Показатели элементарного анализа с органической массы шихты

100 – 8,40

SPш = 2,26 100 = 2,07%;

Показатели элементарного анализа с органической массы шихты пересчитываем на ее рабочую массу по формуле (4):

100 – (8,40 + 6,71 + 2,07)

СРш = 87,77 100 = 72,69%;

100 – (8,40 + 6,71 + 2,07)

НPш = 5,02 100 = 4,16%;

100 – (8,40 + 6,71 + 2,07)

ОPш = 5,32 100 = 4,41%;

100 – (8,40 + 6,71 + 2,07)

NPш = 1,89 100 = 1,56%;

Полученный анализ шихты в пересчете на рабочую массу сво­дим в контрольную строчку, чтобы убедиться в правильности ариф­метических расчетов (%):WPш = 8,40; APш = 6,71; SPш = 2,07; CPш = 72,69; HPш = 4,16; OPш = 4,41; NPш = 1,56. Сумма этих показателей должна быть равна 100%. Если контрольная строчка не дает 100%, то необходимо найти арифметическую ошибку в предыдущих рас­четах и только после этого продолжать составление материального баланса коксования.

В нашем случае сумма равна 100%.

б. Приходная часть баланса

1.Сухая шихта. Количество загружаемой в коксования сухой шихты подсчитываем по формуле (7):

100 – 8,40

GCш = 1= 916 кг;

2.Влага шихты. Количество загружаемой в камеру коксования влаги (вместе с шихтой) подсчитываем по формуле (8):

8,4

GPш = 1= 84 кг;

в. Расходная часть баланса

1. Кокс валовый. Выход валового кокса пересчитываем на рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

BPk = 77,96 100 = 77,41%, т. е,

714,1 кг из 1000 кг рабочей шихты.

2. Коксовый газ обратный (сухой). Фактический (наблюдаемый) выход обратного газа пересчитываем на рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

Vpг. ф = 314,5 100 = 288,1 м3/т. рабочей шихты.

Количество подсосанного воздуха по избытку азота в обратном газе подсчитываем по формуле (25):

0,304 1

(VPв = 288,1.1,84 1,25 1,56 . 1= 1,9 м3/т рабочей шихты.

Здесь величина b принята равной 0,304 (по данным Горловского коксохимического завода). Действительный выход обратного газа находим по формуле (26):

VPв = 288,1- 1,9 = 286,2 м3/т рабочей шихты.

Определяем необходимую для дальнейших расчетов плотность коксового газа по формуле (23):

1,975 . 3,07 + 1,490 . 2,30 + 1,429 . 0,45 + 1,250 . 5,59 + 0,717 .

Pг = 100

25,72 + 0,0899 . 61,03 + 1,251 . 1,84

100 = 0,4335 кг/м3;

Пересчитываем объемный выход газа к выходу по массе по формуле (22):

GPг. м = = 286,2 . 0,4335 =124,1 кг из 1000кг рабочей шихты.

3. Смола безводная. Выход безводной смолы пересчитываем на рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

EРcм = 3,33 100 = 3,05% т. е. 30,5 кг из 1000 кг рабочей шихты.

4. Сырой бензол. Выход сырого бензола пересчитываем на рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

EРcм = 1,09 100 = 1,00%, т. е. 10,0 кг из 1000 кг рабочей шихты.

5. Сероводород. Выход сероводорода пересчитываем на

рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

ВРH2S = 0,63 100 = 0,58%; т. е. 5,8 кг из 1000 кг рабочей шихты.

6. Аммиак 100%-ный. Выход 100%-ного аммиака пересчитываем на рабочую шихту по формуле (9):

100 – 8,40

ВРам = 0,30 100 = 0,27%; т. е. 2,7 кг из 1000 кг рабочей шихты.

7. Влага шихты Количество испарившейся в камере коксования влаги шихты принимаем по данным приходной части материального баланса, т. е. 84,0 кг из 1000 кг рабочей шихты.

8. Пирогенетическая вода. Выход пирогенетической воды из рабочей шихты подсчитываем по формуле (32), приняв Кп. в равным 0,437. Тогда

GРвв = 0,0,437-4,41 =21,7 кг.

9. Потери производства. Потери находим по разности между приходной частью и известными статьями расходной части материального баланса:

1000 — (714,1 + 124,1 +30,5+ 10,0 + 5,8 + 2,7 + 84,0 + 21,7) = 7,1 кг, т. е. 0,71%.

Потери производства не должны превышать 1%. Результаты примерного расчета удовлетворяют этому требованию.

Учитывая потребности производства, результаты проведенного расчета можно отнести: 1) к рабочей массе шихты Е; 2) к сухой массе шихты (Е — GPв — GPп. в.в — Gпот.)

Указанные варианты расчета отражены в табл. 20.

Таблица 20

Сводный материальный баланс коксования угольной шихты

№ п. п.	наименование статей	кг	на рабочую шихту, %	на сухую шихту, %	на сухую то­варную про­дукцию, %
1	Сухая	916,0	91,60	100,00	100,00
	шихта
2	Влага	84,0	8,40	—	—
	Итого:	1000,0	100,00	100,00	100,00

Тогда

ВСк = 100,00 – (9,32 + 1,00) = 89,68%.

С помощью табл. 12 находим нужные нам теплоемкости компонентов кокса при температуре 1050°С: Са=0,2555 ккал/(кг*град) и Св = 0,3625 ккал/(кг*град) и Сu = 0,4375 ккал/( м3 . град).

Отсюда

ССк = 100 0,2555 + 100 0,3625 + 100 . 0,4377 0,4375 = 0,3589 ккал/(кг*град)

Тогда

q1p = 716,6-0, = 270047 ккал.

2. Теплота нагрева косового газа.

Энтальпию сухого обратного коксового газа при выходе из камеры определяем по формуле (80). Температуры T1r и T2r берем из исходных данных; средние теплоемкости компонентов сухого коксового газа при этих температурах, определенные с помощью табл. I приложения, приведены в табл. 24.

Отсюда

1

C0,680к, г = 100 (0,3132-61,00 + 0,3418-0,70 + 0,5624-25,25 + 0,3227-1,85 + 0,8244-2,45 + 0,3270-5,60 + 0,4965-3,15) = = 0,3956 ккал/( м3 . град)

1

C0,720к, г = 100 (0,3136-61,00 + 0,3433-0,70 + 0,5736-25,25 + 0,3239-1,85 + 0,8396-2,45 + 0,3284-5,60 + 0,5018-3,15) = = 0,3993 ккал/( м3 . град).

Тогда

2 1

q1p = 3 292,7-0, + 3 292,7-0, = 80542- ккал

3. Теплота нагрева химических продуктов. Теплоту нагрева сырого бензола определяем по формуле (81а). Выход сырого бензола (см. материальный баланс) равен 10,5 кг\ скрытая теплота испарения сырого бензола (см. гл. V) равна 103,1 ккал/кг.

Среднюю теплоемкость паров бензола определяем по формуле (83):

20,7 + 0,026 . 680

C0,680с. б = 83,2 = 0,4613 ккал/(кг . град).

Отсюда

qс. б = 10,5 (103,1 + 0,4613 . 680) = 4376 ккал.

Средние теплоемкости компонентов коксового газа при 680 и 720°

Таблица 24

Т Температура	Средние теплоемкости Цккал/м" град)] компонентов коксового газа
Н2	O2	Сн4	N2	CтНп	СО	CO2
680	0,3132	0,3418	0,5624	0,3227	0,8244	0,3270	0,4965
720	0,3136	0,3433	0,5736	0,3239	0,8396	0,3284	0,5018

Таблица 25

Усредненные значения некоторых количественных характеристик каменно угольной смолы и её фракций.

Фракция	Выход, %	Молекулярная масса	Средняя темпера­тура кипения, "С	Теплота испарения. ккал/кг
Легкая . . .	0,76	112,1	150	101,0
Фенольная ........................	2,41	126,5	194	80,4
Нафталиновая....	10,40	132,1	218	78,4
Поглотительная . , .	9,44	149,0	262	71,2
Антраценовая....	22,06	183,4	342	56,8
Пек.....................................	54,93	336	425	50,0
В среднем по смоле.	—	221	330	57,6

Расчет теплоты нагрева смолы осуществляем по формуле (81).

Учитывая нестабильность состава и свойств смолы, для получения конкретных количественных данных воспользуемся усредненными значениями некоторых количественных характеристик каменноугольной смолы и ее фракций, полученными на основе соответствующих литературных данных и приведенными в табл. 25. В этой же таблице приведены и некоторые расчетные данные.

Ввиду отсутствия в литературе данных по средней молекулярной массе пека последняя была определена по молекулярным массам отдельных фракций пека [126] и оказалась равной 336. Условную среднюю температуру кипения пека принимаем равной 425° С. Расчет по формуле (85) приводит к /кср=330°С.

Поскольку в табл. 15 отсутствуют данные по средней теплоемкости смолы в интервале температур 20—330° С, для ее определения воспользуемся общей формулой, предложенной Э. Эдлером [112], показавшей хорошую сходимость с экспериментальными данными и имеющей для смолы следующий вид:

1

С0t см = Р20см (0,,00124/) ккал (кг . град). (169)

где С0t см — теплоемкость жидкой смолы в соответствующем температурном интервале, ккал/(кг . град);

Р20см —плотность смолы при 20° С, равная 1,1864 г/см3 [88].

Подставляя цифры, имеем

1

C0,380 см = 1.1864 (0,339 + 0,) = 0,631 ккал/(кг . град);

Отсюда энтальпия 1 кг жидкой смолы равна 0,631-330= =208,2 ккал/кг.

Средние [21, табл. 27; 71, табл. 56] значения скрытой теплоты испарения фракций каменноугольной смолы приведены в табл. 25. Условная теплота испарения пека принята равной 50 ккал/кг. При этом Qт. к, рассчитанная по правилу аддитивности, равна 57,6 ккал/кг.

Пользуясь графиками, изображенными на рис. 4, получаем теплоемкость паров смолы при 680° С равной 118,4 ккал/кмоль, или 118,4/221=0,536 ккал/(кг-град), где 221—средняя молекулярная масса смолы, определенная по формуле (84) с использованием данных табл. 25. Аналогичный результат для температуры 330° С— 98,8 ккал/кмоль, или 98,8/221=0,447 ккал/кг.

Количество тепла, необходимое для нагрева 1 кг паров смолы от 330 до 680° С, будет равно произведению средней теплоемкости паров смолы в интервале температур 330—680° С на разность этих температур, т. е.

С680 –С3

680 – – 330) = СС

Подставляя цифры, имеем

Q =0,536-680 — 0,447-330 = 217,0 ккал/кг. Суммарная энтальпия 1 кг паров смолы составит 208,2 + 57,6+217,0 = 482,8 ккал/кг.

Выход смолы (см. материальный баланс) равен 31,1 кг.

Отсюда

qсм = 31,1 -482,8 = 15015 ккал.

Тепло нагрева аммиака определяем по формуле (816) среднюю удельную теплоемкость аммиака рассчитываем по формуле (86). Средняя температура прямого газа за весь период коксования равна

2 1

3 680 + 3 720 = 693° С.

Отсюда

С0,063 ам = 0,495 + 0,185 . 0,693 = 0,6232 ккал/(кг . град).

И

Qам = 2,8 . 0,6232 . 693 = 1209 ккал.

Тепло, уносимое сероводородом, определяем по формуле (81б):

5,2 . 0,4164 . 22,4

QH2S == 989 ккал.

Здесь 0,4164 — теплоемкость сероводорода при 693° С, ккал/( м3 . град),34 — молекулярная масса сероводорода. Суммарный унос тепла химическими продуктами коксования определяем по формуле (87)

Q3р = 4376 + 15015 + 1209 + 989 = 21589 ккал.

4. Теплоту, расходуемую на влагу при коксовании, определяем по формуле (99а).Ряд величин, входящих в эту формулу, известен. Это tв. п = 680°С; WPш = 8,26%; КPв = 0,437; ОPш = 4,67%.

При определении С0,tв. пв. п и С450,tв. пв. п с помощью табл. I приложения следует учесть, что табличные данные имеют, размерность ккал/(м3-град) и для перевода в размерность ккал (кг-град) следует ввести сомножитель 22,4/18,016=1,244, где 22,4—мольный объем Н20 в м3/кмоль, а 18,016 — молекулярная масса Н2О.

С учетом указанной поправки С0450в. п = 0,4687 ккал (кг . град) и С0680в. п = 0,4860 ккал (кг . град).

С0,680в. п . 680 С0,450в. п . 450

С450,680в.п = 680 – 450 = 0,5198 ккал (кг . град)

Подставляя все необходимые величины в формулу (99а), имеем

1000

q4р = Qвл = 100 {8,26 (597,3 + 0,) + (0,25-8,26 + 1,406-0,437-4,67)[0,5— 450) — 500] + (394-8,26 + + 443-0,437-4,67)}99451 ккал.

Поскольку величина qip является суммарной (q4р = Qвл = QIв + Q2в + Q3в ) интересно определить значение каждой составляющей и, кроме того, выяснить их зависимость от WPш — единственной величины, входящей в формулу (99а), могущей значительно меняться в производственных условиях.

Подставляя известные значения tв. п, Кв. п, ОPш, С0,tв. пв. п, С450,tв. пв. п в формулы (89), (95), (98), и (99а) имеем

1000 . WPш

Q1в = ,3 + 0,) = 9278 WPш ; (89а)

1000

Q2в = 100 = (0,25 WPш + 406-0,437-4,67) [0,5198(— 500] = — 951 WPш — 10915; (95а).

1000

Q3в = 100 = (394 WPш + ,,67) = 3940 WPш + 9041; (98а)

q4р = Qвл = QIв + Q2в + Q3в = 9278 WPш — 10915 + 3940 WPш + 9041 = 12267 WPш — 18б).

Из полученных выражений можно сделать следующие выводы:

1) при условии практического постоянства всех (кроме WPш ) величин, входящих в данные выражения, расход тепла на влагу при коксовании линейно зависит от WPш;

2) отрицательность величины Q2в означает, что образование пирогенетической воды является экзотермическим процессом;

3) наличие свободных членов в формулах (95а), (98а) и (99б) означает, что и при коксовании абсолютно сухой шихты имеет место расход (приход) тепла на влагу (разложение части образовавшейся при коксовании пирогенетической воды).

Используя формулы (89а), (95а) и (98а) и принятое в расчете значение WPш (8,26%), находим конкретные значения Q1в, Q2в и Q3в для нашего случая:

Q1в = 9278 8,26 = 76636 ккал;

Q2в = — ,26 — 10915 = — 18770 ккал;

Q3в = 3,26 + 9041 = 41585 ккал.

5. Тепло, уносимое продуктами сгорания отопительного газа. Энтальпию продуктов сгорания, покидающих отопительную систему печей, рассчитываем по формуле (101).

Для нахождения uп. г определим предварительно по уравнениям (102), (104), (105) и (107) значения ƩСO2, ƩN2, ƩO2 и ƩH2O, используя известный состав влажного коксового газа:

ƩСO2 = 24,69 + 2,23 . 2,40 + 5,47 + 3,08 = 38,59 м3/100 м3 газа;

ƩN2 = 1,25 [1,881 (5,47 + 59,64) + 7,524-24,69 + 12,471-2,40 + 1,81 -3,762-0,68] = 421,16 м3/100 м3 газа;

ƩO2 = 59,64 + 2-24,69 + 2,17-2,40 + 2,23 + 760 – 8,08 4,,25 [0,5(5,47 + 59,64) + 2 . 24,69 + 3,,40 – 0,68] = 122,17 м3/ 100 м3 газа.

Отсюда, согласно уравнениям (108) и (109),

ƩVп. сг= 38,59 + 122,17 + 421,16 + 22,31 =604,23 м3

uп. сг = 0,01-604,23 = 6,042 м3/ м3 газа.

Воспользовавшись выражениями (110), определяем состав продуктов сгорания влажного коксового газа (вычисления опускаем): 6,39% СO2; 20,22% H2O; 69,70% N2 и 3,69% O2.

Среднюю температуру продуктов сгорания при выходе из подового канала в газовоздушный клапан рассчитываем по формуле (111а). Приняв время обработки одной печи равным 6 мин, или 0,1 ч, получим период коксования равным 15—0,1 = 14,9 ч.

Тогда

4420 4420

tп. сг = Z + 50°С = 14,9 + 50 = 347°С.

Как уже отмечалось ранее, при нижнем подводе коксового газа вследствие подогрева коксового газа в каналах стен регенераторов (дюзовых каналах) температура отходящих газов понижается примерно на 50 град.

Внеся этот корректив, имеем

tп. сг = = 297 град

Для удобства расчета примем температуру отходящих продуктов сгорания равной 300° С. Используя данные табл. I приложения, рассчитываем теплоемкость м3 продуктов сгорания:

1

С0,300п. сг = 100 (0,4449-6,39 + 0,3684-20,22 + 0,3121-69,70 + 0,3239-3,69) = 0,3324 ккал/( м3 . град).

Величина Wur равна 0,0228 (см. п. 2 приходной части баланса).

Тогда

q4р = Vc. x (1 + 0,0228) 6,042-0, = 616,3 Vc. x

6. Тепло, уносимое продуктами сгорания сырого газа, определяем по формуле (112).

Величина Vc. p входящая в формулу (112), определена ранее (см. п. 5 приходной части баланса) и равна 4,08—0,0062 Vc. x Для нахождения uп. сг используем состав сырого газа, приведенный в п. 5 гл. V, и уравнения (102), (104), (105), (107), (108) и (109):

ƩСO2 = 22,5 + 2,23-1,9 + 6,4 + 1,8 = 34,94 м3/100 м3 газа;

ƩN2 = 1,25 • [ 1,881 (6,4+63,6)+ 7,524-22,5 + 12,471-1,9 + 3,0-3,762-0,8] = 404,87 м3/100 м3 газа;

ƩO2 = (1,25 — 1) [0,5 (6,4 + 63,6) + 2-22,5 + 3,315-1,9 — 0,8] = = 21,38 м3/100 м3 газа;

8,08

ƩH2O = 63,6 + 2-22,5 + 2,17-1,9 + 760 – 8,08 4,762 x 1,25 [0,5 (6,4+ 63,6)+ 2-22,5+ 3,315-1,9 —0,8] = 118,19 м3/100 м3 газа;

ƩVп.сг = 34,94 + 118,19 + 404,87 + 21,38 = 579,38 м3;

uп. сг = 0,01 -579,38 = 5,794 м3/100 м3 газа.