【正文】 設(shè)計(jì)取500㎜H2O2) 在70℃,壓力為500㎜H2O(負(fù)壓)下,抽風(fēng)機(jī)入口流量為= m3/h3) 實(shí)際條件下風(fēng)壓實(shí)際條件下密度為 ρ==㎏/m3HT=500㎜H2O= Pa根據(jù)以上計(jì)算,選用9— 型離心通風(fēng)機(jī),全壓872㎜H2O 流量6978 m3/h,附電機(jī)型號(hào) Y200L1—21) 計(jì)算風(fēng)壓選用沸騰干燥器的熱風(fēng)進(jìn)口,通風(fēng)機(jī)的入口外側(cè)為參考面,通風(fēng)機(jī)入口外側(cè)壓力 P1=3950 Pa(表壓) μ1= m/s Z1=5 m熱風(fēng)進(jìn)口 P2=0 Pa(表壓) μ2=0 m/s Z2=0 m∵(P2P1)/P2=(101325+3950101325)/101325=%﹤20%∴可用ρm=〔273(273+140)+〕/2=㎏/m3根據(jù)佰努力方程式可得 ρm gZ1+ρmμ1/2+P1+T=ρm Gz2+ρmμ2/2+P2+ρm∑hf代入已知條件 T=ρm Gz1+ρmμ1/2+P1+ρm∑hf其中ρm∑hf為管道及管體阻力和煤氣燃燒管阻力之和,根據(jù)實(shí)際情況定為 3500 PaT=5++3950+3500= PaT=2) 計(jì)算風(fēng)量=4890 m3/h根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果,選擇風(fēng)機(jī)型號(hào)為9—,全風(fēng)壓為936㎜H2O,流量5475 m3/h,附電機(jī)型號(hào)Y200L1—2 按硫銨工段定額取每小時(shí)生產(chǎn)1噸硫銨需結(jié)晶槽容積2～3 m3, m3. 則V=24/15= m3 根據(jù)《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》選用90176。k) ——1Nm3煤氣中含苯族烴的量 kg/m3Q氨=459..8645= kJ/h∴Q入= Q干煤氣+ Q水蒸汽+ QH2S+Q苯族烴+ Q氨 = =X熱蒸汽放出熱量為:Q2 Q出=Q1+Q2=X+Q22) 輸出熱量 Q出a) 煤氣帶出熱量 干煤氣=6843570= KJ/h 水蒸氣=(+70)= KJ/h H2S=6843570= KJ/h 苯族烴=6843570= KJ/h 氨=70= KJ/h1=干煤氣+水蒸氣+H2S +苯族烴+氨 = KJ/hb) 散熱損失熱量一般取散熱器損失熱量為換熱器熱量的5%左右,即2= Q2換熱器的熱量即為飽和水蒸氣放出的熱量,即 Q出=1+2=+ Q2 令Q出=Q入 即 10521298+Q2=+ Q2 ∴Q2= KJ/h ∴水蒸氣的耗量: = ㎏/h 式中 ——飽和水蒸氣冷凝潛熱 KJ/㎏c) 預(yù)熱器造型平均溫度: t=(47+70)/2= ℃進(jìn)預(yù)熱器時(shí)煤氣壓力取 2000 ㎜H2O(表壓)出預(yù)熱器時(shí)煤氣壓力取 1800 ㎜H2O(表壓)則平均壓力為:1900 ㎜H2O(表壓)而實(shí)際條件下,煤氣流量為: = Nm3 式中 433——30℃是水蒸氣分壓 ㎜H2O 按設(shè)計(jì)要求,每小時(shí)處理1000Nm3煤氣需加熱面積3 m3,則需加熱面積為: F=3/1000= ㎡ 由于計(jì)算假設(shè)出煤氣預(yù)熱器煤氣溫度為70℃,而實(shí)際生產(chǎn)中只要加熱到60～70℃℃之間即可. ∴根據(jù)《焦化設(shè)計(jì)參考資料》可選用 F=202 ㎡的換熱器其參數(shù)如下: 直徑 2020 ㎜ 長(zhǎng)2110 ㎜ 加熱管直徑厚度 ㎜3㎜ 加熱管長(zhǎng)度管數(shù) 2110㎜611 煤氣流通截面積 ㎡ 保溫面積 ㎡ 蒸氨塔的計(jì)算1) 基本數(shù)據(jù)的確定原始數(shù)據(jù)：進(jìn)料溫度 50℃ 分凝器后產(chǎn)品濃度 10% 塔頂溫度 102℃ 塔頂壓力 塔底溫度105℃ 塔底壓力 回流溫度90℃ 進(jìn)料量 廢水濃度 進(jìn)料量F及濃度XF F= t/h XF=100%=%參考《煉焦化學(xué)品回收與加工》附表5，得氨水在水溶液里及液面上蒸汽內(nèi)的含量為Y1=%2) 氨分縮器后成品氨氣溫度的確定XD=10%,設(shè)在蒸氨塔里的氨回收率為99%,則氨為: 99%10/1000≈氨氣混合物 D=247。mol的硫銨但是結(jié)晶熱為10886 KJ/h） KJ/h3. 硫酸的稀釋熱（100% KJ/Kg則煤氣帶入飽和器的總熱量為= ＋ ＋=＋＋ ＋= ＋氨汽帶入的熱量 氨汽帶入的熱量由氨帶入的熱量和水汽帶入的熱量?jī)刹糠纸M成。l一般情況下，為使飽和器后煤氣含氨量小于３０ＭＧ／標(biāo)Ｍ３，泡沸傘的侵沒(méi)深度不應(yīng)小于２００ＭＭ。洗滌器下層經(jīng)中和的焦油放入焦油槽，并用液下泵送往冷凝工段的機(jī)械化澄清槽，分離槽在中上層的氨水則放人母液儲(chǔ)槽中。沉積在結(jié)晶槽底部的硫銨晶體送到離心機(jī)內(nèi)離心分離，濾除母液，并用熱水洗滌晶體，以減少晶體表面上的游離酸和雜質(zhì)?！　。矗嚢鑼?duì)結(jié)晶的影響　　由結(jié)晶理論可知晶核的成長(zhǎng)是基于晶核界面上的濃度差，使溶液中溶質(zhì)分子擴(kuò)散到晶核表面上，由于晶核表面常有液膜生成，溶質(zhì)分子不易擴(kuò)散到晶核表面?！　∫话闱闆r下，母液酸度維持在４％～６％比較合適。為了蒸發(fā)飽和器的多余水分，保持飽和器內(nèi)的水平衡以防止母液被稀釋。過(guò)飽和度急劇降低時(shí)，則生成新晶核的速度小，而晶核成長(zhǎng)速度大， 過(guò)飽和度大，則反之。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。　　濃硫酸具有含雜質(zhì)少，帶人飽和器的水分也少，且加入飽和器有較高的稀釋熱。但是，從生產(chǎn)的操作來(lái)看，母液的酸度過(guò)低也是不允許的。母液內(nèi)晶體的生長(zhǎng)速度隨著溫度的提高而顯著增大。 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。所以硫酸銨仍是目前焦化廠生產(chǎn)的主要產(chǎn)品之一。 ?。ǎ保┘儜B(tài)硫酸氨為無(wú)色長(zhǎng)棱形結(jié)晶體，工業(yè)為白色或淺灰色黃色晶體顆粒，／Ｍ３。由于這方法需要的設(shè)備龐大，投資大，消耗掉大量的蒸汽，耗能大，經(jīng)濟(jì)效果也不好。由于煤炭的自身組成特殊性，在煉焦同時(shí)產(chǎn)生的煤氣中，含有多種可供回收利用的成分，其中氨作為生產(chǎn)過(guò)程中的有害成分之一，其含量雖少但由于其水溶液具有腐蝕設(shè)備和管路，生成的銨鹽會(huì)引起堵塞，燃燒產(chǎn)生的氮氨化物污染大氣，所以有必要將其回收，并加以利用。設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)一、設(shè)計(jì)任務(wù) 為年產(chǎn)80萬(wàn)噸冶金焦的焦化廠設(shè)立硫銨工段。 高溫?zé)捊够瘜W(xué)工業(yè)是煤炭的綜合利用中歷史最久，工業(yè)最完善，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。 間接法 煤氣中的氨在氨洗塔中用冷水吸收，所得氨水從蒸餾柱進(jìn)入飽和器同濃硫酸反應(yīng)制成硫酸銨。本設(shè)計(jì)選擇半直接法。國(guó)外除趨向于用沸薩姆法生產(chǎn)無(wú)水氨外，還有許多焦化廠用飽和器法或酸洗法生產(chǎn)硫酸銨。但酸式鹽比正鹽更容易溶于水和稀硫酸，因此，在溶解度達(dá)到極限時(shí)，在飽和器的酸度范圍內(nèi)從溶液中首先析出的是（NH4）2SO4，而則次出或不出。傳質(zhì)速率是由硫銨分子從晶體表面上移走晶體熱的速率所決定的，而在飽和器內(nèi)充分?jǐn)嚢枋故鼓敢菏艿匠浞值幕旌希蕴岣邆髻|(zhì)速率，同時(shí)還可以使飽和器內(nèi)的母液的酸度和溫度均勻，且使洗粒晶體的母液中呈懸浮狀態(tài)和延長(zhǎng)其在母液中的停留時(shí)間，均有利于結(jié)晶長(zhǎng)大。可見(jiàn)，硫銨晶體的平均粒度是隨著母液酸度的提高而減少的?！　【杰囬g的再生酸對(duì)鋼材有著強(qiáng)烈的腐蝕作用，其中有的焦油酸和磺酸，在硫銨結(jié)晶時(shí)嚴(yán)重污染環(huán)境，因此應(yīng)于新酸混合均勻使用。反之，則得到大粒結(jié)晶。為了控制晶體數(shù)目和大小，可在結(jié)晶前，溶液中加入晶種，降低晶核形成所需的過(guò)飽和度。飽和器中的水分是由煤氣、氨氣和硫酸帶人的。母液酸度與硫銨結(jié)晶的顆粒大小的關(guān)系如圖１３。這不僅會(huì)使晶體形狀發(fā)生變化，降低強(qiáng)度，同時(shí)還會(huì)形成大量的針狀晶核，很快充滿溶液的全部體積，因而破壞了正常操作，因此在硫銨生產(chǎn)工藝上，必須采取有效措施，減少母液中的雜質(zhì)，才能生成晶形較好、粒度較大的硫銨晶體。用結(jié)晶泵將晶體連同一部分母液送至結(jié)晶槽。在洗滌器內(nèi)用來(lái)自蒸氨塔前的剩余氨水進(jìn)行洗滌，然后靜止分離。　　泡沸傘的侵沒(méi)深度是指泡沸傘煤氣煤氣出口上緣至飽和器滿流口下緣的垂直距離。選用TJL4350D型搗鼓焦?fàn)t 263孔的，主要尺寸如下：炭化室有效容積全長(zhǎng)有效長(zhǎng)全高有效高平均寬錐度結(jié)焦時(shí)間 m31408013280430041005001024 h式中 36524——全年工作時(shí)間n——每個(gè)焦?fàn)t組的焦?fàn)t個(gè)數(shù)N——每座焦?fàn)t的炭化室個(gè)數(shù)h——炭化室的有效裝煤高度 ml——炭化室的有效裝煤長(zhǎng)度 mb——炭化室的有效裝煤寬度 m——裝煤煤干基堆密度 t(干煤)/～,本設(shè)計(jì)取1 T——運(yùn)轉(zhuǎn)周期 取設(shè)計(jì)結(jié)焦時(shí)間24 hK——干煤全焦率，% 本設(shè)計(jì)取71%k——考慮到炭化室檢修等原因的減產(chǎn)系數(shù)，取95%——全焦含水量（取6%）%單孔有效容積 hK)煤氣中所含的苯族烴，硫化氫及其它組成所帶入的熱量，可忽略不計(jì)，至于吡啶堿類，當(dāng)吡啶裝置未生產(chǎn)時(shí)，在飽和器中被吸收的量極少，也不予考慮。mol的硫酸的中和熱為195533 KJ/h） KJ/h2. 硫銨的結(jié)晶熱 （1 Kgk) ——1Nm3煤氣含H2S的量 kg/m3Q苯族烴=6843545= kJ/h式中 ——0～80℃苯族烴平均比熱 kJ/(㎏℃)由Qc=Qh 即 =25310(105t) 可得 t=℃熱流體 ℃ 108 → 冷流體 ℃ 50 ← 30△t ℃ 55 △tm==℃ 擬用螺旋板式換熱器,取其傳熱系數(shù)經(jīng)驗(yàn)值為 600W/㎡１）飽和器中心與操作室外墻之距離，宜按下列數(shù)據(jù)：　?。模危叮玻担帮柡推鞑恍∮冢保裁?，ＤＮ４５００、ＤＮ３０００飽和器，當(dāng)進(jìn)出煤氣總管位于同側(cè)，靠近操作室的一側(cè)無(wú)煤氣管道時(shí)，不小于７米，位于異側(cè)時(shí)不小于１０米。９）酸泵應(yīng)組成集中布置，酸泵周圍應(yīng)有高度不小于２００ＭＭ的耐酸圍墻和集液坑。２）氨汽分凝器宜在露太平臺(tái)上，設(shè)備兩側(cè)應(yīng)留有檢修地，氨汽分凝器安裝高度應(yīng)保證回流能自流入蒸氨塔。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?！　★柡推鲀?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，