【正文】 40～ 60 游離硫酸含量 /% 4～ 6 w（ NH4HSO4） /% 10～ 15 NH3 含量 /（ g/l） 150～ 180 母液的密度是隨母液的酸度增加而增大的。酸度升高時，酸式鹽的含量也隨之提高。 用硫酸回收氨的生產(chǎn)工藝中，氨與硫酸反應(yīng)生成硫酸銨。純態(tài)的硫酸銨為無色長菱形晶體，焦化廠生產(chǎn)的硫酸銨，因混有雜質(zhì)而呈現(xiàn)淺的綠色、藍(lán)色、灰色，多為片狀、針狀甚至粉末狀結(jié)晶。煤氣 3 離開飽和器后，再冷 卻到適宜的溫度進(jìn)入鼓風(fēng)機。 間接法：經(jīng)初冷器后的煤氣在洗氨塔內(nèi)用水冼氨，將得到的稀氨水與冷凝工段來的剩余氨水一起送入蒸氨塔蒸餾，蒸出的氨氣全部進(jìn)入飽和器被硫酸吸收生成硫酸銨。工藝比較成熟的是用硫酸吸收焦?fàn)t煤氣中的氨生產(chǎn)硫酸銨，這種方法按煤氣中氨與硫酸母液接觸的方式不同，分有三種：半直接法、間接法和直接法，其中應(yīng)用最廣泛的是半直接法。此外，煤氣中的氨在燃燒時會生成有毒的、有腐蝕性的氧化氮，氨在粗苯回收中能使油和水形成穩(wěn)定的乳化液，妨礙油水分離。煉焦化學(xué)產(chǎn)品在國民經(jīng)濟中占有重要的地位，煉焦化學(xué)工業(yè)是國 民經(jīng)濟的一個重要部門，是鋼鐵聯(lián)合企業(yè)的主要組成部分之一，是煤炭的綜合利用工業(yè)。 鑒于上述要求，本設(shè)計通過硫胺法工藝對焦?fàn)t煤氣中的氨加以回收，制成硫酸銨。因此從焦?fàn)t煤氣中回收氨是很有意義的。更重要的是，氨進(jìn)入大氣造成了環(huán)境污染，所造成的危害相當(dāng)嚴(yán)重，既不利于環(huán)保，也不符合國家關(guān)于可持續(xù)發(fā)展的要求。為此，煤氣中氨的含 量不允許超過 。 2 第 1 章 總 論 氨回收方法簡介 在煤化工利用生產(chǎn)技術(shù)中，煉焦是應(yīng)用最早的工藝，并且至今仍然是煤化工工業(yè)的重要組成部分。因此從焦?fàn)t煤氣中回收氨是很有意義的。 查閱文獻(xiàn) [1,2]得知，回收煤氣中的氨有多種方法。該方法就 是人們所說的飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的方法。然后進(jìn)入飽和器，煤氣中的氨被硫酸吸收而生成硫酸銨。飽和器法是生產(chǎn)硫酸銨的主要方法，過去多采用鼓泡式飽和器，現(xiàn)在新建和改建焦化廠多采用噴淋式飽和器。硫酸銨溶于水時要吸收熱量，每溶解 1kg硫酸銨吸收熱量約 63kJ。當(dāng)酸度為 1%～ 2%時，主要生成中式鹽。 飽和器中被硫酸銨和硫酸氫銨多飽和的硫酸溶液稱為母液。所以本設(shè)計選用鼓泡式飽和器法生產(chǎn)硫酸銨 。在預(yù)熱器內(nèi)用間接蒸汽加熱煤氣到 60～ 70℃ 或更高的溫度，目的是為了使煤氣進(jìn)入 鼓泡 式飽和器 2蒸發(fā)飽和器內(nèi) 多余的水分，保持飽和器的水平衡，防止母液稀釋。飽和器底部的結(jié)晶被抽到結(jié)晶槽 4，在結(jié)晶槽內(nèi)使結(jié)晶長大并沉降于槽底部。 為了是飽和器內(nèi)煤氣與母液接觸充分，必須使煤氣泡沸傘在母液中有一定的液封高度，并保證飽和器內(nèi)液面穩(wěn)定，為此在飽和器上還設(shè)有滿流口，從滿流口溢出的母液經(jīng)插入液封內(nèi)的滿流管流入滿流槽 12，以防止煤氣逸出。漂浮于滿流槽液面上的酸煤焦油應(yīng)及時撈出，或引入一分離裝置與母液分離，以回收母液。當(dāng)沖洗飽和器及除酸器時，所形成的大量母液由滿流槽滿流至母液儲槽。 母液酸度 母液酸度在氨吸收設(shè)備內(nèi)主要影響硫酸銨結(jié)晶的粒度和氨與吡啶鹽基的回收率。母液的介穩(wěn)區(qū)是溶解度與超溶解度間的區(qū)域。特別是當(dāng)母液攪拌不充分或酸度波動時，可能在母液中出現(xiàn)局部中性區(qū)甚至堿性區(qū)，從而導(dǎo)致母液中 的鐵、鋁離子形成及沉淀，進(jìn)而生成亞鐵氰化物，使晶體著色并阻礙晶體成長。 母液溫度 母液溫度影響晶體成長速度。 實際上，母液溫度是根據(jù)器內(nèi)的水平衡確定的。但由于煤氣在飽和器中停留時間短不可能達(dá)到平衡。圖 所示為酸度是 4%和 8%的母液溫度與母液液面上水蒸氣壓的關(guān)系曲線。 母液循環(huán)攪拌 母液循環(huán)攪拌的目的在于使母液酸度、濃度、溫度均勻，并硫酸銨結(jié)晶在母液中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，以延長其在母液中的停留時間，這有利于硫酸銨分子向結(jié)晶表面擴散，對生產(chǎn)大顆粒硫酸銨是有利的，另外也起到了減輕設(shè)備內(nèi)堵塞的作用。 雜質(zhì)對晶體生長機制的影響有以下幾種情況：晶面吸附了雜質(zhì)或離子后被毒化，不再是生長的活性點，柱型結(jié)晶變成針型；吸附雜質(zhì)后，晶體生長時需要排除雜質(zhì)，導(dǎo)致速率下降，晶粒??；雜質(zhì)的存在使介穩(wěn)區(qū)縮小，導(dǎo)致生成大量晶核。 11 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 26離心機吸水量（對硫酸銨質(zhì)量的影響）/%硫酸銨中游離酸質(zhì)量含量/%1游離酸； 2 水分不溶性雜質(zhì)主要是由煤氣帶入的焦油霧、煤塵等。晶比太大，相應(yīng)減少氨與硫酸反應(yīng)所需的容積，不利于氨的吸收；母液攪拌阻力增加，導(dǎo)致攪拌不良 ；同時晶體間的摩擦機會多，大顆粒結(jié)晶易破裂成小顆粒；并且晶比太大也會使堵塞情況加劇。要求放入離心機的料漿和料漿的結(jié)晶濃度保持穩(wěn)定，否則離心機轉(zhuǎn)鼓內(nèi)料層厚度不容易均勻，從而影響分離效果。因此洗水溫度在 70℃ 以上為宜。由于煤氣在飽和器中停留的時間短，不可能達(dá)到平衡，所以，實際上母液液面上的水蒸氣分壓為： 1 gp Kp? （ 31） 式中 K— 平衡偏離系數(shù)，其值為 ～ ，取 ； 則 1 1 . 5 7 . 4 3 1 1 . 1 4 5 k P ap ? ? ? 由圖 得：當(dāng)母液酸度為 4%和 8%時，與 1 ? 相對應(yīng)的母液適宜溫度分別 50℃ 及 55℃ 。由因吡啶裝置未生產(chǎn)，吡啶基在飽和器中被吸收的極少，也不予考慮。 F— 飽和器表面積，（當(dāng)直徑為 5m時， F≈200 2m ）； 1t — 飽和器壁溫度，取 45℃ ； 2t — 大氣溫度，取 20℃ 4 12Q aF(t t )? ?? = 2 0 . 9 2 0 0 ( 4 5 2 0 ) 2 7 1 7 0 0 K J / h? ? ? ? ? 輸出熱總量 Q出： 1 2 3 4Q Q Q Q Q 2 5 7 5 3 5 5 1 . 2 k J / h? ? ? ?? ? ? ? ?出 以上的熱量平衡計算數(shù)據(jù)如表 所列： 表 熱平衡數(shù)據(jù)表 （ 熱平衡以 0℃ 為基準(zhǔn)） 熱輸入項目 數(shù)值 kJ/h 熱輸出項目 數(shù)值 kJ/h 煤氣帶入熱量 1Q + 煤氣帶出熱量 1Q? 氨氣帶入熱量 2Q 924083 結(jié)晶母液帶出熱量 2Q? 硫酸帶入熱量 3Q 循環(huán)母液帶出熱量 3Q? 18 熱輸入項目 數(shù)值 kJ/h 熱輸出項目 數(shù)值 kJ/h 洗滌水帶入熱量 4Q 72354 飽和器散失熱量 4Q? 271700 結(jié)晶槽回流母液 帶入熱量 5Q 1780241 —— —— 循環(huán)母液帶入熱量 6Q 11868274 —— —— 化學(xué)反應(yīng)熱 7Q 2746208 —— —— 合計 + 合計 由熱平衡關(guān)系，得： 5 7 5 3 5 5 8 3 3 1 3 1 9 7 2 2 ?? t t≈℃ 實際操作中煤氣預(yù)熱溫度控制在 60～ 70℃ 。 飽和器頂蓋內(nèi)表面及中央煤氣管外表面及下段內(nèi)表面，由于經(jīng)常接觸酸霧和酸液，均需焊鉛板襯層。一般情況下，泡沸傘的浸沒深度不小于 200mm。飽和器的工作介質(zhì)是由泵通過液體攪拌器壓送的。飽和器設(shè)備圖見附頁。 校核罐體與封頭水壓試驗強度按 文獻(xiàn) [17]查得公式計算： ? ?T i eTSePD 0 .9 12 ???? ??? （ 44） 式中 Tp 1 . 2 5 p 1 . 2 5 0 . 0 1 1 7 7 0 . 0 1 4 5 M P a? ? ? ? en c 5 4 .5 0 .5 m m??? ? ? ? ? 12c c c 0 .5 4 4 .5? ? ? ? ?mm 徑向應(yīng)力 s 235? ? MPa 則 ? ?2T i eT ePD ?? ??? ? ?0 . 0 1 4 5 5 0 0 0 0 . 5 M P a2 0 . 5 7 2 . 5 1????? S0 . 9 1 0 . 9 1 2 3 5 2 1 3 . 8 5 M P a? ? ? ? T ??? 所以水壓試驗滿足強度要求。結(jié)構(gòu)見圖 。 25 沸騰床干燥器是擴大圓筒形裝置，上部位擴大部分。 離心機出來的濕硫酸銨由螺旋輸送機經(jīng)加料斗送入前室，受到由風(fēng)帽噴出的熱空氣作用，立即沸騰分散開，同時被快速加熱干燥。 文獻(xiàn) [19,20]中對沸騰干燥器的設(shè)計定額都有規(guī)定：床面生產(chǎn)強度 2～ t/m2此時最低流態(tài)化速度可按下列通用方程式計算： 11 . 8 2 0 . 9 4c p s g0 . 8 8 0 . 6 6g0 . 0 9 2 3 d ( ) m / suv ??? ?? （ 45） 式中 cpd 固體顆粒平均直徑， m。 上式適用的條件是雷諾數(shù) cp g1dvuRe 10???，若 Re 10? ，則必須對計算進(jìn)行校正。 根據(jù)以上設(shè)備計算，得出主要設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計數(shù)據(jù)，見表 表 主要設(shè)備結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計匯總 表 項 目 數(shù) 值 單位 煤氣進(jìn)口管直徑 d1 1100 mm 飽和器中央煤氣管直徑 d2 1540 mm 飽和器直徑 D1 5200 mm 飽和器高度 H1 7790 mm 除酸器進(jìn)口管內(nèi)徑 d3 1560 mm 除酸器直徑 D2 2790 mm 除酸器高度 H2 4200 mm 干燥器直徑 D3 1040 mm 干燥器溢流口高度 H3 388 mm 29 第 5 章 飽和器法回收氨工藝附屬設(shè)備的選型 預(yù)熱器 煤氣在進(jìn)入設(shè)備前要經(jīng)過預(yù)熱，現(xiàn)有工藝一般常用換熱器對煤氣進(jìn)行預(yù)熱。 離心機 查閱文獻(xiàn) [23]得知，我國國內(nèi)各廠多采用連續(xù)式離心機來分離母液中的硫酸銨結(jié)晶。由于它與轉(zhuǎn)鼓同時轉(zhuǎn)動，使料漿均勻分布在篩網(wǎng)上，在離心力作用下，母液經(jīng)篩網(wǎng)進(jìn)入濾液收集室，在篩網(wǎng)上形成硫酸銨濾餅，被推料機推到轉(zhuǎn)鼓邊緣時，用洗水管噴出熱水加以洗滌，從而除去顆粒間殘留的母液，硫酸銨再進(jìn)入干燥器，洗水和濾液一起返回飽和器 。該結(jié)晶槽用鋼板焊制，內(nèi)壁襯以防酸層，并設(shè)有伸入設(shè)備的選料裝置，它由杯形件構(gòu)成。 30 含小粒結(jié)晶的母液沿環(huán)形杯件上升，經(jīng)溢流管排入飽和器，使結(jié)晶繼續(xù)長大。 本設(shè)計選用的飽和器法的工藝方法回收氨是一項比較成熟的工藝。 煤氣中氨含量為 1%～ %， 最終核算氨的產(chǎn)率為 %，飽和器后煤氣含氨量為