【正文】 母液的過飽和程度增加。 ４）攪拌對結(jié)晶的影響 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 9 頁 1 由結(jié)晶理論可知晶核的成長是基于晶核界面上的濃度差，使溶液中溶質(zhì)分子擴散到晶核表面上，由于晶核表面常有液膜生成，溶質(zhì)分子不易擴散到晶核表面。 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)晶的體積對母液與結(jié)晶總體積的百分比。 二、飽和器法生產(chǎn)硫銨的工藝流程 來自冷凝鼓風(fēng)工段的去焦油霧的煤氣首先進入煤氣預(yù)熱器，在此煤氣被預(yù)熱到６５度左右，然后，熱煤氣與蒸氨塔來得氨氣一起進 入飽和器的中央煤氣管，經(jīng)分配傘穿過母液層鼓泡而出，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。因此，飽和器還起著結(jié)晶設(shè)備的作用。沉積在結(jié)晶槽底部的硫銨晶體送到離心機內(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)。離心 機卸出的硫銨晶體經(jīng)干燥后既為產(chǎn)品。當(dāng)定期大量加酸，補水并用水沖洗飽和器和除酸器時，所形成的大量母液由滿溜槽流至母液儲槽暫時儲存。 在飽和器內(nèi)生產(chǎn)的酸焦油可用氨水中和法回收，由滿流槽溢出來的酸焦油和母液進入分離槽，在此再壓入酸焦油洗滌器。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 機械化澄清槽，分離槽在中上層的氨水則放人母液儲槽中。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 10 頁 1 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。 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)量多少來調(diào)節(jié)。但酸式鹽比正鹽更容易溶于水和稀硫酸，因此，在溶解度達到極限時，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。通常兩個過程同時進行的。反之，則得到大粒結(jié)晶。由于飽和器內(nèi)氨和硫銨不斷的反應(yīng)生成硫銨，當(dāng)硫銨與硫酸達到一定的過飽和程度時，即形成晶核。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)和延長其在 母液中的停留時間，均有利于結(jié)晶長大。由于晶體各棱面的平均生長速度比晶體沿生長長向速度增長的速中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 1 度較快，溫度的提高還有助于降低晶體的長寬比和形成較好的晶形。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 結(jié)晶的形狀也發(fā)生變化，從長寬比小的多面顆粒多數(shù)轉(zhuǎn)變?yōu)橛心z結(jié)趨勢的細(xì)長六角形棱柱形，甚至變形針狀。同時，隨著酸度的提高，母液的黏度將增大?？梢?，硫銨晶體的平均粒度是隨著母液酸度的提高而減少的。這是因為除了使氨和吡啶吸收不完全外，還同時易使飽和器堵塞，此外，當(dāng)酸度低于%時，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。 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。氮的氧化物在操作過程中會轉(zhuǎn)入煤氣中，其他雜質(zhì)會影響硫銨的晶體和顏色，同時不利于獲得大顆粒的結(jié)晶。 精苯車間的再生酸對鋼材有著強烈的腐蝕作用，其中有的焦油酸和磺酸，在硫銨結(jié)晶時嚴(yán)重污染環(huán)境， 因此應(yīng)于新酸混合均勻使用。因此可減少煤氣預(yù)熱器的負(fù)荷等優(yōu)點。 權(quán)衡上述利弊，本設(shè)計所用的硫酸的濃度為７８％，其中再生酸是再大加酸時加入母液儲槽的，在母液儲槽分離其所含焦油后，再進入飽和器，選中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 12 頁 1 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。而其中飽和器是該工段的主要設(shè)備。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，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。 泡沸傘的侵沒深度是指泡沸傘煤氣煤氣出口上緣至飽和器滿流口下緣中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 13 頁 1 的垂直距離。煤 氣通過飽和器的阻力主要有侵沒深度所決定。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。較經(jīng)濟耐用。 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 14 頁 1 、焦?fàn)t選型及計算 焦?fàn)t選型及計算 選用 58 型 2179。 24—— 全年工作時間 n—— 每個焦?fàn)t組的焦?fàn)t個數(shù) N—— 每座焦?fàn)t的炭化室個數(shù) h—— 炭化室的有效裝煤高度 m l—— 炭化室的有效裝煤長度 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)計取 T—— 運轉(zhuǎn)周期 取設(shè)計結(jié)焦時間 25h K—— 干煤全焦率， %。 ???????? ? ? 煤氣發(fā)生量 Q=G? 179。 Mg 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 15 頁 1 =179。 360 = hNm/3 Mg焦?fàn)t煤氣產(chǎn)率，取 360 tNm/3 干煤 —— 焦?fàn)t緊張操作系數(shù) 剩余氨水量 1）原始數(shù)據(jù) 裝入濕煤量 htG %)101/( ??? 配煤水分 10% 化合水 3% 煤氣發(fā)生量 360 tNm/3 (干煤 ) 煤氣初冷器后煤氣溫度 30℃ 30℃時 1 3Nm 煤氣經(jīng)過蒸汽飽和后水汽含量 g/ 3Nm 2)計算 根據(jù)煤氣初冷系統(tǒng)中的水平衡，可得剩余氨水 3G t/h 3G = 1G — 2G 式中 1G —— 煤氣帶入集氣管中水量 t/h 2G —— 初冷器后煤氣帶走的熱量 t/h 1G =179。 （ ）179。 =3G = 1G — 2G == 、飽和器的物料平衡、熱平衡和結(jié)構(gòu)尺寸的確定 原始數(shù)據(jù) 焦?fàn)t干煤裝入量 G? t/h 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 16 頁 1 煤氣發(fā)生量 Mg tNm/3 (干煤 ) 340 氨的產(chǎn)率（揮發(fā)氨） % 3 初冷器后煤氣溫度 t ℃ 30 剩余氨水量 3G t/h 蒸氨廢水中含氨量 g/l 剩余氨水中含氨量 g/l 直接用蒸汽量（每蒸餾 1 3m 稀氨水） kg/ 3m 250 分縮器后氨氣溫度 t ℃ 98 飽和器后煤氣含氨量 g/ 3Nm 硫酸濃度 Wt % 78 煉焦煤含水量 % 12 氨平衡及硫酸用量的計算 由平衡知 N = N1 ＋ N 2 = N 3 ＋ N 4 ＋ N 5 則總氨量 N = G? 179。 % = t/h = kg/h 剩余氨水帶入氨 N2 = 3G 179。 = kg/h 干餾煤氣帶入氨 N1 = N－ N1= = 干餾煤氣帶出氨 N3 = 179。 蒸氨廢水帶出氨 L = ＋ 179。179。 17 98 132 y x 硫氨產(chǎn)量 87 93172 13 275 1 ?? ??x kg/h 硫酸理論耗量 1 04 1172 987 55 81 ?? ??y kg/h 水平衡及母液溫度的確定 飽和器內(nèi)的水分主要是煤氣和氫氣帶來的。洗滌硫氨用水占硫氨質(zhì)量總重的 6%，沖洗飽和器和除酸器帶入的水量平均取 100kg/h，氨分縮器后氨汽濃度為 10%. 飽和器水平衡如下： 輸入方 輸出方 1） 帶入飽和器的總水量 4W 1W 2W 3W3W 5W 飽 和 器 洗滌硫銨水 煤氣帶入水 氨氣帶入水 硫銨帶入水 沖洗水 煤氣帶出水 Wt 硫銨產(chǎn)品帶出水 Wp 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 18 頁 1 煤氣帶入水量 1W =179。 =氨汽帶入水量 又 N2－ N4=（ 2W ＋ N2－ N4）179。 (178%)= kg/h 硫酸洗滌用水（扣除硫銨產(chǎn)品帶出水）： 4W = 179。 = 3Nm 故混合氣中水汽所占的體積比為 ? = % 取飽和器后煤氣表壓為 MPa，其絕對壓力為 MPa 則水蒸氣分壓為 1． 12 179。當(dāng)母液液面上的水汽分壓與母液液面上煤氣中的水汽分壓 Pg相平衡時，即 Pl = Pg = . 取母液酸度為 6%，由《焦化工藝學(xué)》（中國礦業(yè)大學(xué)出版社）圖 93 可得，飽和器的最低溫度為 40℃。 = mmHg 由 Pl= mmHg 由《焦化工藝學(xué)》（中國礦業(yè)大學(xué)出版社）圖 93可知， 當(dāng)酸度為 4%，其適宜的操作溫度為 48℃ 酸度為 8 %，其適宜的操作溫度為 51℃。 飽和器 [平衡如下： 輸入方 輸出方 中國礦業(yè)大學(xué) 2021 屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第 20 頁 1 1） 輸入熱量 煤氣帶入的飽和器的熱量 煤氣帶入飽和器的熱量，由于煤氣帶入熱量，水汽帶入熱量和氨帶入熱量三部分組成。 Mg 179。 360 179。（ ＋ ） =179。 K) ③氨帶入的熱量 氨Q = 1N 179。 K) 煤氣中所含的苯族烴，硫化氫及其它組成所帶入的熱量，可忽略不計，至于吡啶堿類，當(dāng)吡啶裝置未生產(chǎn)時，在飽和器中被吸收的量極少，也不予考慮。 ① 氨帶入的熱量 氨Q =（ N2N4）179。 98 =()179。 98 = KJ/h 式中 —— 98℃時氨的比熱 KJ/(Kg178。 (＋ 17