【正文】 工藝不同而異。 溫度 /℃ 1母液的酸度為 4% 2母液酸度為 8% 圖 酸度 4%和 8%的母液溫度與母液液面 上水蒸氣壓的關(guān)系曲線 適宜的母液溫度是保持在保證母液不被稀釋的條件下，采用較低的操作溫度，并使其保持穩(wěn)定均勻。查閱文獻 [10,11]可知 ,一般鼓泡型飽和器晶比控制在 40%～ 50%,在離心機停車時，晶比也不宜小于 20%。 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。泡沸傘煤氣出口速度 7～ 8m/s。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)。 干燥器直徑的確定 干燥器內(nèi)徑氣流實際操作速度： 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。含有結(jié)晶的懸浮液沿供料管進入，從漏斗折回，上升到選粒截面。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。 結(jié)晶槽 結(jié)晶槽的作用是對含有硫酸銨的母液進行水力選 粒。 s? 固體密度， 3kg/m 。 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除酸器煤氣進口尺寸： 取進口煤氣速度為 27m/s，則煤氣進口截面積為： 255034F 0 .5 6 6 m3 6 0 0 2 7??? 煤氣進口長為 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。 為了增大結(jié)晶的粒度，采用母液強化循環(huán)的方法。 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 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)。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。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。 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。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。 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)點和缺點，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。由于處于負(fù)壓狀態(tài)下的設(shè)備太多，要求設(shè)備性能好，在生產(chǎn)上不夠安全，工業(yè)生產(chǎn)上暫未被采用。煤在煉焦時，除有 75%左右變成焦炭外，還有 25%左右生成多種化學(xué)產(chǎn)品及煤氣。上述這些都是現(xiàn)代焦化生產(chǎn)遇到困難。此法工藝過程簡單，生產(chǎn)成本低，在國內(nèi)焦化廠已得到廣泛應(yīng)用。查閱文獻 [4]得知，如氨與酸度為 %的硫酸銨飽和母液相互作用是，其反 應(yīng)熱效應(yīng)如表 所示： 表 氨與母液反應(yīng)熱效應(yīng) 溫度 /℃ 硫酸銨熱效應(yīng) /（ J/mol） 240883 245878 249208 用適量的硫酸與氨進行反應(yīng)時，生成的是中式鹽，當(dāng)硫酸過量時，則生成酸式鹽： 3 2 4 4 4N H H S O N H H S O , H 1 6 5 0 1 7 J / m o l? ? ? ? ? （ 12） 隨溶液吸氨量增加，酸式鹽又可轉(zhuǎn)變?yōu)橹惺禁}， 4 4 3 4 4N H H S O N H ( N H ) S O?? （ 13） 溶液中酸式鹽和中式鹽的比例取決于母液中游離硫酸的含量，這種含量以質(zhì)量分?jǐn)?shù)表示，稱之為酸度。 飽和器母液中不斷有硫酸銨生成，在硫酸銨含量高于其溶解度時，就析出結(jié)晶，并沉淀于飽和器底部。因此要對這些影響因素有所了解。但是溫度也不易過高，溫度過高時，雖然因母液黏 度降低而增加了硫酸銨分子向晶體表面的擴散速率，有利于晶體長大，但也易因溫度波動而形成局部過飽和程度過高現(xiàn)象，促使大量晶核形成。 查閱文獻 [9]可知，幾種方法的母液循環(huán)量見表 所示 ： 表 幾種方法的母液循環(huán) 指標(biāo) 鼓泡型飽和器 噴淋式飽和器 酸洗塔 對煤氣的液器比 3/(l/m) 2～ 15 6 對結(jié)晶系統(tǒng)的循環(huán)量 /結(jié)晶抽出（或供給）量 約 8 145 雜質(zhì) 母液中的雜質(zhì)不僅影響硫酸銨晶體的生長和晶型，而且還使在單位時間內(nèi)晶體體積總增長量小于同一時間內(nèi)，在飽和器中形成的硫酸銨量，引起母液的過飽和程 度增加，這不僅使硫酸銨晶體強度降低，同時還會形成大量針狀晶核，迅速充滿溶液中，破壞正常操作。用熱 水洗滌能更好地從結(jié)晶表面去油類雜質(zhì)，并能防止離心機篩網(wǎng)被細(xì)小油珠堵塞。查閱文獻 [14,15]得知，防酸層可用石油瀝青、油氈紙，耐酸瓷磚等要求砌襯。 ⑤飽和器直徑 d3： 取飽和器的內(nèi)環(huán)截面上煤氣流速為 m/s， 則環(huán)形面積為： 255034 1 9 .11m3 6 0 0 0 .8 ?? 飽和器的總截面積為： ? ? 2 2S 4 = 20 .97419 .1 1 m???π 則飽和器的直徑為：1D 4 20 .9 7 m? ?? π ⑥飽和器的高度： 查閱文獻 [15]可知，煤氣在飽和器內(nèi)的停留時間大約為 10s 21 飽和器內(nèi)的煤氣體積為： 355034V 1 0 1 5 2 .8 7m3600? ? ?；1 V 1 5 2 .8 7H 7 .2 9 mS 2 0 .9 7? ? ? 飽和器內(nèi)的母液高度始終保持的高度： ?H 飽和器的總高度為： 1 2H H H 7 .2 9 0 .5 7 .7 9 m?? ? ? ? ⑦飽和器的壁厚 d? ： 設(shè)計壁厚 d? 查閱文獻 [16,17]按以下公式 計算：采用單面對接焊縫 100%探傷?? ? ?cid2t cPD c2P? ????? （ 43） 則 d? ? ?? ? 3 317 .27 50 00 10 42 11 3 17 .27 10 3 m m??? ? ?? ? ? ?? 考慮鋼板厚度負(fù)偏差及沖壓 減薄量，圓整后取 n 5mm? ? 厚的 235QA? 鋼板作封頭，