得到了第一段的总传热系数K1 = 982 KJ/㎡·h·℃ 2.计算第二段总传热系数

（1）从煤气至金属壁的给热系数α1 按下式计算：

lgα1 = 1.69 + 0.0246x

式中： x — 水蒸气体积占湿煤气总体积的平均百分数

19306.96107.8100?而， x = （56366.6?19306.956180.7?6107.8） × 2 = 17.66

∴ lgα1 = 1.69 + 0.0246 × 17.66 = 2.1244 α1 = 133.2kcal/㎡·h·℃ = 557.6 KJ/㎡·h·℃ （2）计算从金属壁至水的给热系数α2 按下式计算

λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

为求得给热系数α2 必须先确定水的流速，设采用冷却面积为4600㎡的横管初冷器，其水通路面积为0.0919㎡，则水在第二段初冷器内的平均流速为：

601.4U = 4?3600?0.0919 = 0.454 m/s

式中： 601.4 — 初冷器所需冷却循环水量（30℃），m3/h 4 — 初冷器台数

当采暖循环水的平均温度为36℃时，其物理常数为

比热 c = 4.18 KJ/㎏·℃ 导热系数 λ= 225 KJ/m·h·℃ 动力黏度 μ= 0.7085 厘泊 密度 ρ= 993.6㎏/m3

c?μ4.18?0.7085225Pr = 3.6λ = 3.6 × = 0.0474

水在管内流动的雷诺数

udρ0.454?0.051?993.60.7085Re = 1000μ = 1000 × = 32471

因Re〉10000，故水在管内处于湍流状态，这时 φ = 1

所以有：

λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

29

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 225= 0.023 × 324710.8 × 0.04740.4 × 1 × 0.051

= 121856 KJ/㎡·h·℃ （3）计算第二段总传热系数 第二段传热系数K2由下式得到

11δ1δ21???K2 = α1λ1λ2α2

式中：

δ10.003λ1 — 是管壁的热阻，取为167.2 ㎡·h·℃/KJ δ20.002λ2 — 是管壁的热阻，取为4.18 ㎡·h·℃/KJ

110.0030.0021???4.18121856 ∴ K2 = 557.6167.2= 435 KJ/㎡·h·℃

通过计算得到了第二段的总传热系数K2 = 456 KJ/㎡·h·℃ 3. 计算第三段总传热系数

（1）从煤气至金属壁的给热系数α1 按下式计算：

lgα1 = 1.69 + 0.0246x

式中： x — 水蒸气体积占湿煤气总体积的平均百分数

6107.83076.6100?而， x = （56180.7?6107.856125.1?3076.6） × 2 = 7.5

∴ lgα1 = 1.69 + 0.0246 × 7.5 = 1.8745 α1 = 74.9kcal/㎡·h·℃ = 313.5 KJ/㎡·h·℃ （2） 计算从金属壁至水的给热系数α2 按下式计算

λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

为求得给热系数α2 必须先确定水的流速，设采用冷却面积为4600㎡的横管初冷器，其水通路面积为0.0919㎡，则水在第三段初冷器内的平均流速为：

345.3U = 4?3600?0.0919 = 0.26 m/s

式中： 345.3 — 初冷器所需地下冷却水量（18℃），m3/h

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 4 — 初冷器台数

当地下冷却水的平均温度为21.5℃时，其物理常数为

比热 c = 4.18 KJ/㎏·℃ 导热系数 λ= 216 KJ/m·h·℃ 动力黏度 μ= 0.976 厘泊 密度 ρ= 998㎏/m3

c?μ4.18?0.976216Pr = 3.6λ = 3.6 × =0.0679

水在管内流动的雷诺数

udρ0.26?0.051?9980.976Re = 1000μ = 1000 × = 13559

因Re〉10000，故水在管内处于湍流状态，这时 φ = 1

所以有：

λα2 = 0.023Re0.8Pr0.4φd

216= 0.023 × 135590.8 × 0.04740.4 × 1 × 0.051

= 67164 KJ/㎡·h·℃

（3）计算第二段总传热系数 第二段传热系数K2由下式得到

11δ1δ21???α1λ1λ2α2 K2 =

式中：

δ10.003λ1 — 是管壁的热阻，取为167.2 ㎡·h·℃/KJ δ20.002λ2 — 是管壁的热阻，取为4.18 ㎡·h·℃/KJ

110.0030.0021???4.1867194 = 270.2 KJ/㎡·h·℃ ∴ K2 = 313.5167.2

通过计算得到了第三段的总传热系数K2 = 270.2 KJ/㎡·h·℃ 4. 初冷器所需面积的计算 按下式计算冷却器所需面积

F =

QKΔtcp

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 式中： K — 是各段冷却器的传热系数 △tcp — 是各段初冷器的平均温度差 第一段初冷器的平均温度差： 煤气 82.9—65 水 68—58

14.9?714.92.3lg7 = 10.5℃ △tcp1 =

第二段初冷器的平均温差：

煤气 65—45 水 42—30

13?15132.3lg15 = 14℃ △tcp2 =

第三段初冷器的平均温差

煤气 45—33 水 25—18

20?15

202.3lg

15 = 17.4℃ △tcp3 =

所以我们可以得到

第一段初冷器的面积：

11Q1?90660709.744Δtcp1 = 982?10.5 = 2198㎡ F1 = K1

1式中 4Q1 — 因为假设四台初冷器并联使用，

第二段初冷器的面积：

11Q2?30168621.6544Δtcp2 = 435?14F2 = K2 = 1238㎡

第三段初冷器的面积：

11Q3?10103726.744Δtcp3 = 270.2?17.4 = 538㎡ F3 = K3 32

平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 由此，可以计算得到整台初冷器的冷却面积为： F = F1 + F2 + F3 = 2198 + 1238 + 538 = 3974 ㎡

因此结果与假设相符，假设成立.

4.2.2 鼓风机的工艺计算选型

鼓风机是为了从焦炉中抽出炼焦煤气，加压后送往化学产品回收车间，通过一系列设备和管道，在焦化厂边界保持一定压力。因此鼓风机必须满足抽送煤气量及克服一系列设备及管道阻力并保持一定边界压力的要求。

回收车间煤气管道和设备的阻力一般采用如下数值：

表十二 吸入状态煤气管道和设备的阻力一般采用如下数值

吸入状态 集气管到鼓风机的煤气管道 煤气初冷器 煤气开闭器 小计 压出状态 鼓风机到煤气储罐的煤气管道 电捕焦油器的阻力 氨回收 油洗萘塔 煤气最终冷却 洗苯塔 脱硫塔 剩余煤气压力 33

Kpa 1.961 1.471 1.471 4.903 表十三 压出状态煤气管道和设备的阻力一般采用如下数值

Kpa 3.423 0.450 5.974 0.781 1.077 1.761 1.861 4.603 平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 合计 1. 鼓风机所需要功率

鼓风机转子所需要的功率按下式计算：

19.93 P2N = 1.31 × 10-3P1V1[（P1）0.27-1]千瓦

式中：

P1 – 鼓风机吸入口的绝对压力，大气压 P2 – 鼓风机压出口的绝对压力，大气压 V1 – 进入鼓风机煤气的实际体积，米3/时 而，

P1 = 101.3 – 4.903 = 96.397 Kpa P2 = 101.3 + 19.93 = 121.23 Kpa

101.3V1 = 59232.9 × 1.179 × 96.397 = 86862.6 m3/h P2N = 1.31 × 10-3P1V1[（P1）0.27-1]

121.23= 1.31 × 10-3 × 96.397 × 78816.9 × [(96.397)0.27-1]

=591.6 千瓦

电动鼓风机所需功率为轴功率的1.2-1.3倍。则 N电机 = 635.4 × 1.25 = 739.5 千瓦

所以选择鼓风机为： D750-23型，配电机，JK2630-2，两台。

4.2.3 电捕焦油器的工艺计算选型

考虑到此设计的产气量，先假设选择Fg = 6.7 米2 的电捕焦油器。下面列出了其技术性能： 直径4500毫米，高度12610毫米 沉淀极规格：φ258 × 4 L = 3500毫米 沉淀极数：136

沉淀剂有效截面积：6.7*2 输入电压 ≥50000伏

炼焦煤气以52℃，压力19.93Kpa 进入电捕焦油器，煤气实际体积流量为： V = 59232.9 × 2735.52273 × 93.193.1013 .101 = 59013.4 m3/h

设电捕焦油器的沉淀极管内径为250毫米，电晕极直径为2毫米，两极间的电位差按下式计算： V = E（R2 – R1）伏 式中：

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） R1 – 电晕极半径，厘米 R2 – 电极管半径，厘米 E – 电压梯度 因此：

12 V = 4000 × （12.5 – 0.1）= 49600伏 或 4.96 × 10下式确定： t =

A = 35厘米

r22?r122a2?秒电磁单位 焦油粒子的运动时间按

式中：

V – 电位差，电磁单位

E – 电荷，1.59 × 10-20电磁单位

μ- 煤气黏度，1.55 × 10-16 Kg.s/m2 d – 最小焦油滴的直径，等于4 × 10-5厘米

L – 炼焦煤气0℃时分子平均间距，等于1.12 × 10-5厘米 在52℃时，L = 1.12 × 10-5 273 52 273 = 1.22 × 10-5 厘米 因此：

t = 35 21.05.122 2 = 2.2 秒

则需要电极管容积为： Vθ = 3600 2 .24.59013

=36.1 m

3当沉淀极管子长为3.5米时，每根管子的容积为： 0.785 × 0.252 × 3.5 = 0.172 m3

所需的电极管数为： 172 .01 .36 = 210根

采用两台136根的电捕焦油器时，煤气在电捕焦油器内的实际停留时间为： tp = 4 .590133600 172.02136 = 2.85 秒 煤气在电极管内的流速为：

WP = 85 .25 .3 = 1.23 m/s 电能消耗量按下式计算： N = 1000VI + 1 千瓦 式中： I – 电流值，I = nLi

η- 系数 取η = 0.85 n – 管子数目 L – 每根管子长，米

I – 电流密度， 0.5厘安/米 则，

5000?0.4763I = 2 × 136 × 3.5 × 0.5 × 10? = 0.476 ∴ N = 1000?0.85+1 = 29 千瓦

所以，每1000米时煤气耗电0.49千瓦，选用Fg =6.7米的电捕焦油器两台。

324.2.4 集气管的计算

由前面的物料衡算，得到了集气管的气体流量为125147.6标米3/时。考虑到目前焦炉型号，设有两座焦炉生产，集气管的操作温度为90℃，则集气管中的气体流量为：

V = 273927326.125147 = 83202.5 m3/h 取集气管中的气体流速为10米/秒，吸气管在集气管中部引出。则气体所需流通面积为： F1 = 83202.5 × 10236001 = 1.16 m2 由物料衡算知集气管中的循环氨水量为475396Kg/h, 设氨水在集气管中的流速为1米/秒，则液体

F2 = 2360011000475396 = 0.066 米

集气管总断面F = F1 + F2 = 1.16 + 0.0066 = 1.226米2，可得集气管直径为：

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） D = F4 = 1.3226.14 = 1.25米

4.2.5 机械化氨水澄清槽的计算选型

有物料衡算可以知道进入澄清槽的液体的量，分别有： 循环氨水量 集气管中冷凝焦油 克/时初冷器中冷凝液量 煤气管道冷凝水 合计 /时 53052950791.1千克/时 3837.6 千克时 千克时 时 22441009924.7 千克千克

设进入澄清槽的混合液体密度为1000千克/米3，则体积为1001米3/时因液体在澄清槽中停留20

603分钟，所以需要澄清槽的体积为1001 × 20 = 334米因此选用两台规格为V=187米的机械化氨水澄清

槽。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 总结

通过这次鼓风冷凝得出设计，我从中学到了不少的东西。首先，让我更清楚得认识了鼓风机这种设备，还有它的冷凝工艺，无论从工作原理，还是从结构组成，理解了它的各个部件之 间的装配关系，通过老师指导，了解到了它们在工厂的的工作动态，其次，我们也 更加懂得了理论联系实际的重要性，比如：，在 换热器各元件横管初冷器与竖管初冷器两者相比，横管初冷器有更多优点，如对煤气的冷却，净化效果好，节省钢材，造价低，冷却水用量少，生产稳定，操作方便，结构紧凑，占地面积省。因此，近年来，新建焦化厂广泛采用横管初冷器，以很少采用竖管初冷器了。提高耐用性的同时考虑实际经济问题；保证安全的前提下，取得的产量是最重要的150万吨是很可观的。

在这次设计中，使我对以前的知识也有了新的认识，我觉得不管粉盒工厂都是以盈利为目的，所以就要加进技术改造，人力淘汰一部分，全部是电脑的控制，技术上升。那样以后的发展会更加美好。 让我真正懂得了过程的概念，对一个生产庞大、复杂产品的组织而言，每个大过 程中包括其子过程；同样对于这次毕业设计，是个小过程，但无论大、小，如果 遗漏了某一过程，将会影响最终的质量保证。

最后，在本次设计中，我也认识到 了自身的不足，还有很多不够合理的地方，除了自己掌握的知识还不是很牢固外， 还有自身的能力还有待提高，希望在工作后能够继续努力。张老师严格要求我，提出许多宝贵建议并即时对我们的设计进行指导和纠正，我们才能按时完成毕业设计。

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 参考文献

[1] 库咸熙主编. 炼焦化学产品回收与加工[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1985

[2] 焦化设计参考资料编写组编. 焦化设计参考资料(下册)[M]. 北京: 冶金工业出版社，1980 [3] 肖瑞华,白金峰主编. 煤化学产品工艺学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 2003 [4] 库咸熙. 化产工艺学[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1995

[5] 炼焦化学产品回收设备的工艺计算[M]. 第二版. 鞍山: 炼焦化学编辑部出版, 1974

[6] 国家医药管理局上海医药设计院编. 化工工艺设计手册[M]. 第二版. 上海:化学工业出版社, 1996 [7] 郭树才主编. 煤化工工艺学[M]. 北京: 化学工业出版社, 1992 [8] 姚玉英主编. 化工原理[M]. 天津: 津科学科技出版社, 1992

[9] 赵树昌等译. 炼焦化工[M]. 大连: 中国金属数学会焦化学会出版社, 1993 [11] 华谆，达志译. 炼焦设备[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1982

[12] 王兆熊等编. 焦化产品精制和利用[M]. 北京: 化学工业出版社, 1989 [13] 王光华. 焦化工程设计概念[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1993

[14] 中国冶金百科全书编辑部. 中国冶金百科全书——炼焦化工[M]. 北京: 冶金工业出版社, 1992 [15] 张永茂编. AutoCAD2004实用教程[M]. 北京: 国防工业出版社, 2004

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平顶山工业职业技术学院毕业设计说明书（论文） 致 谢

时光的流逝也许是客观的，然而流逝的快慢却纯是一种主观的感受。当自己终于可以从找工作、毕业论文的压力下解脱出来，长长地吁出一口气时，我忽然间才意识到，原来三年已经过去，到了该告别的时候了。一念至此，竟有些恍惚，所谓白驹过隙、百代过客云云，想来便是这般惆怅了。

可是怅然之后，总要说些什么。大学三年，生活其实很简单，只是一些读书、参加社团活动。如果把这种单调的生活看作一场场循环的演出，提供那么我只是一个安静的演员。这篇毕业论文也称不上什么精彩的台词，只不过是这种循环演出即将告一段落时的谢幕词。但是无论多么蹩脚的演员，无论台下有多少观众，即使是只说给自己听，在他谢幕时也总要感激一些人，是这些人帮助他走上舞台，成功或者不那么成功地“演出”。

我在这里首先要感谢的是我的学位论文指导老师——张老师。这篇毕业论文从开题、资料查找、修改到最后定稿，如果没有他的心血，尚不知以何等糟糕的面目出现。我很自豪有这样一位老师，她值得我感激和尊敬。

感谢和我共度三年美好大学生活的2011级应用的全体同学，感谢化工系的所有授课老师，你们使我终身受益。感谢所有关心、鼓励、支持我的家人、亲戚和朋友！

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