【正文】 母液溫度過(guò)高時(shí)，硫銨在母液中的溶解度很大，當(dāng)溫度波動(dòng)時(shí)，造成局部過(guò)飽和現(xiàn)象，促使大量晶核形成，這樣就得不到大顆粒晶體。飽和器中的水分是由煤氣、氨氣和硫酸帶人的。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。一般要求進(jìn)入飽和器的煤氣必須預(yù)熱到６０ ７０度。而飽和器母液應(yīng)該在保證不 被稀釋的條件下，保證較低的操作溫度，以５０～５５度為宜。 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，母液液面上的水汽分壓一般為煤氣６中的水汽分壓的１ .３～１ .５倍，與此相應(yīng)的母液溫度即為母液的適宜溫度。母液酸度、溫度與母液液面上的水蒸氣的關(guān)系見(jiàn)圖１ ２。提高母液的酸度和其中硫銨的含量以及降低母液的溫度都會(huì)降低母液上的水蒸氣分壓。 ２）酸度的影響 母液酸度對(duì)硫銨結(jié)晶影響較大，酸度過(guò)大使溶解在母液中的硫銨數(shù)量增加，難以 獲得大顆粒結(jié)晶，反之，則可能使氨和吡啶的吸收不完全。母液酸中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁(yè) 度與硫銨結(jié)晶的顆粒大小的關(guān)系如圖１ ３。 一般情況下，母液酸度維持在４％～６％比較合適。為保持酸度穩(wěn)定，可采用飽和器連續(xù)加酸制度，同時(shí)用水和蒸氣沖洗，以消除飽和器內(nèi)沉積的結(jié)晶。采取中加酸時(shí)母液酸度為１２％～１４％，大加酸時(shí)為１８％～２２％。 ３）雜質(zhì)的影響 在純凈的母液中，硫銨結(jié)晶的生長(zhǎng)速度最快。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。 如圖 23所示 ，母液中含有的金屬離子不同，硫銨晶體的晶形也不同，純凈的母液形成的晶形是扁六方形棱面和錐面 復(fù)合組成的，強(qiáng)度較高，當(dāng)母液中含有ＡＬ和ＦＥ時(shí)，則生成細(xì)長(zhǎng)片狀的晶體，在生產(chǎn)中這種晶體會(huì)被大量粉碎，導(dǎo)致硫銨粒度大為減少。 另外，雜質(zhì)不僅影響晶體的成長(zhǎng)和晶形，而且還由于在單位時(shí)間內(nèi)晶體體積的總增長(zhǎng)量小于同時(shí)間內(nèi)在飽和器中形成的硫銨量，因而使母液的過(guò)飽和程度增加。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。 ４）攪拌對(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。同時(shí)，有了外加的攪拌，還可以減少飽和器內(nèi)部各部位溫度和濃度不均勻的程度，易于增大硫銨分子的顆粒，加大母液循環(huán)也有利于制取大顆粒的硫銨結(jié)晶。 ５）結(jié)晶濃度的影響 母液中的結(jié)晶濃度是指母液中所含結(jié)晶的體積對(duì)母液與結(jié)晶總體積的百分比。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％。 二、飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝流程 來(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３０ mg/標(biāo) m3。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁(yè) 飽和器母液中不斷有硫酸氨生成，當(dāng)其呈飽和狀態(tài)時(shí)，就析出硫銨晶體，沉積至飽和器底部。因此，飽和器還起著結(jié)晶設(shè)備的作用。用結(jié)晶泵將晶體連同一部分母液 送至結(jié)晶槽。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)。分離出來(lái)的母液返回飽和器。離心機(jī)卸出的硫銨晶體經(jīng)干燥后既為產(chǎn)品。 飽和器溢出的母液不斷通過(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。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。而在兩次大量加酸之間的正常生產(chǎn)過(guò)程中，再將儲(chǔ)存的母液用母液泵打回飽和器中。 在飽和器內(nèi)生產(chǎn)的酸焦油可用氨水中和法回收，由滿流槽溢出來(lái)的酸焦油和母液進(jìn) 入分離槽，在此再壓入酸焦油洗滌器。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。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。 此法的優(yōu)點(diǎn)是能回收焦油，其缺點(diǎn)是氨水帶人母液系統(tǒng)的雜質(zhì)影響硫銨的質(zhì)量。 ３ .飽和器法生產(chǎn)硫銨工藝流程及主要設(shè)備 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。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。 由上述反應(yīng)方程式可以看出產(chǎn)品硫銨既存在著正鹽又存在著酸式鹽，它們分別以各自的形式存在于生產(chǎn)硫銨的溶液中，而溶液中酸式鹽還是正鹽各自所占的比主要由溶液的酸度 決定，溶液的酸度可以用加入硫酸的數(shù)量多少來(lái)調(diào)節(jié)。在飽和器內(nèi)的酸度控制在 12%時(shí)，生成的硫銨產(chǎn)品主要為正鹽當(dāng)酸度升高時(shí)，隨酸度的提高而酸式鹽含量則提高，飽和器內(nèi)酸度控制（指母液的酸度）在 48%時(shí)飽和器和母液中同時(shí)存在著正鹽又存在著酸式鹽。但酸式中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) 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。 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。通常兩個(gè) 過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的。即在一定的條件下結(jié)晶，若晶核形成的速率大于晶體成長(zhǎng)的速率，得到的是小粒結(jié)晶。反之，則得到大粒結(jié)晶。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。由于飽和器內(nèi)氨和硫銨不斷的反應(yīng)生成硫銨，當(dāng)硫銨與硫酸達(dá)到一定的過(guò)飽和程度時(shí)，即形成晶核。晶核的成長(zhǎng)速度和溶液的潔凈程度，溶液的酸度以溶質(zhì)由液相向固相的傳質(zhì)速率有關(guān)，在純凈的母液中，硫銨晶體的生長(zhǎng)速度最快，母液中的可溶性雜質(zhì)對(duì)結(jié)晶的成長(zhǎng)速度和晶核均有不利的影響。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?，以提高傳質(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。母液內(nèi)晶體的生長(zhǎng)速度隨著溫度的提高而顯著增大。由于晶體各棱面的平均生長(zhǎng)速度比晶體沿生長(zhǎng)長(zhǎng)向速度增長(zhǎng)的速度較快，溫度的提高還有助于降低晶體的長(zhǎng)寬比和形成較好的晶形。同時(shí)，由于體積生長(zhǎng)的速度隨結(jié)晶的溫度的提高有很大的增長(zhǎng)，因而在適當(dāng)?shù)奶岣邷囟鹊那闆r下，可把溶液的過(guò)飽和程度控制在教小的范圍內(nèi)，從而大大減少針形晶核的形成，但是不是把 溫度提高的太高，否則會(huì)適得其反，飽和器母液的酸度對(duì)硫銨結(jié)晶的成長(zhǎng)也有一定的影響。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。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。同時(shí)，隨著酸度的提高，母液的黏度將增大。因而增加了硫銨分子向晶體表面擴(kuò)散的阻力，阻礙了晶體正常的生長(zhǎng)?？梢?jiàn)，硫銨晶體的平均粒度是隨著母液酸度的提高而減少的。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。這是因?yàn)槌耸拱焙瓦拎の詹煌耆?，還同時(shí)易使飽和器堵塞，此外，當(dāng)酸度低于%時(shí)，因母液比重的下降，還易于使泡沫產(chǎn)生，導(dǎo)致操作條件惡化。 一、原料來(lái)源 進(jìn)入硫銨工段的原料有煤氣，剩余氨水和硫酸，其中煤氣來(lái)自于冷凝鼓風(fēng)工段，剩余氨水來(lái)自于溶劑脫酚工段，硫酸來(lái)自酸堿庫(kù)。 二、硫酸的選擇 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁(yè) 焦化生產(chǎn)硫銨一般采用 : １ .濃度為 7578%的塔式酸； ２ .濃度為 9398%的接觸法硫酸； ３ .少量使用精苯的再生酸摻入到新酸中 。 其中塔式酸一般含有鉛、砷及氮的氧化物等雜質(zhì)。氮的氧化物在操作過(guò)程中會(huì)轉(zhuǎn)入煤氣中，其他雜質(zhì)會(huì)影響硫銨的晶體和顏色，同時(shí)不利于獲得大顆粒的結(jié)晶。此外，還會(huì)使飽和器的母液生成泡沫影響安全生產(chǎn)。 精苯車間的再生酸對(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。 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。因此可減少煤氣預(yù)熱器的負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。但濃硫酸價(jià)高，且冬季易凍，還會(huì)使煤氣中的不飽和組分聚合，影響產(chǎn)品的質(zhì)量。 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。 1)預(yù)熱器后煤氣溫度 6070度 2)飽和器后煤氣溫度 5565度 3)飽和器內(nèi)母液溫度 5055度 4)預(yù)熱器內(nèi)煤氣阻力 500PA 5)飽和器內(nèi)煤氣阻力 5000PA 6)除酸器內(nèi)煤氣阻力 1000PA 7)飽和 器 后煤氣含氮 =8)空氣預(yù)熱器后溫度 130140度 9)質(zhì)量指標(biāo) (二級(jí)品 ) 含 N(干基 ) 游離酸 水 10)蒸氨塔頂溫度 101103度 11)分縮器后氨氣溫度 9798度 12)廢水冷卻器后廢水溫度 4045度 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁(yè) 13)廢水含量 主要設(shè)備硫銨工段的主要設(shè)備 硫銨工段的主要設(shè)備有煤氣預(yù)熱器、飽和器、離心機(jī)、干燥機(jī)、除酸器等。而其中飽和器是該工段的主要設(shè)備。 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。此外，飽和器頂蓋內(nèi)表面及中央煤氣管的外表面，由于經(jīng)常與酸霧接觸，均需焊鉛扳襯層，近年來(lái)，采用環(huán)氧玻璃鋼襯飽和器頂蓋的內(nèi)表面及中央煤氣管表面，也取得了良好的效果。 在中央煤氣管下端裝有煤氣泡沸傘，沿泡沸傘整個(gè)圓周，焊有一定數(shù)量的彎成一定弧度的導(dǎo)向葉片，構(gòu)成了２８?jìng)€(gè)弧形通道，煤氣均勻的分布，并泡沸穿過(guò)母液，同時(shí)還促使飽和器中的上層母液劇烈地旋轉(zhuǎn)，從而使母液中的硫酸銨晶體保持一定的懸浮狀態(tài)，這對(duì)于晶體的長(zhǎng)大是有利的。 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。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。煤氣通過(guò)飽和器的阻力主要有侵沒(méi)深度所決定。為了減少阻力，煤氣通過(guò)泡沸傘鼓泡處的速度取７ ８Ｍ／Ｓ。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。近幾年來(lái)，有用石棉酚酞玻璃鋼制作的。較經(jīng)濟(jì)耐用。 當(dāng)回收氨與吡啶同時(shí)進(jìn)行時(shí)，由于硫酸吸收氨的反應(yīng)速度快的多，故在飽和器中同時(shí)回收吡啶時(shí)，為保證吡啶的回收率，應(yīng)適當(dāng)加大液封高度，以增加氣液接觸和反應(yīng)時(shí) 間。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁(yè) 、焦?fàn)t選型及計(jì)算 焦?fàn)t選型及計(jì)算 選用 JN606型 2179。 65孔的 米焦?fàn)t，年設(shè)計(jì)能力 200 萬(wàn)噸，主要尺寸如下： (單位 mm) 炭化室有效容積 (m3) 全長(zhǎng) 有效長(zhǎng) 全高 有效高 平均寬 錐度 結(jié)焦時(shí) 間 約18800 18000 7． 63 7180 590 50 25 焦?fàn)t生產(chǎn)能力的計(jì)算 焦干τ MkKhl bnNG ????? 124365 ? 式中 365179。 24—— 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 m l—— 炭化室的有效裝煤長(zhǎng)度 m b—— 炭化室的有效裝煤寬度 m 干? —— 裝煤煤干基堆密度 t(干煤 )/ 3m 一般 ～ ,本設(shè)計(jì)取