【正文】 本工段的爆炸和火災(zāi)危險(xiǎn)場(chǎng)所：場(chǎng)所或設(shè)備名稱主要介質(zhì)名稱介質(zhì)操作溫度（℃）環(huán)境或場(chǎng)所等級(jí)飽和器煤氣、硫銨45~65Q—3腐蝕硫銨離心機(jī)房硫銨母液—55腐蝕硫銨干燥室硫銨倉(cāng)庫(kù)硫銨—50腐蝕蒸氨塔氨汽30~102Q—3腐蝕（3） 其他本工段的綠化屬于廠區(qū)綠化的一部分，具體的綠化地帶由焦化廠統(tǒng)一規(guī)劃。室內(nèi)的結(jié)晶槽，連續(xù)離心機(jī)，膠帶運(yùn)輸機(jī)，沸騰干燥器所在的樓板鋪設(shè)耐酸地坪。（1） 徐州地區(qū)主導(dǎo)風(fēng)向是東南，故廠房設(shè)在飽和器機(jī)組的東邊。（4） 負(fù)責(zé)運(yùn)送焦油和聯(lián)系酸焦油的清出工作。另外工段長(zhǎng)和補(bǔ)缺工人各一人?！　求w底層設(shè)有通風(fēng)機(jī)、煤氣換熱器、引風(fēng)機(jī)等，另外有泵工操作室，底層與硫銨倉(cāng)庫(kù)相同，工藝管道見(jiàn)各管道布置圖。４）連續(xù)離心機(jī)、結(jié)晶槽等設(shè)備檢修，在各樓層應(yīng)設(shè)置手動(dòng)單軌吊車。３）由干燥器至翻斗提升機(jī)或儲(chǔ)斗的溜槽，或翻斗提升機(jī)出料口至儲(chǔ)斗的溜槽，其傾角不小于４５度。５）滿流槽基礎(chǔ)必須設(shè)置在地面以下時(shí)，應(yīng)將基礎(chǔ)設(shè)在坑內(nèi)，坑沿高度出地面不小于１００ＭＭ，焊在槽壁上的擋雨板能遮者坑沿。由于原料和生產(chǎn)運(yùn)輸量大，應(yīng)考慮鐵路運(yùn)輸和公路運(yùn)輸方便條件?！?q===L+qF=+20890= ㎏/h=V+(q1)F=+20890=5676 ㎏/h==塔板間距取450㎜，則HThL=查《化工原理》天大版下冊(cè)P160 史密斯關(guān)系圖得 C20=校正 C=C20 ==∴Umax=C== m/s通常取 U=～ 現(xiàn)取安全系數(shù) 則U== m/s則D=== m圓整取D=1800 mm塔截面面積 AT===㎡8) 塔高計(jì)算1. 該塔有效高度 Z=(N1)HT=(161)= m2. 塔頂輔助高度取1m3. (塔底最后一塊塔板到塔底封頭切線的距離)4. 塔底裙座高度取2 m5. 人孔,人孔的設(shè)計(jì)應(yīng)便于進(jìn)入任何一層塔板,但設(shè)置過(guò)多會(huì)使制造時(shí)塔體彎曲度難以達(dá)到要求,所以本塔設(shè)置一個(gè)人孔,位置在自上面算起第8塊塔板處,此處塔板間距設(shè)計(jì)為600㎜,另外,塔裙處應(yīng)設(shè)計(jì)兩個(gè)人孔直徑為450㎜. 綜上該塔實(shí)際高度 H=+1++2+()= m1) 物料平衡進(jìn)入物料 由蒸氨塔帶來(lái)的氨氣 V= ㎏/h 含氨量 ㎏/h輸出物料 出分凝器濃氨水 D= ㎏/h 含氨量 10%= ㎏/h分凝器至蒸氨塔的回流 L= ㎏/h 含氨量 %= ㎏/h2) 熱平衡輸入熱量Q1 塔頂氨蒸汽帶入熱量 q1= kJ/h 回流液中氨的溶解熱 q2=491=55174 kJ/hQ1=q1+q2= kJ/h輸出熱量Q2 成品濃氨水帶出熱量 Q3=(98)+() = kJ/h 式中 ——98℃時(shí)氨的比熱 kJ/(㎏h) = kg/(m3K)e) 回流母液帶入的熱量 回流母液帶入的熱量即結(jié)晶槽和離心機(jī)返回母液帶入的熱量，回流母液溫度應(yīng)不低于飽和器內(nèi)溫度10℃左右。其余有硫酸帶入的水分以及洗滌水等。泡沸傘可用硬鉛（８５％鉛和１５％合金）澆鑄，也有用鎳鉻鈦不銹鋼制成。而其中飽和器是該工段的主要設(shè)備，飽和器的構(gòu)造型式較多，圖為１５為常用的外部除酸式?！　★柡推饕绯龅哪敢翰粩嗤ㄟ^(guò)液封內(nèi)的滿流管流人滿流槽，而由循環(huán)泵連續(xù)送回飽和器。為有利于氨和吡啶的吸收，減少攪拌阻力和有利于結(jié)晶的長(zhǎng)大，晶比不宜過(guò)大，而晶比太小，則不利于結(jié)晶的長(zhǎng)大，因此一般控制晶比在４０－５０％?！　。常╇s質(zhì)的影響　　在純凈的母液中，硫銨結(jié)晶的生長(zhǎng)速度最快。　　飽和器內(nèi)的母液液面上的水蒸氣分壓與煤氣的水汽分壓相平衡時(shí)的母液溫度為最低溫度，根據(jù)水平衡可求出煤氣的露點(diǎn)及煤氣中的水汽分壓，～，與此相應(yīng)的母液溫度即為母液的適宜溫度。但飽和器內(nèi)母液溫度的高低，是取決于飽和器的水平衡。圖中ＡＢ線與普通溶解度曲線，ＣＤ線為超溶解度曲線，ＡＢ與ＣＤ線之間為介穩(wěn)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)，晶核不能自發(fā)形成。　　權(quán)衡上述利弊，本設(shè)計(jì)所用的硫酸的濃度為７８％，其中再生酸是再大加酸時(shí)加入母液儲(chǔ)槽的，在母液儲(chǔ)槽分離其所含焦油后，再進(jìn)入飽和器，選用這樣的酸既可以降低煤氣預(yù)熱器的負(fù)荷，又可以利用精苯車間的再生酸。2. 硫酸的選擇 焦化生產(chǎn)硫銨一般采用: %的塔式酸；　　%的接觸法硫酸；　　。隨著母液酸度的提高（從0到10%的范圍內(nèi)），大顆粒結(jié)晶的產(chǎn)率下降，同時(shí)結(jié)晶的形狀也發(fā)生變化，從長(zhǎng)寬比小的多面顆粒多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛心z結(jié)趨勢(shì)的細(xì)長(zhǎng)六角形棱柱形，甚至變形針狀。反之，則得到大粒結(jié)晶。2. 生產(chǎn)工藝流程的原理 焦化廠生產(chǎn)的硫銨是濃硫酸和氨氣在飽和器內(nèi)發(fā)生如下化學(xué)反應(yīng)而生成硫銨的。 　　長(zhǎng)期以來(lái)，主要用來(lái)做肥料，適用多種土壤和多種作物，還可用于紡織、皮革、醫(yī)藥等方面。半直接法生產(chǎn)硫酸銨由于生產(chǎn)流程簡(jiǎn)單，產(chǎn)品成本較低，工藝技術(shù)及管理較成熟，因此在工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較廣，但它也不是十全十美，也有它的缺點(diǎn)，主要有下列幾點(diǎn)：（1）需處理一定量的氨水。飽和器法有分直接法和半直接法。它設(shè)立在回收車間的冷凝鼓風(fēng)工段和粗笨工段之間。 徐州地區(qū)位于東經(jīng)117*18 北緯34*17 海拔高度 43米 平均氣壓 年平均氣溫 14度 極端最高氣溫 極端最低氣溫 平均相對(duì)濕度 71% 年降水量 年降水天數(shù) 最大積雪厚度 25厘米 平均風(fēng)速 最大風(fēng)速及風(fēng)向 16WSW 最多風(fēng)向及頻率 C14 ESE 12 三、設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)假設(shè)年產(chǎn)80萬(wàn)噸的焦化廠用的是 2 座 63 孔的 TJL4350D 型焦?fàn)t。 直接法 熱的煤氣從焦?fàn)t中出來(lái)經(jīng)過(guò)煤氣冷凝器冷卻再經(jīng)電捕焦油器清潔凈化后進(jìn)入飽和器，在飽和器內(nèi)，煤氣中的氨同硫酸結(jié)合生成硫銨。（2）結(jié)晶顆粒較小。食用硫酸銨由工業(yè)硫酸銨加入蒸餾水溶解，加入除砷劑、除重金屬劑進(jìn)行溶液凈化、過(guò)濾、蒸發(fā)濃縮、冷卻結(jié)晶、離心分離、干燥制得。反應(yīng)方程式： H2SO4+NH3（NH4）2SO4 （硫酸適量） H2SO4+NH3 NH4HSO4 （硫酸過(guò)量） NH4HSO4+NH3（NH4）2SO4 上述反應(yīng)是防熱反應(yīng),當(dāng)用硫酸吸收煉焦煤氣中的氨時(shí),當(dāng)用硫銨吸收煉焦煤氣中的氨時(shí),實(shí)際所得的熱效應(yīng)和硫銨母液的酸度及溫度有關(guān)，其值約比理論反應(yīng)放出的熱量少10%左右。顯然，如控制好此速率，便可控制晶體顆粒的大小，從而可以得到較滿意的產(chǎn)品硫酸銨顆粒粒度。這是因?yàn)楫?dāng)其他條件不變的時(shí)候母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度的增加而減少，因而不保持有利于晶體成長(zhǎng)所必須的過(guò)飽和程度。其中塔式酸一般含有鉛、砷及氮的氧化物等雜質(zhì)?！　∧撤N物質(zhì)在溶液中結(jié)晶時(shí)，每一個(gè)晶體均經(jīng)歷兩個(gè)階段， 在飽和器內(nèi)硫銨從母液中形成晶體要經(jīng)歷兩個(gè)階段：首先是細(xì)小的結(jié)晶中心晶核的形成，而后是晶核（或晶體）的長(zhǎng)大。若濃度為Ｅ的未加晶種的溶液冷至Ｆ，達(dá)到飽和，理論上可以結(jié)晶，但實(shí)際上過(guò)飽和程度還不夠，由Ｆ到冷到Ｇ，溶液經(jīng)介穩(wěn)區(qū)已處于過(guò)飽和狀態(tài)，但仍無(wú)結(jié)晶形成。母液溫度過(guò)高過(guò)低都不利于晶體的成長(zhǎng)。母液酸度、溫度與母液液面上的水蒸氣的關(guān)系見(jiàn)圖１２。母液中的雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶的成長(zhǎng)和晶形均有不利影響?！　?lái)自冷凝鼓風(fēng)工段的去焦油霧的煤氣首先進(jìn)入煤氣預(yù)熱器，在此煤氣被預(yù)熱到６５度左右，然后，熱煤氣與蒸氨塔來(lái)得氨氣一起進(jìn)入飽和器的中央煤氣管，經(jīng)分配傘穿過(guò)母液層鼓泡而出，其中氨被硫銨吸收，因此飽和器起著吸收設(shè)備的作用，煤氣出飽和器后進(jìn)入除酸器，除去所夾帶的酸霧，然后送往粗笨車間，在飽和器后煤氣的含氨量一般要求低于３０mg/標(biāo)m3。當(dāng)定期大量加酸，補(bǔ)水并用水沖洗飽和器和除酸器時(shí)，所形成的大量母液由滿溜槽流至母液儲(chǔ)槽暫時(shí)儲(chǔ)存。　　飽和器是用鋼板焊制的，具有頂蓋和錐底的圓形設(shè)備，內(nèi)壁襯以防酸層。近幾年來(lái)，有用石棉酚酞玻璃鋼制作的。洗滌硫氨用水占硫氨質(zhì)量總重的6%，沖洗飽和器和除酸器帶入的水量平均取100kg/h，氨分縮器后氨汽濃度為10%. 飽和器水平衡如下： 飽 和 器洗滌硫銨水煤氣帶入水氨氣帶入水硫銨帶入水沖洗水煤氣帶出水 Wt硫銨產(chǎn)品帶出水輸入方 輸出方煤氣帶入水量 = 360 = kg/h氨汽帶入水量 由N2－N4=（W2＋N2－ N4）10% 得 kg/h硫酸帶入水 =(198%)= kg/h洗滌硫銨用水量(扣除硫銨產(chǎn)品帶出水量)W4=6%= kg/h沖洗水量 Ws=100 kg/h則帶入飽和器總水量 Wt=W1+W2+W3+W4+WS =2339 kg/h 以上求得帶入飽和器的總水量應(yīng)均由煤氣帶走,則由飽和器出去的1Nm煤氣應(yīng)帶走水量為 kg/ Nm 相應(yīng)1 Nm煤氣中水汽體積為 Nm 故混合氣體中水汽所占體積百分比為 % MPa ,其絕對(duì)壓力為 MPa. 則 水蒸汽分壓為 %= 6MPa 飽和器內(nèi)母液適宜溫度可按最低溫度乘以偏離系數(shù)來(lái)確定,當(dāng)母液液面上水汽分壓PL與母液液面煤氣中水汽分壓Pg相平衡時(shí), 即 PL=Pg= ㎜H2O 取母液酸度為6%參考《化工工藝學(xué)》(礦大版)查圖可得: 飽和器母液溫度最底41℃,因?yàn)槟敢簝?nèi)水的蒸發(fā)還需要推動(dòng)力(△P=PLPg),還由于煤氣在飽和器中停留時(shí)間短,蒸汽兩相水汽分壓不可能得到平衡,所以實(shí)際上母液液面上的水蒸氣分壓應(yīng)為: PL=KPg 式中 K——平衡偏離系數(shù)(～)當(dāng)K=,PL== ㎜H2O 由圖93《化工工藝學(xué)》(礦大版) 知: 當(dāng)酸度為8%時(shí),適宜操作溫度52℃,實(shí)際生產(chǎn)中母液溫度一般在50～55℃. 本設(shè)計(jì)未考慮對(duì)吡啶的回收. 為確定是否需要向飽和器補(bǔ)充熱量和煤氣的預(yù)熱溫度須對(duì)飽和器進(jìn)行熱平衡計(jì)算. 飽和器熱平衡如下圖輸入方 輸出方飽 和 器循環(huán)母液帶入熱量反應(yīng)熱回流母液熱量洗滌水帶入母液硫酸帶入熱量氨汽帶入熱量煤氣帶入熱量煤氣帶出熱量結(jié)晶母液帶出熱量循環(huán)母液帶出熱量熱損失 輸入熱量煤氣帶入的飽和器的熱量煤氣帶入飽和器的熱量，由于煤氣帶入熱量，水汽帶入熱量和氨帶入熱量三部分組成。一般為45℃，回流母液量為硫銨產(chǎn)量的10倍，則=4510= KJ/h 式中 ——45℃時(shí)母液的比熱 KJ/(Kgs)將重量換算成線速度 V0=G/Pg=1) 在沸騰干燥器內(nèi)氣流實(shí)際操作速度,根據(jù)生產(chǎn)實(shí)踐,可取最底流態(tài)化速度V0的10倍,即 V=10V0=10= m/s2) 干燥器內(nèi)平均操作溫度及壓力下濕空氣體積計(jì)算如下干燥器處理負(fù)荷 24/25= kg/h原料含水量 = kg/h干燥器后殘留在硫銨中的水量為 = kg/h需蒸發(fā)水分為 = kg/h干燥器每處理1t硫銨(干基)需溫度50℃,相對(duì)濕度84%的干空氣1900 kg,則濕空氣體積為: = m3/h3) 所需干燥器沸騰床面積 F== ㎡根據(jù)《焦化設(shè)計(jì)參考資料》選用DN1740㎜定型沸騰干燥器一臺(tái),㎡ 進(jìn)煤氣預(yù)熱器內(nèi)煤氣氣量 Nm3/h 68435 進(jìn)煤氣預(yù)熱器內(nèi)煤氣溫度 ℃ 45 出煤氣預(yù)熱器內(nèi)煤氣溫度 ℃ 70 加熱蒸汽壓力(絕熱) MPa 加熱蒸汽溫度 ℃ 1201) 輸入熱量Q入a) 煤氣帶入熱量Q1Q干煤氣=6843545= kJ/h式中 ——干燥氣化熱kJ/(m3℃) ——92℃時(shí)水蒸汽的熱焓 kg/㎏回流液帶出熱量 q4= kJ/h冷卻水帶出熱量 q5(水溫由32℃到45℃)Q2=q3+q4+q5=+q5由Q1=Q2 ∴q5= kJ/h3) 所需換熱面積 氨氣 ℃ 102 → 98 水 ℃ 45 ← 32 △t ℃ 57 66由《煉焦化學(xué)品回收與加工》中取經(jīng)驗(yàn)值 K=300W/(㎡２）硫銨倉(cāng)庫(kù)應(yīng)布置在主廠房一側(cè)。６）滿流槽引起至儲(chǔ)槽的母液滿流管道，其管底應(yīng)高出地面２米以