年產(chǎn)140萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設計說明

1、PAGE30 / NUMPAGES30理工大學化學化工學院化工設計課程設計說明書項目名稱: 年產(chǎn)70萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設計設計人:專業(yè)班級: 化學工程與工藝0803指導教師: 安民設計時間： 2011年11月2011年12月目錄第一章概述1設計依據(jù)32硫銨生產(chǎn)方法的確定5第二章飽和器法硫銨生產(chǎn)工藝1工藝流程圖與流程敘述72硫銨工段的正常操作制度83硫銨工段的工藝操作參數(shù)94車間工藝布置10第三章化工計算1計算原始數(shù)據(jù)122小時生產(chǎn)能力計算 133氨平衡計算134 水平衡的計算145 熱平衡計算15第四章設備選型1飽和器基本尺寸202旋風式除酸器的基本尺寸22第五章設備結構圖敘述與附表1

2、設備結構圖敘述232 工藝設備一覽表26致27參考文獻28第一章、概述1設計依據(jù)設計項目名稱：年產(chǎn)70萬噸焦炭焦化廠硫銨工段初步設計生產(chǎn)能力：年產(chǎn)干硫銨2.7萬噸生產(chǎn)方法：飽和器法（外部除酸式），又稱半直接法硫銨主要質量標準：硫銨的主要質量標準名稱指標一級品二級品三級品顏色白色或微帶顏色的結晶氮含量（以干基計）2120.820.6水分%0.3102.0游離酸（ QUOTE ）%0.050.20.3粒度（60目篩余量）75硫銨的物理化學性質: 硫銨的分子式為 QUOTE ,分子量為132.16。其生成反應式如下：焦爐煤氣在噴淋飽和器環(huán)形空間通過時，受到循環(huán)使用的硫酸噴淋，煤氣中的氨與硫酸接觸而發(fā)

3、生中和反應：2當噴淋的硫酸酸度過量時，則生成酸式鹽硫酸氫銨，其反應式：隨著飽和器溶液中含氨達到飽和的程度，酸式鹽又可轉變成中性鹽，即硫銨，其反應式為：已知 QUOTE 的生成熱為279500千卡/千摩爾 QUOTE 的生成熱為11000千卡/千摩爾 QUOTE 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。硫銨分子結晶時放出的結晶熱為19.7千卡/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

4、澤略呈綠色（或灰色、黃色、淺藍色）。其先型尺寸平均不超過0.5毫米。硫銨的水溶液呈弱酸性，1%溶液的PH值為5.7，硫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1.766，自由堆積比重隨結晶力度的大小波動于780830千克/ QUOTE 的圍。280時硫銨開始分解，并放出氨氣而變?yōu)樗崾搅蛩徜@ QUOTE ；當溫度為513時，則完全分解為氨氣與硫酸。硫銨結晶能吸收空氣中的水分而粘結成塊，在空氣濕度大、結晶粒度小和含水量高時尤甚。潮濕的硫銨結晶對鋼鐵水泥與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度。硫銨的其他性質見下表：硫銨飽

5、和溶液的蒸汽壓力表溫度（）蒸汽壓力（mmHg）溫度（）蒸汽壓力（mmHg）107.923025.221510.164043.322014.225071.932519.5硫銨的主要用途：硫銨主要用于農(nóng)業(yè)施氮肥?；瘜W純硫銨含氮量為21.2%或含氨量為25.78%，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合生成石膏，使土壤中所含的堿性化合物分解，結果土壤中的酸性逐漸提高，故土地連續(xù)使用硫銨1015年后，要用石灰改變土壤的酸性。氮肥中的氮素被植物吸收

6、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。煤煉焦時氨的形成與產(chǎn)率：煙煤在高溫煉焦過程中，煤質要發(fā)生一系列的物理化學變化。煉焦初期析出的初次產(chǎn)物經(jīng)二次熱解后，生成組分十分復雜的煉焦煤氣、焦油、苯族烴以與氨、硫化氫、氰化氫和高溫煉焦化學產(chǎn)品。氨的產(chǎn)率取決于煉焦的工藝條件與原料煤的性質。這里所指的工藝條件是指結焦時間、煉焦溫度、爐頂空間溫度、煤氣從碳化室逸出速度等。至于煤料的水分與粒度，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

7、的水分與粒度一般波動不大，故與氨的產(chǎn)率關系不甚密切。在工業(yè)高溫煉焦條件下，干煤的全焦產(chǎn)率為65%75%，轉變?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0.3%0.4%，每噸干煤料的煤氣發(fā)生量平均為300320 QUOTE ，因此，出爐煤氣中的含氨量為813g/ QUOTE 。對煙煤來說，煤量的氮是結合在開鏈的和環(huán)形化合物的氨基衍生物組成之，。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雜的

8、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：但是合成氨的反應是一種劇烈的放熱反應，同時也是可逆反應，故在煉焦過程中，還會有氨解離成元素氮和氫的反應發(fā)生?？梢?，氨的產(chǎn)率與美的含氮量之間存在著密切的關系。煤的變質程度越深，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爐火道溫度。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。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

9、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)設備龐大，經(jīng)濟效果不佳?，F(xiàn)今不采用。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，進入間接式初步冷卻器。煤氣在初步冷卻器冷凝出的氨水補充到循環(huán)氨水中去，而煤氣中所含的水汽量，恰好相當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)預熱器進

10、入飽和器。氨和硫酸結合而成硫氨。煤氣出飽和器經(jīng)除酸器，進入冷卻到直接式冷卻器，冷卻到適宜溫度，進入鼓風氣。采用直接法生產(chǎn)硫銨雖然有很多優(yōu)點，但因過多的設備處于負壓狀態(tài)，在生產(chǎn)上不安全，故在工業(yè)上未被采用。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，進入鼓風機。加壓后，經(jīng)電捕焦油器，煤氣預熱器.進入飽和器。在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

11、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，故為國外焦化廠普遍采用。不用硫酸制取硫銨的方法由于國民經(jīng)濟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，按氣體或液體法進行反應：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)器進行蒸發(fā)，得到結晶硫銨。然后經(jīng)分離與干燥得到最后成品。這種工藝過程復雜，需要的設備較多，耗用的蒸汽量很大，氨的回收率低，因此經(jīng)濟效果很差。由于該過程的副產(chǎn)品是碳酸鈣，所以最好與水

12、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行反應：將反應所得溶液送去過濾分離，除去Na2HCO3沉淀，而濾液用少量硫酸中和后，送入結晶設備濃縮結晶。所得結晶經(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)文獻資料報道，采用該法制取硫銨時，硫酸鈉的利用率高達98.5%。硫酸用量對1噸硫銨約為144千克。硫銨質量很高，不含有游離酸，含氮量可達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雜。此外，采用該法在技術經(jīng)濟上的合理性，

13、還得進一步研究。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鐵礦的燒結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：當溶液中硫代硫酸銨達到一定濃度后，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，綜合權衡利弊，本次設計采用第三種方法，即半直接法。第二章、飽和器法硫銨生產(chǎn)工藝1工藝流程圖與流程敘述外置除酸器飽和器法生產(chǎn)硫銨的

14、工藝流程見下圖如上圖所述：煉焦煤氣經(jīng)初冷器冷卻到2535，其中部分氨氣以冷凝氨水形式析出。冷卻后的煤氣被鼓風機加壓，使經(jīng)電補焦油器，然后進入煤氣預熱器3，用間接蒸汽加熱至60-70，煤氣預熱的目的在于保持飽和器的水平衡，以免飽和器母液因煤氣中水汽的冷凝而被沖淡。預熱后的煤氣沿中央煤氣管進入飽和器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，當其呈過飽和狀態(tài)后便有硫銨結晶析出。用結晶泵8將飽和器底部的硫胺漿即送至結晶槽11，使之沉淀分離。結晶槽上的母液滿流至回流槽7，然后流回飽和器。結晶槽底部

15、較濃的料漿被送入離心機10進行離心過濾。為降低產(chǎn)品游離酸含量，在離心機中用溫水洗滌濾餅。離心分離后的濾液則由回流槽返回飽和器。離心機后的硫銨，通常含水2-3%。為使其水分降至0.5%以下，濕硫銨經(jīng)皮帶運輸機送入沸騰式干燥機進行干燥。干燥后的硫銨即為產(chǎn)品。為使飽和器母液酸度和溫度均勻，同時使小粒結晶呈懸浮狀態(tài)以利其成長，母液需要攪拌。為此，飽和器的母液不斷地經(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，使母液進行強烈的攪拌。2硫銨工段的正常操作制度正常操作時，為使飽和器母液酸度保持在4-6%的圍，需從硫銨高置槽1連續(xù)的往飽和器中補充新硫酸。飽和器的阻力通常為450-5

16、00毫米水柱。但生產(chǎn)一段時間后，由于硫銨結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，應定期進行飽和器的酸洗和水洗，以溶解其的結晶沉積物。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、結晶泵和母液管道，也應定期用溫水洗滌，以防被硫銨結晶堵塞。經(jīng)初冷器后，煤氣尚含焦油霧,而鼓風機后則降為 QUOTE 0.2-0.5。當設置電補焦油器時，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1.24-1.26。由于它往

17、往夾帶著氣泡，故視比重通常不超過1.10。正常操作時，母液比重為1.27-1.30，酸焦油能浮于液面上，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。嚴重時，飽和器和滿流槽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）母液中含有大量機械雜質，他們使酸焦油呈細分散狀而不再與母液分層。（2）當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

18、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）母液中硫銨結晶的濃度過低時，酸焦油和其他機械雜質不易與母液分層。故當飽和器進行酸洗和水洗“滅晶”時，母液最容易起泡沫。當發(fā)現(xiàn)母液起泡沫時，應立即經(jīng)回流槽向飽和器中加入少量洗油或其他油類。當母液的表面力降低后，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)行技術操作規(guī)程的規(guī)定，飽和器后煤氣含氨量不得超過 QUOTE 0.03，亦即氨的回收率約在99.6%以上。我國大多數(shù)焦化廠的操作表明，上述規(guī)定時可以達到的。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

19、的消耗定額大致如下表：硫酸（100%濃度）0.7450750噸水2633電能2832度水蒸汽2.53.0噸3硫銨工段的工藝操作參數(shù)（1）預熱前粗氣溫度預熱器前粗氣溫度與出冷氣后粗氣溫度與其經(jīng)鼓風機加壓后的溫升有關。預熱器前的粗氣溫度一般為2535。（2）預熱器粗氣溫度為了蒸發(fā)飽和器中多余的水分，保持飽和器水平衡，防止母液被稀釋，進入飽和器的粗氣必須進行預熱。為不使預熱溫度過高，影響硫胺質量，除降低粗氣初冷濕度外，必須嚴格控制進入飽和器的水量。（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。飽和器母液液面上的水蒸氣分壓與楚

20、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為煤氣中水蒸氣分壓1.3-1.5倍（此值成為偏離平衡系數(shù)），于此相應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50-55，以利于生成大粒度結晶硫胺。（4）母液酸度和加酸制度由經(jīng)驗知，設計時母液酸度宜取4-6%。為保持酸度穩(wěn)定平時應連續(xù)加酸。中加酸時母液酸度為12-14%，大加酸時為18-22%。（5）母液循環(huán)量設計時，母液循環(huán)量應為干硫銨產(chǎn)量的30倍，以制取大粒度硫銨晶粒。（6）母液中的結晶的濃度（晶比）晶比即母液中所含結晶的體積對母液與結晶總體積的百分比。為有利于氨的吸收、減少攪拌阻力和有利于結晶的長大，

21、晶比不宜過大，一般宜取40-50%。（7）結晶槽中結晶層的厚度結晶槽中應保持一定厚度的結晶層，一般為結晶槽高度的1/3.結晶層厚度小，離心機的進料濃度波動大，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）離心機水洗溫度和洗水量離心機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60-80，這樣既能洗去結晶表面油類雜質，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，離心機的洗水量應為干硫銨產(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行的，洗水量雖各廠的工作制度不

22、同而異。4車間工藝布置工藝布置原則硫銨工段由煤氣預熱、硫銨、離心干燥、包裝與酸庫組成，應考慮鐵路和公路運輸?shù)姆奖?。硫銨倉庫應布置在主廠房一側。酸庫易單獨布置。飽和器系統(tǒng)設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，710米。飽和器錐形底距防腐地坪應不小于400毫米。滿流槽布置在靠近母液槽一側。當滿流槽基礎標高低與防腐地坪標高時，應將基礎設在坑，坑沿高出地坪200毫米，焊在槽壁上的擋板應遮住坑沿。由滿流槽至酸焦油分離槽的母液管的坡度應大于0.005。水封槽的液封高度應不小于風

23、機全壓。酸泵應成組集中布置。蹦基礎周圍應設置帶地板的小地溝以引漏夜至集液坑進行中和。加酸管上應設置視鏡和調(diào)節(jié)性能良好的節(jié)流閥，以控制加酸量。設計參數(shù)產(chǎn)品指標飽和器后粗氣含氮量30毫克/標米3連續(xù)離心機后硫胺水分2%沸騰干燥器后硫胺水分0.1%溫度()預熱器前粗氣溫度2530預熱器前粗氣露點溫度2535預熱器后粗氣溫度6070飽和器母液溫度5055飽和器后粗氣溫度5565飽和器后粗氣露點5450沸騰干燥器后物料溫度5565沸騰干燥器熱風進口溫度130140沸騰干燥其后熱風溫度6070壓力( QUOTE )煤氣預熱器阻力30-50飽和器阻力500-700沸騰干燥器熱風進口壓力500沸騰干燥器進料口

24、處風壓0母液特性值（正常）比重1.2751.300酸度48%NH3150180克/升（NH4）SO4含量4046%NH4HSO4 1015%原料硫酸濃度75%離心機洗水用量硫銨量的8-10%離心干燥系統(tǒng)設備布置原則硫銨操作室樓層標高，應按下列原則確定:由結晶槽至離心機的母液能順利自流；應使離心機分離出的母液自流入飽和器；由螺旋輸送機至干燥器的溜槽，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，用人工包裝時應不小于1900毫米。其他注意事項檢修飽和器機組可設置電動或手動橋式吊車。在飽和器機組一側并在起吊設備作業(yè)圍應留有放一個飽和器機組的檢修用地。

25、當采用其他方式起吊設備時，在設計中應考慮檢修時所需空間和平面位置，作業(yè)場第應足夠。所有設備的檢修應考慮必要的起吊裝置生產(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70萬噸/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標準米3/噸干煤配煤含水量10%氨對干煤產(chǎn)率0.35%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0.05克/升母液的酸度6%2小時生產(chǎn)能力計算3氨平衡計算氨的產(chǎn)量： QUOTE 剩

26、余氨水量：查相關文獻知，30時，1N QUOTE 煤氣被水汽飽和后含水汽35.2g.3.剩余氨水中含氨量: QUOTE 4.煤氣帶入飽和器的氨量： QUOTE 5.煤氣帶出飽和器的氨量： QUOTE 6. 氨水蒸餾塔后廢水量為： QUOTE 1.250氨水蒸餾塔用直接蒸汽加熱后使廢水增多的系數(shù)7.由氨水蒸餾塔的氨氣帶入飽和器的氨量: QUOTE 8.飽和器中被硫酸吸收的氨量: QUOTE 11.干硫銨產(chǎn)量 QUOTE 12.硫酸消耗量 QUOTE 100%的硫酸）折合76%的硫酸為 QUOTE 13.氨的損失率： QUOTE 氨平衡計算結果表項目%項目%煤氣帶來氨873.789.86%硫酸吸收

27、的氨968.0999.57%剩余氨水帶來氨98.610.14%回爐煤氣帶走的氨2.670.27%蒸餾塔廢水帶走的氨1.540.16%總計972.3100%總計972.3100%4 水平衡的計算煤氣帶入飽和器的水量： QUOTE 氨分縮器后氨氣帶入的水量：由相關資料知：氨分縮器后蒸汽中氨的含量為10%，則,3.由76%(質量分數(shù)）硫酸帶入的水分： QUOTE 4.離心機洗水量：離心機洗水量一般為干硫銨重量的6%，故帶入的水量為： QUOTE 5.飽和器和除酸器的洗水量：飽和器的酸洗、水法定期進行，洗水量隨各廠工作制度不同而異，設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，

28、則洗水量為：6.帶入飽和器的總水量為： QUOTE 7.帶入飽和器的總水量應全部被煤氣帶走，故出飽和器的每 QUOTE 干煤氣應含水汽： QUOTE 與此水汽含量相應的煤氣露點約為408.每 QUOTE 干煤氣中水汽體積： QUOTE 故混合氣體中水汽所點的體積百分比為： QUOTE 9.飽和器后濕煤氣的絕對壓力為：此時水汽的分壓為: QUOTE 由此，要使多余水分被煤氣帶走，母液液面上的水汽壓力應大于60.69mmHg相關資料顯示：60時，結晶硫銨濃度為40%-50%。當母液中（NH4）2SO4的濃度為42%，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系圖，知當酸度為4%時，

29、與60.69mmHg相應的溫度為44。當酸度為8%時，與60.69mmHg相應的溫度為49。由以上可知：要使進入飽和器的水分全部蒸發(fā)，在上述兩種情況下，母液溫度應大于分別為44或49。5 熱平衡計算因有關參考數(shù)據(jù)均比較早，故這里先依舊例仍用Cal為熱量單位。輸入熱量1煤氣帶入飽和器的熱量設煤氣預熱器后的實際溫度為t，則干煤氣帶入的熱量： QUOTE 0.36-干燥氣比熱。Kcal/(m3.) 水汽帶入的熱量：水在0時的平均潛熱0.438Kcal/（kg.）水汽在0-80時的平均比熱。氨帶入的熱量： QUOTE 0.5Kcal/（kg.）氨的比熱：煤氣中所含的苯族烴，硫化氫與其它組分在飽和器中未

30、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Q2：氨帶入的熱量：98分縮器后氨汽溫度0.50898氨的比熱 QUOTE 水汽帶入的熱量 QUOTE QUOTE 3硫酸帶入的熱量0.4576%H2SO4的比熱（ QUOTE 20H2SO4的溫度()4洗滌水帶入的熱量 QUOTE 60離心機、飽和器洗滌水溫度（） 0.99960時水的比熱 QUOTE 5結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,當母液溫度穩(wěn)定的保持在50-55圍,對大晶粒結晶最為適宜,同時由水平衡計算知,母液溫度應大于44或49,同時大于出飽和器煤氣的露點40

31、。設結晶槽回流母液和循環(huán)母液的溫度均為48,則 QUOTE 0.64母液的比熱 QUOTE 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 QUOTE 7化學反應Q7(1)H2SO4與NH3的中和熱:可按反應前后物質的生成熱求出.物質生成熱( QUOTE )(NH4)2SO4279500NH311000H2SO4210800則中和熱為: QUOTE 故每小時生產(chǎn)3758.47kg硫銨的中和熱為：(2)硫銨結晶熱: QUOTE 19.7硫銨結晶熱 QUOTE (3)硫酸的稀釋熱:每 QUOTE 分子硫酸的稀釋熱可用下計算:這里母液中酸度取6%,則 n1酸度6%時水

32、分子數(shù)與硫酸分子數(shù)之比 n2酸度為76%時水分子數(shù)與硫酸分子數(shù)之比則: QUOTE QUOTE 則硫酸的總稀釋熱為： QUOTE QUOTE 飽和器的輸入熱量： QUOTE QUOTE QUOTE 輸出熱量：1煤氣帶出熱量Q1，飽和器后煤氣溫度設為60干煤氣帶出的熱量： QUOTE 水汽帶出的熱量： QUOTE QUOTE ,2去結晶槽母液帶出的熱量 QUOTE ，設母液溫度為55 QUOTE ,3循環(huán)母液帶出的熱量 QUOTE 4硫銨帶出的熱量 QUOTE 0.34結晶硫銨的比熱5飽和器外壁熱損失 QUOTE ：結合相關資料，以上參數(shù)可大概估算為：F-飽和器外表面，對于6。25M直徑的飽和器

33、可取300M2K-傳熱系數(shù)，取tT-飽和器外壁溫度，取40tB-大氣溫度，取20總輸出熱量： QUOTE 由得： QUOTE t=62.2熱量平衡計算列表輸入輸出項目Kcal/h%項目Kcal/h%1、煤氣帶入3963597.2836.41、煤氣帶出5482796.7850.42、氨氣帶入562255.365.22、結晶槽母液帶出1322981.4412.23、硫酸帶入33043.950.33、循環(huán)母液帶出3968944.3236.54、洗水帶入50979.570.54、硫銨帶出70283.390.35、結晶槽母液帶入1154601.9810.65、壁散失360000.36、循環(huán)用液帶入346

34、3805.9531.87、化學反應熱1652884.0615.2合計10881168.17100合計10881005.93100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，母液溫度應高于47（母液酸度為6%時），預熱后煤氣溫度應為62.2，這些計算結果與實際情況較為接近。按前面計算結果，煤氣離開飽和器時含水汽64.51g/ Nm3,此時露點溫度為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30，1Nm3干煤氣飽和水汽量為35.2g；到60時，1 Nm3煤氣被飽和時應含水汽197.5g。197.5與35.2相差162.3，后者稱為煤氣的自由水容量，即煤氣能

35、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： QUOTE 。故煤氣的自由水容量的利用率為 QUOTE ?？梢姡柡推魇欠N蒸發(fā)水分能力很差的設備，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與接觸表面不足夠所致。第四章、設備選型1、飽和器基本尺寸：1.進入飽和器粗煤氣的實際體積，取預熱器后粗煤氣溫度為70，操作壓力為900mmHg（絕壓）900飽和器前煤氣壓力(mmHg)70預熱器后煤氣溫度(一般為7080)2.由分縮器進入飽和器的蒸汽體積為： QUOTE 3.煤氣進口管道直徑，取煤氣速度為 QUOTE 則 QUOTE 4.氨氣管道的直徑為：取氨氣進口管進度為

36、 QUOTE QUOTE 5.飽和器中央導管的直徑，氣速取8m/s QUOTE 其截面積 QUOTE 6.飽和器后粗煤氣的實際體積，出飽和器溫度60，壓力800mm QUOTE o QUOTE 7.飽和器所需的環(huán)形截面積，取環(huán)形空間氣速1.1m/s,則 QUOTE 8.飽和器的直徑 QUOTE 因飽和器筒體與中央粗氣管外壁均需做防腐層，故選用 QUOTE 的飽和器即 QUOTE 型9.結晶抽出口管徑與回流管徑(忽略硫銨溶解時水的體積變化)流速取2m/s.由相關資料知當硫銨含量為42%時，硫銨水溶液的密度與純水相差不大 QUOTE QUOTE 10.攪拌母液入口管徑流速可取3m/s QUOTE

37、QUOTE 11.滿流口尺寸因滿流流量與攪拌流量一樣，故其管截面積也一樣。滿流口為矩形，取長寬比為2則 QUOTE 12.硫酸入口管徑硫酸密度取1200kg/m3,流速取1.5m/s QUOTE QUOTE 2旋風式除酸器的基本尺寸(出飽和器煤氣實際體積為100643.81m3/h，煤氣中酸霧最小顆粒為16 QUOTE )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。煤氣進口尺寸進口煤氣線速度不宜小于25m/s，現(xiàn)選取50 m/s則煤氣進口截面積為：煤氣進口為矩形，設長寬比為2，則煤氣出口管直徑出口管煤氣線速度可采用4-8m/s，現(xiàn)取7m/s QUOTE 選用公稱直徑為1600mm的鋼管,出口管外壁均作5mm的防腐層，則外緣直徑為 QUOTE 除酸器環(huán)形截面寬度取與煤氣進口寬度相等,則徑出口管在器部分高度煤氣在器旋轉運動速度為進口煤氣線速度的62%-70%，取70%。 QUOTE 當煤氣中最小顆粒為 QUOTE 時，為得其捕獲下來，煤氣在環(huán)形空間的停留時間應為0.945s，這樣煤氣流過的長度為 QUOTE 煤氣的回轉圈數(shù)為 QUOTE 當環(huán)形通道為0.37m時，旋轉線速度為35時，則煤氣流的厚度為則出口管在部的高度為 Q