【正文】 圖 酸度 4%和 8%的母液溫度與母液液面上水蒸氣壓的關系曲線 11 30 40 50 6o 70 80 90洗水溫度/℃硫酸銨中游離酸質(zhì)量含量/%飽和器內(nèi)母液液 面上水蒸氣分壓與煤氣中水蒸氣分壓相平衡時的母液溫度為母液最低溫度。因此在飽和器內(nèi)母液適宜溫度應比最低溫度高。 適宜的母液溫度是在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。 母液攪拌 母液攪拌的目的在于使母液酸度 、濃度、溫度均勻，并硫酸銨結晶在母液中呈現(xiàn)懸浮狀態(tài)，以延長其在母液中的停留時間，這有利于硫酸銨分子向結晶便面擴散，對生產(chǎn)大顆粒硫酸銨是有利的，另外也起到了減輕設備內(nèi)堵塞的作用。 離心分離和水洗 離心分離和水洗效果對產(chǎn)品的游離酸和水分含量影響很大。 洗水溫度對產(chǎn)品游離酸含量有影響，見圖 所示，有圖可見，提高離心機的洗水溫度，可以提高離心分離效率。因此洗水溫度在 70℃ 以上為宜。有圖可見，洗水量應不大于硫酸銨量的 12%。硫酸銨母液內(nèi)的雜質(zhì)得種類和含量，取決于硫酸銨生產(chǎn)工藝流程、硫酸質(zhì)量、工業(yè)用水質(zhì)量、脫吡啶母液得處理程度、設備 腐蝕情況及操作條件等。 雜質(zhì)對晶體成長速率有明顯影響。雜質(zhì)對晶體生長機制的影響有以下幾種情況：晶面吸附了雜質(zhì)或離子后被毒化，不再是生長的活性點，柱型結晶變成針型；吸附雜質(zhì)后，晶體生長時需要排除雜 質(zhì)，導致速率下降，晶粒??；雜質(zhì)的存在使介穩(wěn)區(qū)縮小，導致生成大量晶核。其多半來自硫酸、腐蝕設備或工業(yè)用水帶入。 不溶性雜質(zhì)主要是由煤氣帶入的焦油霧、煤塵等。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。晶比太 13 大，相應減少氨與硫酸反應所需的容積，不利于氨的吸收；母液攪拌阻力增加，導致攪拌不良；同時晶體間的摩擦機會多，大顆粒結晶易破裂成小顆粒；并且晶比太大也會使堵塞情況加劇。 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%。 14 第 三 章 飽和器的物料衡算和熱量衡算 通過氨平衡計算確定硫酸的用量和煤的裝入量，通過水平衡計算確定飽和器內(nèi)母液的適宜溫度，通過熱平衡計算確定飽和器操作過程是否需要補充熱量，從而確定所需要的煤氣預熱溫度 [12]。離開氣液分離器的煤氣中所含的水汽量 w3，即煤氣帶入集氣管的水量 w1和循環(huán)氨水蒸發(fā)部分之和。 作水的物料衡算有 471 ?? ，則送去加工的剩余氨水量 w7，即為 w1與 w4之差。則剩余氨水量為：ht /0 6 0 6 ????? 其中配煤水分為 8%，則 150t 濕煤等于 138t 干煤，即每噸干煤氣的剩余氨水量： ? 氨的平衡及硫酸用量、干煤裝入量的計算 硫酸銨的產(chǎn)量（干質(zhì)量）： hkght /???? 設裝入的干煤為 x t/h，則剩余氨水量為 。 飽和器內(nèi)被硫酸吸收的氨量： xxxx ??? ??? 6 1 8 9 0 89 8 3 ?x ?x t/h 式中 132硫酸銨的相對分子質(zhì)量； 17氨的相 對分子質(zhì)量 即干煤的裝入量為 。 飽和器后隨煤氣帶走的氨量： 。 含量為 76%的硫酸消耗量： ??? ? t/h 式中 98硫酸的相對分子質(zhì)量 氨損失率 ： % 0 0 0 1 0 ?? ??? x xx 水平衡及母液溫度的確定 為了使飽和器母液不被稀釋或濃縮，應使進入飽和器的水分全部呈蒸汽狀態(tài)被煤氣帶走。這就更加突出飽和器維持水平衡的重要性。 氨分凝器后氨氣帶入的水量： hkg / 2 6 1 )( ??? 式中 —— 相當于分凝器后溫度為 98℃ 的氨氣濃度。 母液液面上蒸汽分壓 PL(k pa)取決于母液溫度和母液中游離酸和硫酸銨的含量，可按下式計算 : )0 0 0 2 3 ( svpp ol ??? (31) 式中 po—— 在規(guī)定溫度下水的飽和蒸汽壓， k pa v—— 母液中硫酸銨的含量， g/100g 酸液 S—— 游離酸含量， g/100g 酸液 當母液中硫酸銨總含量為 46%及酸度為 4%時可求得相應的 v 和 s 的數(shù)值： 酸液ggv 100/ 46 ???? 18 ggs 100/ 4 ???? 則 ool ppp ) 0 2 3 ( ?????? Po 與母液溫度有關，母液最低溫度應使 pl=pg,則求得： k p app go ??? 查飽和蒸汽壓表，得其溫度應為 ℃ ，此溫度即是飽和器母液必須的最低溫度。此外，還由于煤氣在飽和器中停留的時間短，不可能達到平衡，所以，實際上母液液面上的水蒸氣分壓應為： p1=k pg (32) 式中 k 為平衡偏離系數(shù)，其值為 ～ 。 飽和器熱平衡及煤氣預熱溫度的確定 輸入熱量 Q 入 熱平衡以 0℃ 為基準，計算假定吡啶裝置未投入生產(chǎn) 輸入熱量 Q 入 1）煤氣帶入的熱量 Q1 ： tt 9 6 8 2 8 6 8 9 ??? 式中 — 干煤氣比熱容， k J/(m3.℃ ) t— 煤氣預熱溫度， ℃ ： 19 ? ? tt 2 1 8 9 3 32 9 7 3 6 2 1 3 68 3 4 9 16 0 1 9 3 7 4 ???? 式中 — 080℃ 間水蒸汽比熱容， k J/(kg.℃ )。 ： tt 5 3 4 6 41 0 8 5 3 8 6 ?? 式中 — 氨的比熱容， k J/(kg.℃ )。又因吡啶裝置未生產(chǎn)，吡啶基在飽和器中被吸收的極少，也不予考慮。 水蒸氣帶入熱： ? ? hkJ / 7 1 3 1 0 8 8988 4 4 9 18 4 2 6 1 4 ???? 式中 —— 0~98℃ 時的水汽比熱容， k J/(kg.℃ )。 4）洗滌水帶入的熱量 Q4 hkJQ /1 7 3 9 0 4 )2 0 00 0 7 3 4(4 ????? 式中 — 60℃ 時水的比熱容 ,k J/(kg.℃ )。 6）循環(huán)母液帶入的熱量 Q6 取循環(huán)母液溫度為 50℃ ，母液量為硫酸銨產(chǎn)量的 60 倍，則： hkJQ /1 0 3 7 0 3 7 0 4 1 2 2 3 36 ????? 式中 — 母液的比熱容 ,k J/(kg.℃ )。1 ??? 2）結晶母液帶出的熱量 2Q? ，設母液溫度為 55℃ ，則 ? ? hkJQ / 0 9 1 3 5 8 0 4 1 2 2 3 339。3 ????? 4）飽和器散失的熱量 4Q? ，設相當于循環(huán)母液損失量的 25％，（按循環(huán)母液降低 5℃ 考慮） hkJQ /2 5 9 2 5 9 2 4 1 2 2 3 339。39。39。外套筒與內(nèi)套筒間形成旋風式分離器，除去煤氣中夾帶的酸霧液滴，起到除酸器的作用； ，在箱內(nèi)配置噴嘴，噴嘴的方向均朝向煤氣流，形成良好的氣流接觸面； 槽，噴淋室以降液管與結晶分級槽連通，循環(huán)母液通過降液管從結晶分級槽的底部向上返，不斷生成硫酸銨晶體，穿過向上運動的 懸浮硫酸銨母液，促使晶體長大，并引起顆粒分級；，控制噴淋室下部的液面，促使煤氣由入口向出口在環(huán)形室內(nèi)流動 [13]。 煤氣初冷器后煤氣溫度為 35℃ 。則硫酸銨的液體體積為 1 0 0 08 0 0 0 0 0 mv ???? ?? mV ??? mvd 4 ??????? ? 22 ms ??? mSVh ??? mh ??? 飽和器總高度 mhhhhH ????????? 25 表 飽和器尺寸 項目 數(shù)值 /mm 飽和器直徑 5200 煤氣進口管直徑 1150 飽和器高度 14400 所以本設計采用噴淋式飽和器共 80 臺。 表 飽和器 主要參數(shù) 項目 數(shù)值 設計壓力 MPa 工作壓力 MPa 設計溫度 ℃ 100 工作溫度 ℃ 5060 操作壓力 MPa 操作溫度 ℃ 5065 物料名稱 煤氣、硫酸銨母液 主要材料 OCr18Ni9 焊縫系數(shù) 腐蝕、裕度 2 大小循環(huán)母液 m3/h 86050 根據(jù) 硫酸和煤氣的化學、物理特性選用高合金鋼 OCr18Ni9 為 188 型奧氏體不銹鋼，采用 GB 4237 鋼板標準，其屈服強度為 ≥205Mpa,抗拉強度為 ≥520Mpa，在 ≤150℃ 時的許用應力為 137 Mpa[17]。由公式 PV=nRT (43) 得：飽和器前的壓力為： P= k p )( ??? 26 飽和器后的壓力為： P= k p a8 8 1 3 1 )2 7 350( ??? 其平均壓力為： k p a5 3 8 2 22 8 8 1 91 9 2 5 ?? 飽和器的設計壓力，內(nèi)壓容器可取工作壓力的 倍。 ：根據(jù) δt= Pt(Di+ δe)/2δe≤ (44) 得： δt= M p ak p a ??? ??? = M ??? δt≤ 則可以看出，設計的厚度完全滿足要求。查閱文獻，可知除酸器可選用旋風式除酸器，該設備用鋼板焊制，內(nèi)襯以防酸層 [18]。 ① 除酸器煤氣進口尺寸： 27 取進口煤氣速度為 27m/s，則煤氣進口截面積為： mF ???? 煤氣進口長為 b 對短邊之比為 2，則 F=2a2，將 F 值代入得： mFa 5 ??? b=2= ② 出口管直徑： 出口管的煤氣速度可取 4～ 8m/s，現(xiàn)取 7m/s。1 ?????? 式中 — 壁厚 m — 防腐層厚度 m[20] 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： md ???? ④ 出口管在除酸器內(nèi)部的高度： 取煤氣在環(huán)形空間的平均旋轉速度為煤氣進口速度的 57 ，則得： m 527 19 .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 —— 酸霧顆粒直徑為 16 m? 時在環(huán)形空間停留時間，單位秒?；厥瞻鄙闪蛩徜@可以作為農(nóng)用化肥和工業(yè)原料，不但使廢棄物得到二次利用，而且保護了環(huán)境。經(jīng)比較分析得，采用噴淋式飽和器法生成硫酸銨的工藝回收焦爐煤氣中氨最合理。 在實際生產(chǎn)過程中，要控制好每個環(huán)節(jié)的溫度，酸度，晶比，比重，否則會影響硫酸銨是否能夠析出以及晶體顆粒的大小，產(chǎn)品純度。 同時進行詳細的物料衡算，熱量衡算，設備的校核計算，通過氨的物料衡算確定了硫酸的用量 ，水的物料衡算確定了飽和器母液的適宜溫度 ℃ ，熱量衡算確定飽和器的熱平衡狀態(tài)，并且確定煤氣預熱溫度 ℃ ，最終對該工藝最主要的設備噴淋式飽和器進行了設計。飽和器直徑為 5200mm，總高度為 14400mm。煤氣 中氨含量為 1%～ %，飽和器后煤氣含氨量為。 30 參考文獻 [1]王曉琴 .煉焦工藝 [M].北京：化學工業(yè)出版社 ， 2020. [2]楚可嘉 .飽和器法回收焦爐煤氣中的氨 [J].山東冶金， 20