【正文】 179。 6= KJ/h 總上 Q出 = 1?Q + 2?Q + 3?Q + 4?Q = KJ/h 由能量守恒得 Q 入 =Q 出 + t= 則 t=℃ 即煤氣預(yù)熱器后的煤氣溫度為 ℃ 飽和器的基本尺寸 飽和器結(jié)構(gòu)基本已定 ,通過(guò)計(jì)算主要確定直徑 ,取飽和器前煤氣壓力為,飽和器阻力為 Mpa,(約 600 ㎜ H2O)煤氣預(yù)熱器溫度為 70℃ ,飽和器后煤氣露點(diǎn)溫度為 50℃ ,飽和器后煤氣溫度為 60℃ .煤氣初冷器后煤氣溫度為 35℃ a) 預(yù)熱器后煤氣實(shí)際體積 179。 179。 55= KJ/h f) 飽和器熱損失 飽和器熱損失相當(dāng)于循環(huán)母液熱損失的 20%～ 25%,本設(shè)計(jì)取 25%,循環(huán)母液在循環(huán)過(guò)程中降低 6%左右 . 4?Q =50179。 179。 179。 179。 55=11 179。 60)= KJ/h c) 煤氣從飽和器帶出熱量 1?Q =+ = KJ/h d) 結(jié)晶母液帶出熱量 (母液溫度為 55℃ ) 2?Q =(10+1)X 179。 60= KJ/h b) 水汽帶走熱量 Wt179。 340179。 mol的硫銨但是結(jié)晶熱為 10886 KJ/h） 611 210 88613 2 54 ?? KJ/h ③ 硫酸的稀釋熱（ 100%硫酸的稀釋熱為 KJ/Kg178。 =26494011 KJ/h 7)化學(xué)反應(yīng)熱 化學(xué)反應(yīng)熱包括中和熱、結(jié)晶熱和稀釋熱 ① 硫酸的中和熱（ 1 Kg178。 50179。 50179。 K) 6)循環(huán)母液帶入的熱量 循環(huán)母液取硫銨產(chǎn)量的 50 倍，其溫度比飽和器母液溫度約低于 5℃，取為 50℃。 10179。 10X=179。一般為 45℃，回流母液量為硫銨產(chǎn)量的 10倍，則 5Q =179。 60 = KJ/h 式中 —— 60℃時(shí)水的比熱 KJ/(Kg178。 60 =(＋ 200)179。 20=141520 KJ/h 式中 —— 濃度為 78%硫酸的比熱 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁(yè) E—— 硫酸的平均溫度，取 20℃ 4）洗滌水帶入的熱量（包括洗滌結(jié)晶和沖洗設(shè)備的水，水溫為 60℃） 4Q =（ 4W ＋ 5W ）179。 E=179。 98) = KJ/h 則氨汽帶入的熱量 2Q = 氨Q ＋ 水汽Q = KJ/h 3)硫酸帶入的熱量 3Q =y? 179。 98) =179。 K) ② 水汽帶入的熱量 水汽Q = 2W 179。 179。 179。則煤氣帶入飽和器的總熱量為 1Q = 干煤氣Q ＋ 水蒸氣Q ＋ 氨Q =170732t ＋ ＋ 7460t ＋ =10155784 ＋ 2)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。 = 式中 氨Q —— 氨帶入的熱量 KJ/h 2． 11—— 氨的比熱 KJ/(Kg178。 2。 (＋ ) =＋ 式中 水蒸氣Q —— 水汽帶入的熱量 KJ/h 2491． 3—— 水在 0℃時(shí)蒸汽潛熱 KJ/Kg 1． 83—— 0～ 8℃間的比熱 KJ/(Kg178。 = 170732t KJ/h 式中 干煤氣Q —— 干煤氣帶入熱量 KJ/h —— 干煤氣的比熱 KJ/h T —— 煤氣的預(yù)熱溫度 ℃ ②水汽帶入的熱量 水蒸氣Q = 1W 179。 1,47t = 179。 ① 干煤氣帶入的熱量 干煤氣Q =G? 179。 在實(shí)際生產(chǎn)中，母液溫度為 50～ 55℃ （本設(shè)計(jì)未考慮對(duì)吡啶的回收） 熱平衡及煤氣預(yù)熱器出口溫度的計(jì)算 為了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。 因母液內(nèi)水的蒸發(fā)需要推動(dòng)力（Δ P=PlPg） ，還由于煤氣飽和器中停留時(shí)間短，氣液兩相的水汽分壓不可能達(dá)到平衡 ，所以實(shí)際上母液液面上的水蒸汽分壓為 Pl = KPg 式中 K—— 平衡偏離系數(shù)（其值為 ~） 當(dāng) K= 時(shí) Pl = 179。 % = MPa = mmHg 3）飽和器母液溫度的確定 飽和器內(nèi)母液的適宜溫度可按母液的最低溫度乘以平衡偏離系數(shù)來(lái)確定。 6% = kg/h 沖洗水量 5W = 200kg/h 則帶入飽和器總水量為 Wt= 1W ＋ 2W ＋ 3W ＋ 4W ＋ 5W = ＋ ＋ ＋ ＋ 200 = kg/h 2)飽和器出口的煤氣分壓 以上求得的帶入飽和器的總水量均應(yīng)由煤氣帶走，則由飽和器出去的1 3Nm 煤氣應(yīng)帶走的水量為： 340300 ??總總VW = 相應(yīng)的 1 3Nm 的煤氣中的水汽的體積為 179。 10% 得 %10 %)101()(%10 %)101)(( 422 ???????? NNW Kg/h 硫酸帶入水 3W =179。 340 179。其余有硫酸帶入的水分以及洗滌水等。 1000 = 飽和器耗氨量 N5 = N － N3 － N4 = － － = kg/h 總氨 N 飽 和 器 N1 煤氣帶入氨 N2 剩余氨水帶入氨 N5 飽和器耗氨 N3 飽和器帶出氨 N4 蒸氨廢水帶出氨 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁(yè) 由反應(yīng)原理 硫酸吸收氨反映式： 424423 )(2 SONHSOHNH ?? 2179。 = N4 = 179。 340179。 = 179。 % = 179。 340179。 10% ＋ 179。 179。 179。 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 T—— 運(yùn)轉(zhuǎn)周期 取設(shè)計(jì)結(jié)焦時(shí)間 25h K—— 干煤全焦率， %。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 4. 設(shè)備計(jì)算 、焦?fàn)t選型及計(jì)算 焦?fàn)t選型及計(jì)算 選用 2179。較經(jīng)濟(jì)耐用。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。煤氣通過(guò)飽和器的阻力主要有侵沒(méi)深度所決定。 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(mǎn)流口下緣的垂直 距離。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。而其中飽和器是該工段的主要設(shè)備。 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(chē)間的再生酸。因此可減少煤氣預(yù)熱器的負(fù)荷等優(yōu)點(diǎn)。 精苯車(chē)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。 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。 二、硫酸的選擇 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。 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?？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。同時(shí)，隨著酸度的提高，母液的黏度將增大。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。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。傳質(zhì)速率是 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 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。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。反之，則得到大粒結(jié)晶。通常兩個(gè)過(guò)程同時(shí)進(jìn)行的。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。 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)。 ３ . 飽和器法生產(chǎn)硫銨工藝流程及主要設(shè)備 焦化廠(chǎng)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。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。 在飽和器內(nèi)生產(chǎn)的酸焦油可用氨水中和法回收，由滿(mǎn)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。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 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁(yè) 成的大量母液由滿(mǎn)溜槽流至母液儲(chǔ)槽暫時(shí)儲(chǔ)存。離心機(jī)卸出的硫銨晶體經(jīng)干燥后既為產(chǎn)品。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)。因此，飽和器還起著結(jié)晶設(shè)備的作用。 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(chē)間，在飽和器后煤氣的含氨量一般要求低于 30mg/標(biāo) m3。 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。 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。 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。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。采取中加酸時(shí)母液酸度為 12％～ 14％，大加酸時(shí)為 18％～ 22％。 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 一般情況下，母液酸度維持在 4％～ 6％比較合適。 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。母液酸度、溫度與母液液面上的水蒸氣的關(guān)系見(jiàn)圖 12。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。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。但母液溫度過(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。母液溫度過(guò)高過(guò)低都不利于晶體的成長(zhǎng)。 水蒸氣壓的關(guān)系 注： 1mmHg— 1． 2 一母液酸度分別為 4％、 6％ 由圖 22可以看出，硫銨在母液中的溶解度，隨著溫度升高而增加。因此在實(shí)際生產(chǎn)中為了得到較大顆粒的硫酸銨結(jié)晶，必須使母液處于介穩(wěn)區(qū)和適宜的過(guò)飽和度。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。只有冷到Ｇ，才有大量晶核急劇形成。