Коксовий газ, що виходить з підсводового простору коксових камер має температуру 650 –750°С і містить значну кількість пари, смоли і води. Для здійснення технологічних процесів у цеху уловлювання коксовий газ повинний бути охолоджений і звільнений від парів смоли і води. Тому першою й обов'язковою технологічною операцією, якій піддається газ по виході з печей, є процес охолодження, що обумовлює конденсацію водяної пари і смоли.
        Охолодження газу здійснюється у дві стадії: а) у колінах стояків і в газозбірниках коксових печей до 85–90°С при зрошенні газу аміачною водою; б) у первинних газових холодильниках до 25–35°С, ця температура є оптимальною, для уловлювання з газу бензольних вуглеводнів, сірководню й аміаку.
        В результаті такого охолодження газу різко зменшується його об`єм, що знижує енергетичні витрати на його транспортування по газовій трасі хімічного заводу і створює умови для нормальної роботи цеху уловлювання. До складу прямого коксового газу входять бензольні вуглеводні (С6H6), аміак (NH3), сірководень (H2S), пірогенетична волога, легкі піридинові основи (0,4–0,6 г/м3), феноли, серооксид вуглецю (COS) й ін. При обробці прямого коксового газу в апаратурі цеху уловлювання з нього виділяються основні хімічні продукти коксування й утворюється очищений коксовий газ. Він називається зворотним, тому що частина його подається на обігрів коксових печей, як би повертається назад. Зворотний коксовий газ складається в основному з компонентів, що не конденсуються в звичайних умовах, (Н2, СН4, СО, N2, СО2, O2 і ін.), а також залишків сірководню, бензольних вуглеводнів, вуглеводнів і ненасиченого ряду, незначних кількостей оксидів азоту ін. [2]

1.Актуальність винаходу

Винахід відноситься до техніки охолодження і очистки газів від домішків і може застосовуватися в коксохімічному виробництві. Відомі насадочні апарати, що застосовуються для охолодження і очищення коксового газу від аміаку, сірководню, ціаністого водню, бензольних вуглеводнів, в яких газ і рідина рухаються протитоком. Недоліком таких апаратів, які працюють в плівковому режимі є громіздкість із-за низької інтенсивності процесів переносу.
        Причинами низької інтенсивності теплообміну і масообміну в насадочних апаратах є обмеженість швидкості газу(1 – 1.5 м/с), щоб запобігти порушенню плівкового режиму і підсиленню бризговиносу, а також нерівномірний розподіл газу і рідини у перетині апаратів великого діаметру. За даними різних дослідників коефіцієнти масопередачі в промислових абсорберах з вказаної причини в 3-5 разів менше, ніж в експериментальних установках малого розміру.
        Відомо, що при стіканні рідини по насадці спостерігається її переміщення від осі до стінок апарату, із-за чого значна частина насадки недостатньо змочується. Для більш рівномірного розподілу рідини і газу по насадці останню укладають окремо шарами висотою 2-3 метра, між якими встановлюють перерозподільні пристрої різних конструкцій, які в значній мірі збільшують гідравлічний опір апаратів. Із-за обмеженості напору нагнітачів коксового газу застосування таких пристроїв на коксохімічних заводах ускладнено. [1]
        Найбільш близьким до запропонованих за технічним змістом і ефекту, що досягається, є поличний (каскадний) апарат, що застосовується на коксохімічних заводах для охолодження коксового газу і очищення від нафталіну. В ньому рідина стікає донизу через отвори у полках, які рівномірно розташовані по всій площині, у виді струменів, а газ рухається зігзагообразно між полками знизу доверху. При перехресному русі фаз швидкість газу між полками може збільшитися до 4-5 м/с, завдяки чому коефіцієнти тепло- і масопереносу в газовій фазі значно зростають.
        Але ефективність таких апаратів є недостатньою із-за нерозвиненої поверхні контакту фаз (поверхні струм). На практиці вона не перевищує 6-8 м2/м3, тоді як в насадочних апаратах питома поверхня становить 60-120 м2/м3 і більш в залежності від типу насадки.
        Апарат, що пропонується, являє собою вертикальну колону із сегментними полками, в якому робочій простір між полками заповнено регулярною насадкою із гофрованих листів із перфорацією, складених у пакети із горизонтальними каналами перемінного перерізу для проходу газу. Рідина рівномірно розподіляється полками по поверхні насадки і стікає з одного листа на нижче розташований через отвори в них у виді крапель, які багаторазово дробляться і утворюють додаткову поверхню контакту фаз. Інтенсифікація процесу в такому апараті досягається за рахунок рівномірного розподілу рідини полками по всьому об`єму насадки, турбулізації потоку газу при русі в каналах перемінного перерізу і крізь отвори в листах. Як показують розрахунки, при питомій поверхні металевої насадки 80-120 м2/м3 загальна площина контакту фаз із врахуванням поверхні крапель рідини може досягати 200 м2/м3 і більш.

Детальний опис винаходу

Контактний апарат “газ – рідина” із сегментними полками, в якому рідина стікає крізь отвори в полках у виді струм, а газ рухається зігзагообразно між полками знизу вверх, відрізняється тим, що, із метою підвищення інтенсивності процесів тепло- і масообміну, робочий простір між полками заповнюється регулярною насадкою із гофрованих металевих листів із перфорацією, зібраних у пакети із перехресним напрямком гофри і утворюючих таким чином горизонтальні канали перемінного перерізу для руху газу.
        Металева гофрована насадка:
– товщина листів 1 мм,
– розмір отворів 5*5 мм, ,(отриманих за допомогою вирубного штампу).
- листи розташовані в шаховому порядку.
Розмір ромбічних каналів:
– велика діагональ- 104 мм,
– мала діагональ- 60 мм,
– сторона - 60 мм.
Для полегшення зборки пакетів між гофрованими листами укладаються плоскі листи із отворами описаної вище форми. Останні сприяють розплескуванню рідини і рівномірному розподіленню її в горизонтальній площині. Питома поверхня насадки,f:

f = (0.06*8+0.104*4)/(2*0.052*0.06) = 143.6 (м2/м3).

Живий перетин насадки для проходу газу:

Sж= 1- ((0.06+0.052)*4*10-3)/(0.06*0.052*2) = 1- 0.0718 = 0.9282.

Еквівалентний діаметр для проходу газу

dе = (4*Sж)/f
dе = (4*0.9282)/143.6 = 0,0258 м.

Розміри пакету дорівнюють:

– висота - 420 мм,
– довжина - 420 мм,
– ширина - 416 мм.
Маса одного пакету:

М = *Vнас*(1- Vв),

де - густина металу (7800 кг/м3);
Vнас-об`єм насадки;
Vв- вільний об`єм насадки.

М = 7800*0.416*0.420*0.420*(1- 0.9282)=41,1 (кг).

Висновки

В порівнянні з розпилювальними холодильниками насадкові потребують значно менших витрат води і електроенергії, мають більшу поверхню теплопередачі в одиниці об`єму. Але ефективність цих апаратів обмежується малою швидкістю газу (0,8-1,2 м/с), при збільшенні якої зростає зворотній винос капель води і зменшується середня різниця температур газу і води, а також нерівномірним розподілом потоків газу і води в поперечному перерізі апарату.
        Холодильники з перфорованими полками (каскадні) дозволяють збільшувати швидкість газу між полками до 4-6 м/с без збільшення виносу крапель води і забезпечують рівномірний розподіл в горизонтальному перетині, але поверхня теплопередачі в них ( поверхня водяних крапель і струменів) надто мала, що збільшує кількість полиць і висоту холодильника.
        В моєму дослідженні для охолодження газу було використано холодильник з горизонтальними перфорованими полками, між якими розміщена насадка із металевих перфорованих листів, що утворюють горизонтальні канали для проходу газу. Завдяки великій швидкості газу ( 5-8 м/с) і рівномірному розподілу води кожною полицею в цих апаратах досягається велика інтенсивність теплопередачі.
        При витраті газу 114000 м3/год і швидкості газу 2 м/с холодильник має розміри в горизонтальному перетині 5*4 метри і висоту активної зони 7 метрів ( 4 полиці ).
        Розраховано варіант коли, вертикальна швидкість газу вверху апарату дорівнює 1 м/с. При цьому потрібно два холодильника з таким же горизонтальним перетином і висотою активної частини 12,25 метри (7 полиць).

Перелік посилань.

1. Гребенюк А. Ф., Коробчанський В. И., Власов Г. А., Кауфман С. И. Улавливание химических продуктов коксования. Учебное пособие - ч. 1-Донецк: "Восточный издательский дом", 2002. - 228 с.

2. Коробчанський В. И., Кузнецов М. Д. Расчеты аппаратуры для улавливания химических продуктов коксования. М.: Металлургия, 2-е изд., 1972. - 296 с.