【正文】 1 4 J / m o l? ? ? ? ? （ 11） 該反應(yīng)是不可逆放熱反應(yīng)，實(shí)際熱效應(yīng)與母液酸度和溫度有關(guān)，其值較上述反應(yīng)熱值約小 10%。 設(shè)計條件及要求 設(shè)計題目： 萬 m3/h 煉焦煤氣氨回收工藝設(shè)計； 設(shè)計任務(wù)：飽和器法回 收氨； 氨的產(chǎn)率 /% 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 工藝參數(shù)見表 所示： 表 設(shè)計工藝參數(shù) 項(xiàng)目 數(shù)值 焦?fàn)t干煤裝入量 /(t/h) 130 煤氣發(fā)生量 /[m3/t(干煤 )] 340 氨的產(chǎn)率 /% 初冷器后煤氣溫度 /℃ 30 5 剩余氨水量 /(t/h) 剩余氨水含氨量 /（ g/kg） 蒸氨塔廢水含氨量 /(g/l) 每蒸餾 1m3稀氨水用直接蒸氨汽量 /kg 200 分凝器后氨氣溫度 /℃ 98 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 硫酸質(zhì)量分?jǐn)?shù) /% 78 設(shè)計目標(biāo) 飽和器后煤氣含氨量 /(g/m3) 氨回收方法的確定 根據(jù)以上文獻(xiàn)綜述、設(shè)計條件及要求，結(jié)合半直接法、間接法和直接法的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)，我確定了利用半直接法即飽和器法生產(chǎn)硫酸銨的方法回收氨。鼓泡式飽和器后煤氣含氨一般小于 g/m3 。因有一定的噴射速度，故飽和器內(nèi)母液被不斷循環(huán)攪動，以改善結(jié) 晶過程。 回收氨的影響因素 回收氨過程中有很多的影響因素，會影響到硫酸銨結(jié)晶的顆粒大小，色澤好壞及潔凈情況。 8 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14母 液 酸 度 / %硫酸銨結(jié)晶平均直徑/mm母液酸度 /% 圖 母液酸度對結(jié)晶粒度的影響 但是，母液酸度也不宜過低。同時，由于晶體增長速度葉變快，故可將溶液的過飽和程度控制在較小范圍內(nèi)，減小了晶核生成。一般 母液液面上水蒸氣分壓相當(dāng)于煤氣中水蒸氣分壓的 ～ 倍，此值稱為偏離平衡系數(shù)，與此相適應(yīng)的母液溫度即為母液的適宜溫度。 鼓泡式飽和器用循環(huán)泵將滿流口排出的母液打入飽和器內(nèi)的噴射器從而實(shí) 10 0 102030405060708090雜質(zhì)含量/( mg /m L)增長速度/(um/h)現(xiàn)攪拌，母液循環(huán)量應(yīng)不小于鼓 泡式飽和器內(nèi)母液容積的 2～ 3 倍。在生產(chǎn)中必須采取措施，減少母液中的雜質(zhì)，從而才能得到色澤好、粒度大、晶型好的硫酸銨產(chǎn)品。提高離心機(jī)的洗水溫度，可以提高離心分離效率。 以上的物料平衡計算數(shù)據(jù)如表 所列： 表 物料平衡數(shù)據(jù)表 項(xiàng) 目 數(shù) 值 單位 硫酸銨產(chǎn)量 kg/h 硫酸消耗量 kg/h 氨損失率 % 帶入飽和器總水量 2497 kg/h 飽和器出口煤氣中水蒸氣分壓 kPa 母液最低溫度 ℃ 煤氣預(yù)熱溫度 T ℃ 熱量衡算 熱平衡以 0℃ 為基準(zhǔn)。 19 第 4 章 飽和器法回收氨的主設(shè)備計算 飽和器 飽和器用鋼板焊制，具有可拆卸的頂蓋和錐底，材質(zhì)最好采用耐酸不銹鋼，否則內(nèi)壁需襯以防酸層。 為了增大結(jié)晶的粒度，采用母液強(qiáng)化循環(huán)的方法。 ②煤氣進(jìn)口管直徑： 查閱文獻(xiàn) [15]得知公式： 11 u3600 Vd ??? ? （ 42） 式中 d1— 煤氣進(jìn)口管直徑 ， m； V— 煤氣 流量， m3/h； 取煤氣進(jìn)口速度為 u1=13m/s 則： 6 0 0 4 4 2 0 04d 1 ????? ③中央煤氣管直徑： 查閱文獻(xiàn) [15]得知計算公式： 212 u3600 4Vd ??? ? （ 41） 式中 d2— 中央煤氣 管直徑 ， m； V1— 預(yù)熱后 煤氣實(shí)際體積 ， m3/h 中央煤氣管道內(nèi)煤氣流速為 u2= 則： 4503414d 2 ????? ④飽和器后煤氣的實(shí)際體積 V2： 2 31 0 1 . 3 3 2 7 3 6 0V 4 4 2 0 0 1 . 3 4 8 5 5 0 3 4 m1 0 1 . 3 3 1 7 . 2 7 5 . 5 2 7 3 5 0? ?? ? ? ?? ? ? 式中 — 1 m3 煤氣（標(biāo)態(tài)）在 50℃ 為水蒸氣飽和后的體積 。 1煤氣入口； 2煤氣出口； 3放散口； 4酸液出口； 5人孔 圖 旋風(fēng)除酸器 ①除酸器煤氣進(jìn)口尺寸： 取進(jìn)口煤氣速度為 27m/s，則煤氣進(jìn)口截面積為： 255034F 0 .5 6 6 m3 6 0 0 2 7??? 煤氣進(jìn)口長為 b 對短邊之比為 2，則 22Fa? ，將 F 值代入得： F 0 .5 6 6a 0 .5 3 2 m22b 2 0 .5 3 2 1 .0 6 4 m???? ? ? ②進(jìn)口管直徑： 圖 5. 1 旋風(fēng)除酸器 1 煤 氣入口；2 煤氣出口；3 放散口；4 酸液出口；5 入孔煤氣煤氣酸液 24 進(jìn)口的、管的煤氣速度可取 4～ 8m/s，現(xiàn)取 8m/s 則出口管內(nèi)徑為： 1 55034D 84????? 出口管外徑為： 1D 1 . 5 6 0 . 0 8 2 0 . 0 0 5 2 1 . 7 3 m? ? ? ? ? ?? 式中 — 壁厚 mm ； — 防腐層厚度 mm ③除酸器的內(nèi)徑： 除酸器環(huán)形空間寬度與煤氣進(jìn)口寬度相等，則除酸器的內(nèi) 徑為： 2D 1 .7 3 0 .5 3 2 2 .7 9 m? ? ? ? ④出口管在器內(nèi)部分的高度： 取煤氣在環(huán)形空間的平均旋轉(zhuǎn)速度為煤氣進(jìn)口速度的 57 ，則得： m 52 7 1 9 . 3 m / s7u ? ? ? 煤氣中酸霧最小顆粒的直徑取 16 m? ，為將其捕集，煤氣在酸內(nèi)流過的長度為： m t 1 9 . 3 0 . 9 4 5 1 8 . 2 mLu ? ? ? ?? 式中 —— 霧酸顆粒直徑為 16 m? 時在環(huán)形空間停留時間 則煤氣在器內(nèi)的回轉(zhuǎn)周數(shù)為： npLn D 1 8 . 2 2 . 6 61 . 5 6 2 . 7 93 . 1 4 2? ?? ? ??? 當(dāng)煤氣通路寬為 ， mu 為 20m/s 時，則煤氣通路的高度為： 55034 1 .5 8 m3 6 0 0 0 .5 2 1 9 .3h ???? 出口管在器內(nèi)部的高度為： H h n 1 . 5 8 2 . 6 6 4 . 2 m? ? ? ? ? 干燥器 干燥器的作用是將離心機(jī)出來的含水質(zhì)量約 2%的硫酸銨水分降至 %以下，以防結(jié)塊，給包裝和施肥帶來困難。所蒸發(fā)的水分的水分混同空氣進(jìn)入上部擴(kuò)大部分后減速，以減少所夾帶的細(xì)粒結(jié)晶，再由抽風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)旋風(fēng)分離，將細(xì)粒結(jié)晶回收，濕空 氣排入大氣。 s? 固體密度， 3kg/m 。單位面積每小時可處理 1000 m3 煤氣，加熱面積為 3 m2。 結(jié)晶槽 結(jié)晶槽的作用是對含有硫酸銨的母液進(jìn)行水力選 粒。 1環(huán)形件； 2供料管； 3漏斗； 4溢流管； 5出料口 圖 結(jié)晶槽 圖6 .1 結(jié)晶槽1環(huán) 形件；2 供 料管；3漏 斗；4溢 流管；5 出 口晶漿 31 結(jié) 論 本設(shè)計采用的硫酸回收氨生成硫酸銨工藝是化學(xué)吸收，其反應(yīng)速率快，反應(yīng)不可逆，故用該方法回收氨效果較好。并且通過結(jié)晶分離所得的硫酸銨晶體，顆粒較大，含雜質(zhì)較少，可作為肥料使用，也可以作為生產(chǎn)其他肥料的原料加以利用。此方法工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低，在國內(nèi)焦化廠已得到廣泛應(yīng)用。含有結(jié)晶的懸浮液沿供料管進(jìn)入，從漏斗折回，上升到選粒截面。因?yàn)榱蛩徜@晶漿酸性強(qiáng)，離心機(jī)與硫酸銨晶漿接觸的各種零部件均用不 銹鋼耐酸鋼制成 。 干燥器直徑的確定 干燥器內(nèi)徑氣流實(shí)際操作速度： 1 1 0 0 .1 5 7 1 .5 7 m / sv 1 0 V ? ? ??? 干燥器內(nèi)平均操作溫度及壓力下的濕空氣體積：按設(shè)計定額，干燥器每處理1t 硫酸銨（干基）需溫度為 10℃ ，相對濕度為 84%的空氣 1911kg。干燥器的主要尺寸按流態(tài)化原理在密相流化床上的應(yīng)用加以確定，計算數(shù)據(jù)見表 。風(fēng)帽數(shù)量因設(shè)備大小而異，需能保持熱風(fēng)均勻噴出并形成良好的沸騰狀態(tài)。 . 22 硫酸1氨氣煤氣煤氣23母液結(jié)晶母液回流母液循環(huán)母液4 1攪拌噴射器 ； 2泡沸傘 ； 3滿流口 ； 4人孔 圖 飽和器 除酸器 除酸器的作用是捕集飽和器后煤氣中夾帶的酸滴。泡沸傘煤氣出口速度 7～ 8m/s。泡沸傘浸入母液深層（或稱浸沒深度）是指泡沸傘煤氣出口上緣至飽和器滿流口下緣的垂直距離。 結(jié)晶槽回流母液帶入熱量5Q 取回流母液溫度 45℃ ，母液量為硫酸銨的產(chǎn)量的 10 倍， 則 : 5 1 4 7 8 . 3 6 1 0 2 . 6 7 6 4 5 1 7 8 0 2 4 1 k J / hQ ? ? ? ? ? 式中 — 母液的比熱容， ? ?kJ/ kg k? 16 循環(huán)母液帶入熱量6Q 取循環(huán)母液溫度為 50℃ ，母液量為硫酸銨產(chǎn)量的 60 倍 則 : 6 1 4 7 8 . 3 6 6 0 2 . 6 7 6 5 0 1 1 8 6 8 2 7 4 k J / hQ ? ? ? ? ? 式中 — 母液的比熱容， ? ?kJ/ kg k? 化學(xué)反應(yīng)熱7Q 這部分熱量包括硫酸稀釋熱氨與硫酸的反應(yīng)熱、硫酸銨結(jié)晶熱的總和。 離心機(jī)吸水量（對硫酸銨質(zhì)量的影響） /% 1游離酸； 2水分 圖 離心分離和水洗效果對產(chǎn)品的游離酸和水分含量的影響 12 第 3 章 物料衡算和熱量衡算 通過氨平衡計算可以確定硫酸用量和硫酸銨產(chǎn)量；通過水平衡計算可以確定飽和器母液的適宜溫度；通過熱量平衡計算