年產(chǎn)140萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設(shè)計

太原理工大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 化工設(shè)計課程設(shè)計說明書 項目名稱 : 年產(chǎn) 140 萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設(shè)計 設(shè)計人姓名 : 專業(yè)班級 : 化學(xué)工程與工藝 0503 指導(dǎo)教師 : 申 峻 設(shè)計起止時間 ： 2008 年 12 月 2009 年 1 月 目 錄 第一章 概述 1設(shè)計依據(jù) 硫銨生產(chǎn)方法的確定 二章 飽和器法硫銨生產(chǎn)工藝 1工藝流程圖及流程敘述 硫銨工段的正常操作制度 硫銨工段的工藝操作參數(shù) 車間工藝布置 三章 化工計算 1 計算原始數(shù)據(jù) 小時生產(chǎn)能力計算 氨平衡計算 水平衡的計算 熱平衡計算 四章 設(shè)備選型 1飽和器基本尺 寸 旋風(fēng)式除酸器 的基本尺寸 五章 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖敘述及附表 1設(shè)備結(jié)構(gòu)圖敘述 工藝設(shè)備一覽表 謝 考文獻(xiàn) 第一章、概 述 1設(shè)計依據(jù) （ 1） 設(shè)計項目名稱：年產(chǎn) 140 萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設(shè)計 （ 2） 生產(chǎn)能力：年產(chǎn)干硫銨 噸 （ 3） 生產(chǎn)方法 ：飽和器法（外部除酸式），又稱半直接法 （ 4） 硫銨主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)： 硫銨的主要質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 名稱 指 標(biāo) 一級品 二級品 三級品 顏色 白色或微帶顏色的結(jié)晶 氮含量（以干基計） 21 分 1 0 游離酸（ ） 度（ 60 目篩余量） 75 （ 5） 硫銨的物理化學(xué)性質(zhì) : 硫銨的分子式為 ,分子量為 生成反應(yīng)式如下： 已知 的生成熱為 279500 千卡 /千摩爾 的生成熱為 11000 千卡 /千摩爾 的生成熱為 210800 千卡 /千摩爾 則中和熱為 試驗測定得，用純硫酸吸收氣態(tài)氨生成硫銨時，其生成熱為 65300 千卡 /千摩爾； 當(dāng)用 76%的硫酸在飽和器中生成硫銨時，其生成熱為 413 千卡 /千克。硫銨分子結(jié)晶時放出的結(jié)晶熱為 卡 /千克或 2600 千克 /千摩爾 。 純態(tài)硫銨帶有咸味，為白色的透明長菱形 晶體。商品硫銨的晶體也可呈橢圓形或正方形 ，其色澤略呈綠色（或灰色、黃色、淺藍(lán)色）。其先型尺寸平均不超過 米 。 硫銨的水溶液呈弱酸性， 1%溶液的 為 銨晶體溶于水時要吸收熱量，其吸收熱為 15 千卡 /千克 。 20時硫銨晶體的比重為 由堆積比重隨結(jié)晶力度的大小波動于 780 830 千克 / 的范圍內(nèi)。 280時硫銨開始分解，并放出氨氣而變?yōu)樗崾搅蛩徜@ ；當(dāng)溫度為 513時，則完全分解為氨氣及硫酸。硫銨結(jié)晶能吸收空氣中的水分而粘結(jié)成塊，在空氣濕度大、結(jié)晶粒度小和含水量高時尤 甚。潮濕的硫銨結(jié)晶對鋼鐵水泥及麻袋均有不同程度的腐蝕作用。硫銨遇石灰、水泥灰分解放出氨氣，因此能破壞建筑物的強(qiáng)度。硫銨的其他性質(zhì)見下表： 硫銨飽和溶液的蒸汽壓力表 溫度 （） 蒸汽壓力（ 溫度 （） 蒸汽壓力（ 10 0 5 0 0 0 5 （ 6） 硫銨的主要用途： 硫銨主要用于農(nóng)業(yè)施氮肥?；瘜W(xué)純硫銨含氮量為 含氨量為 易溶于水。適用于農(nóng)田后，大部分銨 離子被吸附稱為土壤的一個組成部分，減少了流動性，不易流失。植物吸收的能力比吸收的能力大得多，因為植物制造蛋白質(zhì)所需氮素比硫素多。失去銨離子的酸根與土壤中的鈣離子結(jié)合生成石膏，使土壤中所含的堿性化合物分解，結(jié)果土壤中的酸性逐漸提高，故土地連續(xù)使用硫銨 10 15 年后，要用石灰改變土壤的酸性。 氮肥中的氮素被植物吸收的量占施用量的百分率，稱為肥料的利用率。硫銨對水稻的利用率為 65%，對大麥和小麥約為 55%，而一般肥料對水稻、大麥和小麥的利用率僅為 20%。故硫銨施與燕麥、小麥、棉花、馬鈴薯、水稻、大麻等農(nóng)作 物均有良好的效果。 （ 7） 煤煉焦時氨的形成及產(chǎn)率： 煙煤在高溫?zé)捊惯^程中，煤質(zhì)要發(fā)生一系列的物理化學(xué)變化。煉焦初期析出的初次產(chǎn)物經(jīng)二次熱解后，生成組分十分復(fù)雜的煉焦煤氣、焦油、苯族烴以及氨、硫化氫、氰化氫和高溫?zé)捊够瘜W(xué)產(chǎn)品。 氨的產(chǎn)率取決于煉焦的工藝條件及原料煤的性質(zhì)。這里所指的工藝條件是指結(jié)焦時間、煉焦溫度、爐頂空間溫度、煤氣從碳化室逸出速度等。至于煤料的水分及粒度，只對氨的產(chǎn)率起間接影響，且在工業(yè)生產(chǎn)情況下，煤料的水分及粒度一般波動不大，故與氨的產(chǎn)率關(guān)系不甚密切。在工業(yè)高溫?zé)捊箺l件下，干煤的全 焦產(chǎn)率為 65% 75%，轉(zhuǎn)變?yōu)榘钡牡考s占干煤中總氮量的 15% 20%，若干煤中的總氮量平均為 2%，即氮對干煤的產(chǎn)率為 每噸干煤料的煤氣發(fā)生量平均為 300 320 ，因此，出爐煤氣中的含氨量為8 13g/ 。 對煙煤來說，煤中大量的氮是結(jié)合在開鏈的和環(huán)形化合物的氨基衍生物組成之內(nèi)，。在煉焦過程中，煤的部分氮化物被分解，并以不同的形式分布于煉焦揮發(fā)產(chǎn)物之中，而另一部分氮則殘留在焦炭里面。絕大部分氨是煤中有機(jī)物的氨基部分分解而成的。這些氨基部分可能直接存與煤中，也可能使煉焦過程中由其他更復(fù)雜的氮化物熱解而成。比較起來，后一種的可能性更大。此外，少量的氨還可能由元素直接合成： 但是合成氨的反應(yīng)是一種劇烈的放熱反應(yīng)，同時也是可逆反應(yīng)，故在煉焦過程中，還會有氨解離成元素氮和氫的反應(yīng)發(fā)生?？梢?，氨的產(chǎn)率與美的含氮量之間存在著密切的關(guān)系。煤的變質(zhì)程度越深，氮的含量越低。 研究表明，對氨的產(chǎn)率起決定性作用的是煤中氮的存在形式和焦?fàn)t火道溫度。 2硫銨生產(chǎn)方法的確定 目前絕大多數(shù)焦化廠都用硫酸吸收煤氣中的氨來制取硫銨。根據(jù)工藝過程的不同，生產(chǎn)硫銨的方法 可分為間接法、直接法和半直接法。此外，焦化廠還可以用石膏、芒硝或用煤氣中的硫化氫代替硫酸來生產(chǎn)硫銨。 （ 1） 間接法 在現(xiàn)在生產(chǎn)硫酸方法未被提出之前，焦化廠曾用硫酸中和稀氨水，然后蒸發(fā)溶液而來制取固體硫銨。這種方法后來進(jìn)一步得到完善，即形成了所謂間接法。間接法生產(chǎn)硫銨的工藝過程為：煤氣在洗氨塔中用水洗滌，氨被吸收，得到稀氨水，送去蒸餾。由蒸氨塔逸出的氨，進(jìn)入飽和器后被硫酸吸收而得硫氨。這種方法要消耗大量水蒸氣，而且蒸發(fā)設(shè)備龐大，經(jīng)濟(jì)效果不佳?，F(xiàn)今不采用。 （ 2） 直接法 這種方法的工藝過程為：出爐煤氣在煤氣集氣管中被循 環(huán)氨水冷卻，除去其中的焦油，進(jìn)入間接式初步冷卻器。煤氣在初步冷卻器冷凝出的氨水補(bǔ)充到循環(huán)氨水中去，而煤氣中所含的水汽量，恰好相當(dāng)于配煤水分和化合水分的總和。煤氣 從初步冷卻器出來，溫度約為 6070 ,進(jìn)入電撲焦油器，除去其中之焦油霧滴。然后帶著全部氨經(jīng)預(yù)熱器進(jìn)入飽和器。氨和硫酸結(jié)合而成硫氨。煤氣出飽和器經(jīng)除酸器，進(jìn)入冷卻到直接式冷卻器，冷卻到適宜溫度，進(jìn)入鼓風(fēng)氣。采用直接法生產(chǎn)硫銨雖然有很多優(yōu)點，但因過多的設(shè)備處于負(fù)壓狀態(tài)，在生產(chǎn)上不安全，故在工業(yè)上未被采用。 （ 3） 半直接法 現(xiàn)代焦化廠廣泛采用的是半直接法生產(chǎn) 硫銨。我國多以飽和器作為氨的吸 收器，國外則有以硫酸洗氨塔代替飽和器的趨勢，即所謂無飽和器法生產(chǎn)硫銨。采用飽和器或硫酸洗氨塔生產(chǎn)硫銨 ，實質(zhì)上都屬于半直接法。 半直接法生產(chǎn)硫銨的工藝過程為：出爐煤氣在初步冷卻器中冷卻到 2530，進(jìn)入鼓風(fēng)機(jī)。加壓后，經(jīng)電捕焦油器，煤氣預(yù)熱器 初步冷卻器中冷凝下來的氨水全部與集氣管循環(huán)氨水混合。多余的混合氨水送如氨蒸餾器中，蒸餾出的氨氣也送入飽和器，并和煤氣中的氨一起為硫酸吸收而得硫銨。由于該法工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低，故為國內(nèi)外焦化廠普遍采用。 （ 4） 不用硫酸制取 硫銨的方法 由于國民經(jīng)濟(jì)各部門對硫酸的需要量很大，焦化廠不用硫酸制取的方法，一向為人們注意。以下簡單是幾種不用硫酸制取硫氨的方法。 用石膏制取硫銨 將石膏粉碎呈粉末后，按氣體或液體法進(jìn)行反應(yīng)： 或 將所得的硫銨溶液用真空過濾器過濾。除去碳酸鈣沉淀后的濾液中，約含硫銨 40%，將 其送入蒸發(fā)器進(jìn)行蒸發(fā)，得到結(jié)晶硫銨。然后經(jīng)分離與干燥得到最后成品。 這種工藝過程復(fù)雜，需要的設(shè)備較多，耗用的蒸汽量很大，氨的回收率低，因此經(jīng)濟(jì)效果很差。由于該過程的副產(chǎn)品是碳酸鈣，所以最好與水泥廠聯(lián)合生產(chǎn)。 用芒 硝制取硫銨 芒硝與氣態(tài)二氧化碳，氨與水按以下方式進(jìn)行反應(yīng)： 將反應(yīng)所得溶液送去過濾分離，除去 濾液用少量硫酸中和后，送入結(jié)晶設(shè)備濃縮結(jié)晶。所得結(jié)晶經(jīng)分離、干燥后即為產(chǎn)品。按該法生產(chǎn)硫銨時，可以得到碳酸氫鈉副產(chǎn)品。 據(jù)文獻(xiàn)資料報道，采用該法制取硫銨時，硫酸鈉的利用率高達(dá) 硫酸用量對 1 噸硫銨約為 144 千克。硫銨質(zhì)量很高，不含有游離酸，含氮量可達(dá) 21%。此外，每噸干煤料可得到碳酸氫鈉約為 9 公斤。 但是，在焦化廠實現(xiàn)上述工藝過程是有困難的。單是加工硫銨溶液，就需混合、 結(jié)晶、中和和蒸發(fā)等許多工序。處理碳酸氫納的裝置同樣也很復(fù)雜。此外，采用該法在技術(shù)經(jīng)濟(jì)上的合理性，還得進(jìn)一步研究。 用工業(yè)廢氣中的二氧化硫制取硫銨 一些焦化廠靠近燒結(jié)鐵礦的燒結(jié)廠或燃燒高硫煤的大型發(fā)電廠。在這種情況下，焦化廠利用燒結(jié)廠或發(fā)電廠工業(yè)廢氣中的二氧化碳來制取硫銨是很理想的。 這種方法的實質(zhì)在于焦化廠生產(chǎn)的濃氨水在吸收器中與廢氣中的二氧化硫作用，生成亞硫酸氫銨和亞硫酸銨。當(dāng)有硫化氫存在時，溶液在加熱器中發(fā)生分解，生成硫代硫酸銨： 當(dāng)溶液中硫代硫酸銨達(dá)到一定濃度后，剩余的亞硫酸氫銨和硫代硫 酸銨作用，生成硫銨和元素硫： 但此法尚在試驗研究階段，工業(yè)中并未采用。 綜上所述，綜合權(quán)衡利弊，本次設(shè)計采用第三種方法，即半直接法 。 第二章、飽和器法硫銨生產(chǎn)工藝 1工藝流程圖及流程敘述 外置除酸器飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝流程見下圖 如上圖所述：煉焦煤氣經(jīng)初冷器冷卻到 25 35，其中部分氨氣以冷凝氨水形式析出。冷卻后的煤氣被鼓風(fēng)機(jī)加壓，使經(jīng)電補(bǔ)焦油器，然后進(jìn)入煤氣預(yù)熱器 3，用間接蒸汽加熱至 60 煤氣預(yù)熱的目的在于保持飽和器的水平衡，以免飽和器內(nèi)母液因煤氣中水汽的冷凝而被沖淡。預(yù)熱后的 煤氣沿中央煤氣管進(jìn)入飽和器 6，并經(jīng)煤氣分配傘從酸性母液中鼓泡而出，其中氨即為硫酸吸收。煤氣出飽和器后進(jìn)入除酸器 2，以分離所夾帶的酸霧，然后煤氣去粗笨工段。 母液中不斷有硫銨生成，當(dāng)其呈過飽和狀態(tài)后便有硫銨結(jié)晶析出。用結(jié)晶泵 8 將飽和器底部的硫胺漿即送至結(jié)晶槽 11，使之沉淀分離。結(jié)晶槽上的母液滿流至回流槽 7，然后流回飽和器。結(jié)晶槽底部較濃的料漿被送入離心機(jī) 10 進(jìn)行離心過濾。為降低產(chǎn)品游離酸含量，在離心機(jī)中用溫水洗滌濾餅。離心分離后的濾液則由回流槽返回飽和器。 離心機(jī)后的硫銨，通常含水 2為使其水分降至 下，濕硫銨經(jīng)皮帶運輸機(jī)送入沸騰式干燥機(jī)進(jìn)行干燥。干燥后的硫銨即為產(chǎn)品。 為使飽和器內(nèi)母液酸度和溫度均勻，同時使小粒結(jié)晶呈懸浮狀態(tài)以利其成長，母液需要攪拌。為此，飽和器內(nèi)的母液不斷地經(jīng)滿流管流入滿溜槽 4，然后用循環(huán)泵 5 將其送入飽和器底部經(jīng)噴射式攪拌器噴出，使母液進(jìn)行強(qiáng)烈的攪拌。 2硫銨工段的正常操作制度 正常操作時，為使飽和器內(nèi)母液酸度保持在 4范圍內(nèi)，需從硫銨高置槽 1 連續(xù)的 往飽和器中補(bǔ)充新硫酸。飽和器的阻力通常為 450米水柱。但生產(chǎn)一段時間后，由于硫銨結(jié)晶沉積在壁器上和煤氣泡沸傘等處， 而使其阻力增加，有時可達(dá) 700 毫米水柱以上。為消除飽和器阻力的增加和防止其堵塞，應(yīng)定期進(jìn)行飽和器的酸洗和水洗，以溶解其內(nèi)的結(jié)晶沉積物。此時，所制造的過量母液經(jīng)滿溜槽流至母液貯槽 12 中暫時貯存，待飽和器內(nèi)母液不足時，再用母液泵 9 將其送回使用。 除酸器、循環(huán)泵、結(jié)晶泵和母液管道，也應(yīng)定期用溫水洗滌，以防被硫銨結(jié)晶堵塞。 經(jīng)初冷器后，煤氣尚含焦油霧 ,而鼓風(fēng)機(jī)后則降為 。當(dāng)設(shè)置電補(bǔ)焦油器時，煤氣中的焦油霧含量則降至。焦油霧在飽和器中受硫酸的作用而聚合呈樹脂狀的酸焦油。酸焦油的真比重為 于它往往夾帶著氣泡，故視比重通常不超過 常操作時，母液比重為 焦油能浮于液面上，并隨母液流入滿溜槽，在此用人工定期撈除。 酸焦油是硫銨工段生產(chǎn)的廢物，至今還為找到利用它的好辦法。 在飽和器的操作過程中，母液往往會起泡沫。嚴(yán)重時，飽和器和滿流槽內(nèi)的母液幾乎全部呈泡沫狀態(tài)。此時，母液比重大大降低，煤氣有經(jīng)滿流槽水封竄出的危險，母液起泡沫的原因可能是以下幾種。（ 1）母液中含有大量機(jī)械雜質(zhì)，他們使酸焦油呈細(xì)分散狀而不再與母液分層。（ 2）當(dāng)母液中的砷化物與煤氣中的硫化氫生成 膠狀的硫化砷時，會使酸焦油粘附其上而不再與母液分層。（ 3）苯族烴與濃硫酸作用而生成的磺酸鹽，也會使母液起泡沫，故硫胺工段最好不使用濃度在 94%以上的濃硫酸，也不希望使用再生酸，因為前者會促使煤氣中的苯族烴磺化，而后者本身就含有磺酸鹽。（ 4）母液中硫銨結(jié)晶的濃度過低時，酸焦油和其他機(jī)械雜質(zhì)不易與母液分層。故當(dāng)飽和器進(jìn)行酸洗和水洗“滅晶”時，母液最容易起泡沫。 當(dāng)發(fā)現(xiàn)母液起泡沫時，應(yīng)立即經(jīng)回流槽向飽和器中加入少量洗油或其他油類。當(dāng)母液的表面張力降低后，泡沫便會消除。 煤氣中的氨在飽和器中被吸收得很完全。按現(xiàn)行技 術(shù)操作規(guī)程的規(guī)定，飽和器后煤氣含氨量不得超過 ，亦即氨的回收率約在 上。我國大多數(shù)焦化廠的操作表明，上述規(guī)定時可以達(dá)到的。 采用飽和器法生產(chǎn)硫銨時，每產(chǎn)一噸硫銨的硫酸和水、電、蒸汽的消耗定額大致如下表： 硫酸（ 100%濃度） 0 750 噸 水 26 33 米 3 電能 28 32 度 水蒸汽 3硫銨工段的工藝操作參數(shù) （ 1）預(yù)熱前粗氣溫度 預(yù)熱器前粗氣溫度與出冷氣后粗氣溫度及其經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)加壓后的溫升有關(guān)。預(yù)熱器前的粗氣溫度一般為 25 35。 （ 2）預(yù)熱器粗氣溫度 為了蒸發(fā)飽和器中多余的水分，保持飽和器內(nèi)水平衡，防止母液被稀釋，進(jìn)入飽和器的粗氣必須進(jìn)行預(yù)熱。為不使預(yù)熱溫度過高，影響硫胺質(zhì)量，除降低粗氣初冷濕度外，必須嚴(yán)格控制進(jìn)入飽和器內(nèi)的水量。 （ 3） 母液濕度 母液溫度過高過低均對晶體成長不利，因此飽和器在保持水平衡且保證母液不被稀釋的條件下，保持相宜的穩(wěn)定操作溫度。 飽和器內(nèi)母液液面上的水蒸氣分壓與楚飽和器粗煤氣中水蒸氣相平衡時的母液溫度為最低溫度。母液液面上的水蒸氣分壓一般應(yīng)為煤氣中水蒸氣分壓 （此值成為偏離平衡系數(shù)），于此 相應(yīng)的母液溫度即為母液的適宜溫度。 飽和器母液溫度一般宜為 50以利于生成大粒度結(jié)晶硫胺。 （ 4） 母液酸度和加酸制度 由經(jīng)驗知，設(shè)計時母液酸度宜取 4為保持酸度穩(wěn)定平時應(yīng)連續(xù)加酸。中加酸時母液酸度為 12大加酸時為 18 （ 5） 母液循環(huán)量 設(shè)計時，母液循環(huán)量應(yīng)為干硫銨產(chǎn)量的 30 倍，以制取大粒度硫銨晶粒。 （ 6） 母液中的結(jié)晶的濃度（晶比） 晶比即母液中所含結(jié)晶的體積對母液與結(jié)晶總體積的百分比。為有利于氨的吸收、減少攪拌阻力和有利于結(jié)晶的長大，晶比不宜過大，一般宜取 40 （ 7） 結(jié)晶槽中結(jié)晶層的厚度 結(jié)晶槽中應(yīng)保持一定厚度的結(jié)晶層，一般為結(jié)晶槽高度的 1/心機(jī)的進(jìn)料濃度波動大，使產(chǎn)品含水量和游離酸過多；厚度過大，大量結(jié)晶同母液一起滿流到飽和器，易造成管道和飽和器堵塞。 （ 8） 離心機(jī)水洗溫度和洗水量 離心機(jī)的水洗溫度和洗水量影響硫胺的游離酸含量和水分含量。洗水溫度一般宜為 60這樣既能洗去結(jié)晶表面油類雜質(zhì)，又能降低濾液粘度，提高分離效率，降低硫銨游離酸含量。為使硫銨的游離酸含量和水分保持正常，離心機(jī)的洗水量應(yīng)為干硫銨產(chǎn)量的 6%。 （ 9） 飽和器 和除酸器的洗水量 飽和器的酸洗和水洗是定期進(jìn)行的，洗水量雖各廠的工作制度不同而異。 4車間工藝布置 （ 1） 工藝布置原則 硫銨工段由煤氣預(yù)熱、硫銨、離心干燥、包裝及酸庫組成，應(yīng)考慮鐵路和公路運輸?shù)姆奖恪?硫銨倉庫應(yīng)布置在主廠房一側(cè) 。 酸庫易單獨布置。 （ 2） 飽和器系統(tǒng)設(shè)備布置原則 飽和器中心與主廠房外墻之間的距離，宜按下列數(shù)值：直徑 6250 的飽和器，不小于 12 米；直徑 5500 的飽和器， 10 米；直徑 4500、 3000、 2000 的飽和器， 7 10米。 飽和器錐形底距防腐地坪應(yīng)不小于 400 毫米。 滿流槽布置在靠近母液槽一側(cè) 。 當(dāng)滿流槽基礎(chǔ)標(biāo)高低與防腐地坪標(biāo)高時，應(yīng)將基礎(chǔ)設(shè)在坑內(nèi)，坑沿高出地坪 200 毫米，焊在槽壁上的擋板應(yīng)遮住坑沿。 由滿流槽至酸焦油分離槽的母液管的坡度應(yīng)大于 水封槽的液封高度應(yīng)不小于風(fēng)機(jī)全壓。 酸泵應(yīng)成組集中布置。蹦基礎(chǔ)周圍應(yīng)設(shè)置帶地板的小地溝以引漏夜至集液坑進(jìn)行中和。 加酸管上應(yīng)設(shè)置視鏡和調(diào)節(jié)性能良好的節(jié)流閥，以控制加酸量。 （ 3） 設(shè)計參數(shù) 產(chǎn)品指標(biāo) 飽和器后粗氣含氮量 30 毫克 /標(biāo)米 3 連續(xù)離心機(jī)后硫胺水分 2% 沸騰干燥器后硫胺水分 預(yù)熱器前粗氣溫度 25 30 預(yù)熱器前粗氣露點溫度 25 35 預(yù)熱器后粗氣溫度 60 70 飽和器內(nèi)母液溫度 50 55 溫度 ( ) 飽和器后粗氣溫度 55 65 飽和器后粗氣露點 54 50 沸騰干燥器后物料溫度 55 65 沸騰干燥器熱風(fēng)進(jìn)口溫度 130 140 沸騰干燥其后熱風(fēng)溫度 60 70 壓力 ( ) 煤氣預(yù)熱器阻力 30和器阻力 500騰干燥器熱風(fēng)進(jìn)口壓力 500 沸騰干燥器進(jìn)料口處風(fēng)壓 0 母液特性值（正常） 比重 度 4 8% 150 180 克 /升 （ 量 40 46% 10 15% 原料硫酸濃度 75% 離心機(jī)內(nèi)洗水用量 硫銨量的 8（ 4） 離心干燥系統(tǒng)設(shè)備布置原則 硫銨操作室樓層標(biāo)高，應(yīng)按下列原則確定 :由結(jié)晶槽至離心機(jī)的母液能順利自流；應(yīng)使離心機(jī)分離出的母液自流入飽和器內(nèi)；由螺旋輸送機(jī)至干燥器的溜槽，其傾角不小于 52 度。 由干燥器至硫銨貯斗的溜槽的傾角不小于 45 度。 硫銨貯斗出料口距倉庫地坪的距離，用人工包裝時應(yīng)不小于 1900 毫米。 （ 5） 其他注意事項 檢修飽和器機(jī)組可設(shè)置電動或手動橋式吊車。在飽和器機(jī)組一側(cè)并在起吊設(shè)備作業(yè)范圍內(nèi)應(yīng)留有放一個飽和器機(jī)組的檢修用地。當(dāng)采用其他方式起吊設(shè)備時，在設(shè)計中應(yīng)考慮檢修時所需空間和平面位置，作業(yè)場第應(yīng)足夠。 所 有設(shè)備的檢修應(yīng)考慮必要的起吊裝置 （ 6） 生產(chǎn)制度 本車間采用每年 300 個工作日，每個工作日 24 小時，五班三倒，前一班推后 30 分鐘交 班，后一班提前 30 分鐘接班。 第三章 、 化工計算 1 計算原始數(shù)據(jù) 焦炭產(chǎn)量 140 萬噸 /年 干煤的全焦產(chǎn)率 70% 年生產(chǎn)天數(shù) 300 天 每個工作日生產(chǎn)時間 24 小時 干煤的煤氣產(chǎn)率 320 標(biāo)準(zhǔn)米 3/噸干煤 配煤含水量 10% 氨對干煤產(chǎn)率 初冷器后煤氣溫度 30 過剩氨水含氨量 4 克 /升 原料酸濃度 76% 飽和器后煤氣壓力 氨水蒸餾塔后廢水含氨 量 /升 母液的酸度 6% 2小時生產(chǎn)能力計算 3氨平衡計算 1. 氨的產(chǎn)量： 2. 剩余氨水量：查相關(guān)文獻(xiàn)知， 30時， 1N 煤氣被水汽飽和后含水汽 6. 氨水蒸餾塔后廢水量為： 氨水蒸餾塔用直接蒸汽加熱后使廢水增多的系數(shù) 00%的硫酸） 折合 76%的硫酸為 氨平衡計算結(jié)果表 4 水平衡的計算 1 煤氣帶入飽和器的水量： 2 氨分縮器后氨氣帶入的水量： 由相關(guān)資料知：氨分縮器后蒸汽中氨的含量為 10%，則 項目 % 項目 % 煤氣帶來氨 硫酸吸收的氨 剩余氨水帶來氨 回爐煤氣帶走的氨 蒸餾塔廢水帶走的氨 總計 00% 總計 00% , , 6%(質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸帶入的水分： 心機(jī)洗水量一般為干硫銨重量的 6%， 故帶入的水量為： 飽和器的酸洗 、水法定期進(jìn)行，洗水量隨各廠工作制度不同而異，設(shè)飽和器與除酸器每班酸洗和水洗各一次，每次酸洗、水洗帶來的水量為 5 噸，則洗水量為： 出飽和器的每 干煤氣應(yīng)含水汽： 與此水汽含量相應(yīng)的煤氣露點約為 40 煤氣中水汽體積： 故混合氣體中水汽所點的體積百分比為： 此時水汽的分壓為 : 由此，要使多余水分被煤氣帶走，母液液面上的水汽壓力應(yīng)大于 關(guān)資料顯示： 60時，結(jié)晶硫銨濃度為 40% 當(dāng)母液中（ 22%，酸度分別為 4%與 8%時，查母液表面飽和水蒸氣壓力 與溫度的關(guān)系圖，知 當(dāng)酸度為 4%時，與 應(yīng)的溫度為 44。 當(dāng)酸度為 8%時，與 應(yīng)的溫度為 49。 由以上可知：要使進(jìn)入飽和器的水分全部蒸發(fā)，在上述兩種情況下，母液溫度應(yīng)大于分別為 44或 49。 5 熱平衡計算 因有關(guān)參考數(shù)據(jù)均比較早，故這里先依舊例仍用 熱量單位 。 輸入熱量 1 煤氣帶入飽和器的熱量 設(shè)煤氣預(yù)熱器后的實際溫度為 t，則 干煤氣帶入的熱量： ) 水汽帶入的熱量： 水在 0時的平均潛熱 ） 的平均比熱。 氨帶入的熱量： ） 煤氣中所含的苯族烴，硫化氫及其它組分在飽和器中未被吸收，可忽略。至于吡啶在飽和器中被吸收，但量很少，亦可忽略。 2 氨氣帶入的熱量 氨帶入的熱量： 98 的比熱 水汽帶入的熱量 3 硫酸帶入的熱量 2 20 ) 4 洗滌水帶入的熱量 60和器洗滌水溫度（） 水的比熱 5 結(jié)晶槽回流母液帶入的熱量 : 由經(jīng)驗知 ,回流母液量一般為硫銨產(chǎn)量的 10 倍。實踐表明 ,當(dāng)母液溫度穩(wěn)定的保持在50圍 ,對大晶粒結(jié)晶最為適宜 ,同 時由水平衡計算知 ,母液溫度應(yīng)大于 44或49 ,同時大于出飽和器煤氣的露點 40。設(shè)結(jié)晶槽回流母液和循環(huán)母液的溫度均為48 ,則 6 循環(huán)母液帶回的熱量 : 同樣由經(jīng)驗知循環(huán)母液量一般為硫銨產(chǎn)量的 30 倍，溫度取 48 7 化學(xué)反應(yīng) 1) 可按反應(yīng)前后物質(zhì)的生成熱求出 . 物質(zhì) 生成熱 ( ) (79500 1000 10800 則中和熱為 : 故每小時生產(chǎn) 銨的中和熱為： (2)硫銨結(jié)晶熱 : (3)硫酸的稀釋熱 : 每 分子硫酸的稀釋熱可用下計算 : 這里母液中酸度取 6%,則 %時水分子數(shù)與硫酸分子數(shù)之比 6%時水分子數(shù)與硫酸分子數(shù)之比 則 : 則硫酸的總稀釋熱為： 飽和器的輸入熱量： 輸出熱量： 1 煤氣帶出熱量 ，飽和器后煤氣溫度設(shè)為 60 干煤氣帶出的熱量： 水汽帶出的熱量： , 2 去結(jié)晶槽母液帶出的熱量 ，設(shè)母液溫度為 55 , 3 循環(huán)母液帶出的熱量 4 硫銨帶出的熱量 5 飽和器外壁熱損失 ： 結(jié)合相關(guān)資料，以上參數(shù)可大概估算為： 于 6。 25M 直徑的飽和器可取 300 40 20 總輸出熱量： 由得： t= 熱量平衡計算列表 輸入 輸出 項目 h % 項目 h % 1、煤氣帶入 、煤氣帶出 、氨氣帶入 、結(jié)晶槽母液帶出 、硫酸帶入 、循環(huán)母液帶出 、洗水帶入 、硫銨帶出 、結(jié)晶槽母液帶入 、壁散失 36000 、循環(huán)用液帶入 7、化學(xué)反應(yīng)熱 合計 00 合計 00 從以上飽和器物料平衡與熱平衡的計算可以得出，為保持飽和器的水平衡，母液溫度應(yīng)高于 47（母液酸度 為 6%時），預(yù)熱后煤氣溫度應(yīng)為 這些計算結(jié)果與實際情況較為接近。 按前面計算結(jié)果，煤氣離開飽和器時含水汽 時露點溫度為 40，但此時煤氣溫度為 60，故煤氣是過熱的。初冷器后煤氣溫度為 30， 1 60時， 1 差 者稱為煤氣的自由水容量，即煤氣能額外從飽和器帶走的水汽量的極限。但是，煤氣實際額外帶走的水汽量只有 ： 。 故煤氣的自由水容量的利用率為 。 可見，飽和器是種蒸發(fā)水分能力很差的設(shè)備，這主要是由于煤氣通過母液時速度太快，氣液兩相接觸時間太短及接觸表面不足夠所致。 第四章 、設(shè)備選型 1、飽和器基本尺寸： 取預(yù)熱器后粗煤氣溫度為 70，操作壓力為 900壓） 90070一般為 7080 ) 煤氣速度為 則 取氨氣進(jìn)口管進(jìn)度為 氣速取 8m/s 出飽和器溫度 60，壓力 800mm o 取環(huán)形空間氣速 s,則 因飽和器筒體及中央粗氣管內(nèi)外壁均需做防腐層， 故選用 的飽和器即 型 忽略硫銨溶解時水的體積變化 ) 流速取 2m/2%時，硫銨水溶液的密度與純水相差不大 流速可取 3m/s 因滿流流量與攪拌流量相同，故其管截面積也相同。滿流口為矩形，取長寬比為 2 則 硫酸密度取 1200kg/速取 s 2旋風(fēng)式除酸器 的基本尺寸 (出飽和器煤氣實際體積為 h，煤氣中酸霧最小顆粒為 16 ) 經(jīng)計算選型知 :最大型號的除酸器也不能滿足此工段生產(chǎn) 需要 ,故選用兩個除酸器。 1. 煤氣進(jìn)口尺寸 進(jìn)口煤氣線速度不宜小于 25m/s，現(xiàn)選取 50 m/s 則煤氣進(jìn)口截面積為： 煤氣進(jìn)口 為矩形，設(shè)長寬比為 2，則 2. 煤氣出口管直徑 出口管內(nèi)煤氣線速度可采用 4s，現(xiàn)取 7m/s 選用公稱直徑為 1600鋼管 ,出口管外壁均作 5防腐層，則外緣直徑為 3. 除酸器內(nèi)環(huán)形截面寬度取與煤氣進(jìn)口寬度相等 ,則內(nèi)徑 4. 出口管在器內(nèi)部分高度 煤氣在器內(nèi)旋轉(zhuǎn)運動速度為進(jìn)口煤氣線速度的 62%取 70%。 5. 當(dāng)煤氣中最小顆粒為 時，為得其捕獲下來，這樣煤氣流過的長度為6. 煤氣的回轉(zhuǎn)圈數(shù)為 7. 當(dāng)環(huán)形通道為 ，旋轉(zhuǎn)線速度為 35 時， 則煤氣流的厚度為 則出口管在內(nèi)部的高度為 由此計算可知應(yīng)選公稱直徑為 3000旋風(fēng)式除酸器，其規(guī)格為 北院圖號）。 第五章 、 設(shè)備結(jié)構(gòu)圖敘述及附表 1、設(shè)備結(jié)構(gòu)圖敘 述 如圖所示飽和器是用鋼板焊接而成的具有頂蓋和圓錐底的圓柱體，內(nèi)壁襯以防酸層。在內(nèi)壁上先以石油瀝青貼鋪兩層油氈紙，然后再砌上三層耐酸磚。耐酸內(nèi)襯的總厚度約為 180米 當(dāng)砌筑良好和維護(hù)得當(dāng)時 ， 一般來說 ， 五年之內(nèi)不用大修 。 飽和器頂蓋內(nèi)表， 通常是焊鉛的 ， 但國外焦化廠也有使用耐酸混凝土保護(hù)層的 。 據(jù)稱 ， 其使用期限可達(dá)十五年之久 。 飽和器中央煤氣管的外表面經(jīng)常與酸霧