【正文】 =+ kJ/h散熱損失 q7=q3+2%=2738G= kJ/hQ2=q4+q5+q6+q7 =+213004+++ =+ kJ/h由Q1=Q2 得 G== kJ/h1噸氨水所用蒸汽量 g=G/F=廢水量 W=+= kg/h= t/h6) 塔板層數(shù)確定直接蒸汽加熱時,提餾段操作方程: Ym=式中 W——廢水量 kg/h G——直接蒸汽耗量 kg/h XW——廢水含氨量 % 即 YM=以進料含氨量濃度 XF=% 按《煉焦化學品回收與加工》附表5中數(shù)據(jù)采用逐板計算法計算提餾段理論板數(shù).X % Y % ∴提餾段需理論板數(shù)為7對于精餾段由于塔頂氣相濃度不高于和進料平衡的氣相濃度,所以只需要一塊理論板,則全塔理論板數(shù)為8塊.本設計采用浮閥塔,則實際板數(shù)為8/=167) 塔徑計算∵V＜G ∴用塔底氣相體積確定塔徑G= = m3/h原料汽化熱取水的熱量為 1500kJ/kg 平均溫度(98+50)/2=74℃ρl= ㎏/m3 ρV= ㎏/m3 查《化工原理》天大版附表7 kJ/(㎏k)QH2S=6843545= kJ/h式中 ——0～80℃水汽平均比熱 kJ/(㎏㎡) 式中 dp——固體顆粒平均直徑 ㎜ Pq——固體密度kg/m Pg——氣體密度kg/m3 Z——氣體粘度 原油 上式中各項數(shù)值計算如下1) dp的確定 dp= ㎜ 式中 X——篩分組成 % D——每級顆粒直徑 ㎜ 硫銨篩分分組 d1 (㎜) 2 X1 (%) 42 34 22 dp== ㎜2) Pg的確定在沸騰干燥器內(nèi)氣體溫度為105℃并假設操作壓力3500Mpa,則空氣流在實際操作狀態(tài)下密度 Pg= = kg/m3式中 ——空氣在標準狀態(tài)下密度kg/m33) Pg為硫銨結晶比重取1770 kg/m34) Z為空氣粘度, 厘泊 綜上,將上述各值帶入公式得 G=510 = kg/(m3則=5050=10840064 KJ/hg) 化學反應熱化學反應熱包括中和熱、結晶熱和稀釋熱1. 硫酸的中和熱（1 KgK)b) 水汽帶入的熱量=(＋98) =(＋98) =942362 KJ/h則氨汽帶入的熱量= ＋ = KJ/hc) 硫酸帶入的熱量=E=20= KJ/h式中 ——濃度為98%硫酸的比熱 E——硫酸的平均溫度，取20℃d) 洗滌水帶入的熱量（包括洗滌結晶和沖洗設備的水，水溫為60℃）=（＋）60 =(＋100)60 = KJ/h式中 ——60℃時水的比熱 KJ/(KgK)c) 氨帶入的熱量 ===式中 ——氨帶入的熱量 KJ/h 2．11——氨的比熱 KJ/(Kgg/ 《焦化工藝學》P82表422) 計算根據(jù)煤氣初冷系統(tǒng)中的水平衡，可得剩余氨水 t/h=— 式中 ——煤氣帶入集氣管中水量 t/h ——初冷器后煤氣帶走的水量 t/h =1507% ＋2% = t/h =Q=53793=1888 Kg/h= t/h=—= t/h 即剩余氨水量 G3= t/h、熱平衡和結構尺寸的確定焦爐干煤裝入量 t/h煤氣發(fā)生量Mg (干煤)360氨的產(chǎn)率（揮發(fā)氨） %初冷器后煤氣溫度t ℃30剩余氨水量 t/h蒸氨廢水中含氨量 g/l剩余氨水中含氨量 g/l直接用蒸汽量（每蒸餾1稀氨水） kg/250分縮器后氨氣溫度 t ℃98飽和器后煤氣含氨量 g/硫酸濃度 Wt %98煉焦煤含水量 %12總氨N飽 和 器N1煤氣帶入氨N2剩余氨水帶入氨N5飽和器耗氨N3飽和器帶出氨N4蒸氨廢水帶出氨由平衡知 N = N1 ＋ N2 = N3 ＋ N4 ＋ N5則總氨量 N = % = % = t/h = kg/h剩余氨水帶入氨 N2 = = = kg/h干餾煤氣帶入氨 N1 = N－N1=－ = kg/h干餾煤氣帶出氨 N3 = 360蒸氨廢水帶出氨L = ＋= t/hN4 = 1000 = kg/h飽和器耗氨量 N5 = N－N3－N4 =－－= kg/h 由反應原理 硫酸吸收氨反映式：217 98 132 y x硫氨產(chǎn)量 kg/h硫酸理論耗量 kg/h換算成 98% 硫酸耗量 =飽和器內(nèi)的水分主要是煤氣和氫氣帶來的?！　‘敾厥瞻迸c吡啶同時進行時，由于硫酸吸收氨的反應速度快的多，故在飽和器中同時回收吡啶時，為保證吡啶的回收率，應適當加大液封高度，以增加氣液接觸和反應時間。為了減少阻力，煤氣通過泡沸傘鼓泡處的速度?。罚福停印！　≡谥醒朊簹夤芟露搜b有煤氣泡沸傘，沿泡沸傘整個圓周，焊有一定數(shù)量的彎成一定弧度的導向葉片，構成了２８個弧形通道，煤氣均勻的分布，并泡沸穿過母液，同時還促使飽和器中的上層母液劇烈地旋轉(zhuǎn)，從而使母液中的硫酸銨晶體保持一定的懸浮狀態(tài)，這對于晶體的長大是有利的。1)預熱器后煤氣溫度 6070度2)飽和器后煤氣溫度 5565度3)飽和器內(nèi)母液溫度 5055度4)預熱器內(nèi)煤氣阻力 500PA5)飽和器內(nèi)煤氣阻力 5000PA6)除酸器內(nèi)煤氣阻力 1000PA 7)飽和器后煤氣含氮=8)空氣預熱器后溫度 130140度9)質(zhì)量指標(二級品) 含N(干基)　游離酸 水10)蒸氨塔頂溫度 101103度11)分縮器后氨氣溫度 9798度12)廢水冷卻器后廢水溫度4045度13)廢水含量 主要設備硫銨工段的主要設備　　硫銨工段的主要設備有煤氣預熱器、飽和器、離心機、干燥機、除酸器等?！　≡陲柡推鲀?nèi)生產(chǎn)的酸焦油可用氨水中和法回收，由滿流槽溢出來的酸焦油和母液進入分離槽，在此再壓入酸焦油洗滌器。離心機卸出的硫銨晶體經(jīng)干燥后既為產(chǎn)品。因此，飽和器還起著結晶設備的作用?！　。担┙Y晶濃度的影響 母液中的結晶濃度是指母液中所含結晶的體積對母液與結晶總體積的百分比。　　另外，雜質(zhì)不僅影響晶體的成長和晶形，而且還由于在單位時間內(nèi)晶體體積的總增長量小于同時間內(nèi)在飽和器中形成的硫銨量，因而使母液的過飽和程度增加。采取中加酸時母液酸度為１２％～１４％，大加酸時為１８％～２２％?！　。玻┧岫鹊挠绊憽　∧敢核岫葘α蜾@結晶影響較大，酸度過大使溶解在母液中的硫銨數(shù)量增加，難以獲得大顆粒結晶，反之，則可能使氨和吡啶的吸收不完全。而飽和器母液應該在保證不被稀釋的條件下，保證較低的操作溫度，以５０～５５度為宜。但母液溫度過高時，硫銨在母液中的溶解度很大，當溫度波動時，造成局部過飽和現(xiàn)象，促使大量晶核形成，這樣就得不到大顆粒晶體?！　。保囟鹊挠绊憽　∮蓤D２２可以看出，硫銨在母液中的溶解度，隨著溫度升高而增加。溶液濃度迅速降至Ｈ（飽和點），這樣得到的晶體很小。　　晶核形成和溶液的溫度和濃度之間有一定關系，見圖１１。即在一定的條件下結晶，若晶核形成的速率大于晶體成長的速率，得到的是小粒結晶。但濃硫酸價高，且冬季易凍，還會使煤氣中的不飽和組分聚合，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。此外，還會使飽和器的母液生成泡沫影響安全生產(chǎn)。1. 原料來源 進入硫銨工段的原料有煤氣，剩余氨水和硫酸，其中煤氣來自于冷凝鼓風工段，剩余氨水來自于溶劑脫酚工段，硫酸來自酸堿庫。因而增加了硫銨分子向晶體表面擴散的阻力，阻礙了晶體正常的生長。同時，由于體積生長的速度隨結晶的溫度的提高有很大的增長，因而在適當?shù)奶岣邷囟鹊那闆r下，可把溶液的過飽和程度控制在教小的范圍內(nèi)，從而大大減少針形晶核的形成，但是不是把溫度提高的太高，否則會適得其反，飽和器母液的酸度對硫銨結晶的成長也有一定的影響。晶核的成長速度和溶液的潔凈程度，溶液的酸度以溶質(zhì)由液相向固相的傳質(zhì)速率有關，在純凈的母液中，硫銨晶體的生長速度最快，母液中的可溶性雜質(zhì)對結晶的成長速度和晶核均有不利的影響。即在一定的條件下結晶，若晶核形成的速率大于晶體成長的速率，得到的是小粒結晶。在飽和器內(nèi)的酸度控制在12%時，生成的硫銨產(chǎn)品主要為正鹽當酸度升高時，隨酸度的提高而酸式鹽含量則提高，飽和器內(nèi)酸度控制（指母液的酸度）在48%時飽和器和母液中同時存在著正鹽又存在著酸式鹽。本設計選擇半直接法。 1. 流程選擇 目前，我國大部分焦化廠均用飽和器法生產(chǎn)硫酸銨，來回收煤氣中的氨?！。ǎ常┮兹芘c水，其水溶液呈弱酸性，易吸潮結塊。因此半直接法生產(chǎn)硫銨的工業(yè)等有待進一步改進，以適應現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，盡管如此，由于它的生產(chǎn)工藝管理等方面均較直接法和間接法先進，因此工業(yè)生產(chǎn)上應用較廣。 半直接法： 由焦爐出來的煤氣經(jīng)過冷卻，所得的冷凝氨水通過氨蒸餾柱蒸出氨水并和煤氣中的氨共同進入飽和器，穿過母液層和硫酸溶液相互作用生成酸式硫酸銨。因此，在工業(yè)上應用比較困難，所以此法在工業(yè)上得不到廣泛應用，難以推廣。 硫銨的生產(chǎn)方法有：飽和器法和非飽和器法。焦爐炭化室尺寸： 有效長 l=13280m 有效高 h=4100m 平均寬 b=500m堆積密度 =~ t(干煤)/ 煤炭作為我國的主要能源之一，由于其儲藏量有限，單純作為燃料不僅浪費很大，而且會造成嚴重的環(huán)境污染，隨著現(xiàn)代科技和化學工業(yè)的發(fā)展對煤炭的利用范圍已大大擴展，煤炭的綜合利用已被列為我國煤炭行業(yè)的三大支柱。硫銨工段屬于焦化廠的回收車間。二、設計的基礎資料 徐州焦化廠位于徐州的西面，用水主要用地下水、自來水和本廠的處理循環(huán)水。每孔有效容積 m3 結焦時 24 小時，配煤的揮發(fā)份為26%，%；；裝爐干煤的表面水為7%；煤氣在初冷器冷卻的溫度為30度，進入硫銨工段的溫度為45度。 硫銨的生產(chǎn)不僅達到了除去煤氣中氨的目的，而且硫銨作為化肥應用于農(nóng)業(yè)中可以提高農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)量，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著重要作用。直接法由于對電捕焦油器等凈化裝置要求較高以保硫酸銨產(chǎn)品質(zhì)量。因此，此法在工業(yè)上應用很少，很難推廣，特別是在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中應用更少。（3）煤氣通過飽和器阻力較大，因而能量消耗大?！。ǎ玻停希?，結晶區(qū)位于硫銨含量較低區(qū)域。用做食品添加劑，做面團調(diào)解劑、酵母養(yǎng)料等。 用硫酸吸收煤氣中的氨是快速不可逆的化學反應，所以可在飽和器或酸洗塔內(nèi)，使焦爐煤氣與適量濃度的硫酸接觸以用來回收煤氣中的氨。 由上述反應方程式可以看出產(chǎn)品硫銨既存在著正鹽又存在著酸式鹽，它們分別以各自的形式存在于生產(chǎn)硫銨的溶液中，而溶液中酸式鹽還是正鹽各自所占的比主要由溶液的酸度決定，溶液的酸度可以用加入硫酸的數(shù)量多少來調(diào)節(jié)。通常兩個過程同時進行的。由于飽和器內(nèi)氨和硫銨不斷的反應生成硫銨，當硫銨與硫酸達到一定的過飽和程度時，即形成晶核。由于晶體各棱面的平均生長速度比晶體沿生長長向速度增長的速度較快，溫度的提高還有助于降低晶體的長寬比和形成較好的晶形。同時，隨著酸度的提高，母液的黏度將增大。這是因為除了使氨和吡啶吸收不完全外，還同時易使飽和器堵塞，此外，%時，因母液比重的下降，還易于使泡沫產(chǎn)生，導致操作條件惡化。氮的氧化物在操作過程中會轉(zhuǎn)入煤氣中，其他雜質(zhì)會影響硫銨的晶體和顏色，同時不利于獲得大顆粒的結晶。因此可減少煤氣預熱器的負荷等優(yōu)點。通常兩個過程同時進行的?！　【Ш诵纬珊推涑砷L取決于溶液的過飽和度，使溶液結晶中的物質(zhì)的濃度維持在過飽和狀態(tài)，以便在溶液和晶體表面之間建立濃度差，使溶液中的結晶中的物質(zhì)向晶體表面轉(zhuǎn)移，溶液的過飽和度既為結晶的推動力，推動力越大，則結晶過程速率也越快。只有冷到Ｇ，才有大量晶核急劇形成。因此在實際生產(chǎn)中為了得到較大顆粒的硫酸銨結晶，必須使母液處于介穩(wěn)區(qū)和適宜的過飽和度。但母液過高時，雖然由于母液黏度降低而增加了硫銨分子間晶體表面的擴散速度，有利于晶體長大。一般要求進入飽和器的煤氣必須預熱到６０７０度。提高母液的酸度和其中硫銨的含量以及降低母液的溫度都會降低母液上的水蒸氣分壓。為保持酸度穩(wěn)定，可采用飽和器連續(xù)加酸制度，同時用水和蒸氣沖洗，以消除飽和器內(nèi)沉積的結晶。如圖１４所示，母液中含有的金屬離子不同，硫銨晶體的晶形也不同，純凈的母液形成的晶形是扁六方形棱面和錐面復合組成的，強度較高，當母液中含有Ａ