【正文】 ℃ 4. 初冷器所需面積的計算 按下式計算冷卻器所需面積 F = tcpKQΔ 式中： K — 是各段冷卻器的傳熱系數(shù) △ tcp — 是各段初冷器的平均溫度差 第一段初冷器的平均溫度差 ： 煤氣 65 水 68 58 7 △ tcp1 = 7 ? = ℃ 第二段初冷器的平均溫差 ： 煤氣 65 45 水 42 30 13 15 △ tcp2 = 15 1513? = 14℃ 第三段初冷器的平均溫差 煤氣 45 33 水 25 18 20 15 畢業(yè)設計說明書 36 △ tcp3 = 15 1520? = ℃ 所以我們可以得到 第一段初冷器的面積： F1 = tcp11141ΔKQ = ?? = 2198㎡ 式中 41 Q1 — 因為假設四臺初冷器并聯(lián)使用， 第二段初冷器的面積： F2 = tcp22241ΔKQ = 14435?? = 12?！? 通過計算得到了第三段的總傳熱系數(shù) K2 = KJ/㎡℃ /KJ ∴ K2 = 6719414 . 1 80 . 0 0 21 6 7 . 20 . 0 0 33 1 3 . 51 1 ??? = KJ/㎡℃ /KJ 畢業(yè)設計說明書 35 22λδ — 是管壁的熱阻，取為 ㎡℃ (3) 計算第二段總傳熱系數(shù) 第二段傳熱系數(shù) K2由下式得到 K2 = 21221111 1αλδλδα ??? 式中： 11λδ — 是管壁的熱阻，取為 ㎡℃ 動力黏度 μ = 厘泊 密度 ρ = 998㎏ /m3 Pr = λμ?c = ? = 水在管內流動的雷諾數(shù) Re = 1000 μρud = 1000 97 99 805 ?? = 13559 因 Re〉 10000，故水在管內處于湍流狀 態(tài)，這時 φ = 1 所以有： α2 = = 1 = 67164 KJ/㎡℃ 導熱系數(shù) λ = 216 KJ/m h h h h h h h h℃ (2) 計算從金屬壁至水的給熱系數(shù) α2 按下式計算 α2 = 為求得給熱系數(shù)α 2 必須先確定水的流速，設采用冷卻面積為 4600 ㎡的橫管初冷器，其水通路面積為 ㎡，則水 在第二段初冷器內的平均流速為： U = 09 004 1?? = m/s 式中： — 初冷器所需冷卻循環(huán)水量（ 30℃）， m3/h 4 — 初冷器臺數(shù) 當采暖循環(huán)水的平均溫度為 36℃時，其物理常數(shù)為 比熱 c = KJ/㎏℃ = KJ/㎡℃ （ 1）從煤氣至金屬壁的給熱系數(shù) α1 按下式計算： lgα1 = + 式中： x — 水蒸氣體積占濕煤氣總體積的平均百分數(shù) 而， x = （ ??? ） 210 = ∴ lgα1 = + = α1 = ㎡℃ 通過計算得到了第一段的總傳熱系數(shù) K1 = 982 KJ/㎡℃ /KJ 畢業(yè)設計說明書 32 ∴ K1 = 23823214 . 1 80 . 0 0 21 6 7 . 20 . 0 0 319321 1 ??? = 982 KJ/㎡℃ /KJ 22λδ — 是管壁的熱阻，取 為 ㎡℃ (3) 計算第一段總傳熱系數(shù) 第一段傳熱系數(shù) K1由下式得到 K1 = 21221111 1αλδλδα ??? 式中： 11λδ — 是管壁的熱阻，取為 ㎡℃ 動力黏度 μ = 厘泊 密度 ρ = 982㎏ /m3 Pr = λμ?c = ? = 水在管內流動的雷諾數(shù) Re = 1000 μρud = 1000 44 98 205 ?? = 90489 因 Re〉 10000，故水在管內處于湍流狀態(tài)，這時 φ = 1 所以有： α2 = = 1 = 238232 KJ/㎡℃ 導熱系數(shù) λ = 238 KJ/m h h K 水的比熱為 kJ/kg K 畢業(yè)設計說明書 28 所以： Q9 = [( + ) + ] = kJ/h 3. 冷卻水帶走的熱量： 冷卻水升溫后， Q10 = 42W 2 式中： 42 — 二段循環(huán)水的出口溫度，℃ 這樣就可以得到第二段初冷器總的輸出熱量為： Q 出 2 = Q8 + Q9 + Q10 = + + = + ∵ Q 入 2 = Q 出 2 即 + = + 得第二段所用循環(huán)水量為： W2 = kg/h 即 W2 = m3/h （ 3） 第三段初冷器的熱量衡算 輸入熱量 1. 煤氣、水和焦油的帶入熱量： Q11 = Q8 + Q9 = kJ/h ： Q12 = W3t```w kJ/h 式中： W3 — 初冷器所需要冷卻水量， kg/h t``w — 冷卻水入口溫度， 18 ℃ 故： Q12 = kJ/h 則第三段輸入總熱量： Q 入 3 = + kJ/h 輸出熱量 1. 煤氣帶走的熱量 設在第三段初冷器的煤氣出口處溫度為 335℃，則在下邊的計算中應用到以下數(shù)據(jù)： 物料名稱 溫度 ( ℃ ) 比熱（ kJ/kg K） 畢業(yè)設計說明書 27 干煤氣 45 水蒸氣 45 粗苯氣 45 氨 45 硫化氫 45 焦油氣 45 第二段初冷器中煤氣帶走的熱量： ① 干煤氣帶走的熱量： q1 = 45 = kJ/h ② 水蒸氣帶走的熱量： q2 = ( + 45) = kJ/h ③ 粗苯氣帶走的熱量： q3 = 2200 45 = kJ/h ④氨帶走的熱量： q4 = 45 = kJ/h ⑤硫化氫帶走的熱量： q5 = 45 = kJ/h ⑥焦油氣帶走的熱量： q6 = 45 = kJ/h 則煤氣帶出的總熱量為： Q8 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = + + + + + = kJ/h 2. 水和焦油帶走的熱量 Q9 在第二段初冷器中，水和焦油的平均溫度為： tcp = 45 4565? = ℃ 而焦油比熱為： Cc =( + 103 ) = kJ/kg K 水的比熱為 kJ/kg （ 1） 第一段初冷器的熱量衡算（采暖循環(huán)水段） 輸入熱量 1. 煤氣的帶入熱量： Q1 = kJ/h ： Q2 = Wt`w kJ/h 式中： W — 初冷器所需要冷卻水量， kg/h t`w — 冷卻水入口溫度， t`w = 58 ℃ 故： Q2 = W kJ/h 則輸入總熱量： Q 入 = + kJ/h 輸出熱量 1. 煤氣帶走的熱量 畢業(yè)設計說明書 25 設在第一段初冷器的煤氣出口處溫度為 65℃，則在下邊的計算中應用到以下數(shù)據(jù)： 物料名稱 溫度 ( ℃ ) 比熱（ kJ/kg水蒸氣量按下式計算： V`v = V`cg```pPp? 式中： V`cg— 初冷器出口干的煤氣體積，標米 3/時 p` — 水蒸氣在 45℃時的分壓， p` = 974 毫米水柱 P`— 二段初冷器出口煤氣壓力， P `= 9933 毫米水柱 而 V`cg = [（ +189） ] = 標米 3/時 ∴ V`v = ?? 標米 3/時 或 18 = kg/h （ 3）三段初冷器出口煤氣中水蒸氣量的計算 在此段中假設焦油蒸氣已經全部冷凝， 189 標米 3 的氨、硫化氫和 二氧化碳也全部溶解于剩余氨水中。即焦油氣在第一段冷凝 了 60%溶解于剩余氨水中的氨、硫化氫和二氧化碳的總量為 189 標米 3，而在第一段中溶解了 60%。第一段采用 5868℃的采暖循環(huán)水，第二段采用 3042℃的循環(huán)水，第三段采用 18℃的低溫冷卻水，升溫至 25℃。 集氣管的物料平衡見表 2，熱平衡見表 3。 h h℃ 則煉焦煤氣帶走的熱量為： Q3 = q1 + q2 + q3 + q4 + q5 + q6 = =+70237300++++ + = + 2. 循環(huán)氨水和冷凝焦油帶走的熱量 Q4 設循環(huán)氨水及冷凝焦油在集氣管中的溫度為 80℃ 畢業(yè)設計說明書 20 焦油的比熱： Cc = ( + 103 80) =㎏℃ ∴ q4 = 2200 = KJ/h 式 中： 83 — 粗苯氣的平均分子量 （ 5）氨帶走的熱量 q5 = 600 = KJ/㎏ 式中： — 氨的比熱， KJ/㎏℃ ∴ q1 = 33552 = KJ/h 畢業(yè)設計說明書 19 （ 2） 水蒸氣帶出的熱量 q2 = (26600+M) (2487+ ) =70237300 + 式中： — 水蒸氣的比熱， KJ/㎏ （ 3）焦油氣帶走的熱量 焦油氣的比熱： Cc = (+ 103 ) = ㎏ 設集氣管中煤氣的總壓力為 760毫米汞柱，則水蒸氣分壓為： Pv = 760 = 毫米汞柱 相應的露點溫度為 72℃ 取循環(huán)氨水的實際溫度 T1 = 77℃ Q2=1200 1000 77 = 386232022 KJ/h 則總輸入量： Q 入 = Q1 + Q2 = + 386232022 = KJ/h 輸出熱量： 1. 煉焦煤氣帶走的熱量 Q3 （ 1） 干煤氣帶走的熱量 設集氣管出口煤氣溫度為 ℃，干煤氣在 ℃的平均比熱為： Cg = ( + + + + + + ) = KJ/m3℃ （ 6） 氨帶入的熱量 q6 = 600 660 =1033560 KJ