畢業(yè)設(shè)計120萬噸焦化廠硫銨工段設(shè)計

1、 中國礦業(yè)大學(xué)2009屆本科生畢業(yè)設(shè)計 第74頁太 原 理 工大 學(xué)畢業(yè)設(shè)計姓 名： 學(xué) 號： 學(xué) 院： 專 業(yè)： 設(shè)計題目： 120萬噸焦化廠硫銨工段設(shè)計 指導(dǎo)教師： 申竣 年 月 課程設(shè)計任務(wù)書任務(wù)下達(dá)日期： 2011年11月18日 設(shè)計題目：120萬噸焦化廠硫銨工段設(shè)計設(shè)計主要內(nèi)容和要求：1. 按照設(shè)計規(guī)模并根據(jù)焦化設(shè)計規(guī)范的要求，對焦化廠硫銨工段的生產(chǎn)進(jìn)行工藝論證，確定工藝流程。2. 根據(jù)工藝流程和設(shè)計規(guī)范進(jìn)行工藝物料平衡，水平衡和熱量平衡計算，根據(jù)計算結(jié)果進(jìn)行設(shè)備選型。3. 對硫銨工段的生產(chǎn)設(shè)備和工藝管道進(jìn)行設(shè)計布置，繪制硫銨生產(chǎn)的工藝流程圖，總平面布置圖，設(shè)備與工藝管道平面圖和立體

2、圖，繪制一張主要設(shè)備的裝配圖。4. 根據(jù)生產(chǎn)要求，對硫銨工段設(shè)計的非工藝技術(shù)部分提出設(shè)計要求，根據(jù)崗位設(shè)置與崗位操作編制崗位人員編制。5. 進(jìn)行硫銨工段的建設(shè)投資估算和產(chǎn)品生產(chǎn)成本的經(jīng)濟技術(shù)分析。6. 編制設(shè)計說明書。 中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計指導(dǎo)教師評閱書指導(dǎo)教師評語（基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；獨立解決實際問題的能力；研究內(nèi)容的理論依據(jù)和技術(shù)方法；取得的主要成果及創(chuàng)新點；工作態(tài)度及工作量；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 指導(dǎo)教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計評閱教師評閱書評閱教師評語（選題的意義；基礎(chǔ)理論及基本技能的掌握；綜合運用所學(xué)知識解決實際問題的能力；工作

3、量的大?。蝗〉玫闹饕晒皠?chuàng)新點；寫作的規(guī)范程度；總體評價及建議成績；存在問題；是否同意答辯等）：成 績： 評閱教師簽字： 年 月 日中國礦業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計答辯及綜合成績答 辯 情 況提 出 問 題回 答 問 題正 確基本正確有一般性錯誤有原則性錯誤沒有回答答辯委員會評語及建議成績：答辯委員會主任簽字： 年 月 日學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組綜合評定成績：學(xué)院領(lǐng)導(dǎo)小組負(fù)責(zé)人： 年 月 日內(nèi)容摘要 本設(shè)計為年產(chǎn)焦炭120萬噸焦化廠回收車間硫銨工段的工藝設(shè)計,該焦化廠擬建于徐州市西北郊區(qū).本設(shè)計內(nèi)容包括:生產(chǎn)原理、工藝流程、計算及設(shè)備的選型、工藝布置、操作規(guī)程、成本估算、經(jīng)濟分析等。本設(shè)計采用技術(shù)成熟的飽和器法中半

4、直接法來回收煤氣中的氨，工藝流程如下：從冷凝工段來得煤氣首先進(jìn)入煤氣預(yù)熱器，然后進(jìn)入飽和器，在飽和器內(nèi)，煤氣中的氨與硫酸反應(yīng)生產(chǎn)硫銨，硫銨經(jīng)后續(xù)操作分離，從飽和器出來的煤氣經(jīng)除酸器后送往粗苯工段。工藝計算包括飽和器的物料和熱量平衡計算，通過計算來確定母液的適宜溫度和煤氣預(yù)熱溫度。通過對主要設(shè)備如飽和器、除酸器、煤氣預(yù)熱器、沸騰干燥器、蒸氨塔、循環(huán)泵、結(jié)晶泵等的計算。同時根據(jù)本設(shè)計的規(guī)模，對工段的工藝布置原則作了簡要說明，對工段生產(chǎn)操作也作了簡要說明，對非工段部分提出了一些具體要求，通過崗位操作定員知道本工段需要職工人員數(shù)。根據(jù)本設(shè)計的規(guī)模，對投資和贏利情況作了估算。最后，給出了圖紙目錄及說明。

5、本設(shè)計在周敏老師的悉心指導(dǎo)下，同學(xué)的幫助下完成，在此表示感謝！目 錄0 設(shè)計任務(wù)書 10.1 設(shè)計任務(wù) 10.2 設(shè)計的基礎(chǔ)資料 11 概述 21.1 我國焦炭行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 21.2 硫酸銨的用途及生產(chǎn)方法 31.2.1 硫酸銨的生產(chǎn)方法42 硫酸銨的生產(chǎn)原理和工藝流程 5 2.1 硫酸銨的生產(chǎn)原理5 2.1.1 硫酸銨生產(chǎn)的化學(xué)原理 5 2.1.2 硫酸銨生產(chǎn)的結(jié)晶原理 6 2.2 硫酸銨結(jié)晶的影響因素及控制7 2.2.1 母液酸度對硫酸銨結(jié)晶的影響 7 2.2.2 溫度和濃度對硫酸銨結(jié)晶的影響 8 2.2.3 母液的攪拌對硫酸銨結(jié)晶的影響 8 2.2.4 晶比對硫酸銨結(jié)晶的影響 8 2.

6、2.5 雜志對硫酸銨結(jié)晶的影響 8 2.3 噴淋式飽和器法生產(chǎn)的工藝流程93 工藝計算與主要設(shè)備的選型 10 3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算 10 3.1.1 裝煤量的計算 10 3.1.2 煤氣發(fā)生量q 10 3.1.3 剩余氨水的計算 11 3.2 飽和器的有關(guān)計算及選型 11 3.2.1 原始數(shù)據(jù) 11 3.2.2 氨平衡及硫酸用量的計算 12 3.2.3 水平衡及母液溫度的確定 13 3.2.4 熱平衡及煤氣預(yù)熱器出口溫度的計算 15 輸入熱量 16 輸出熱量 19 3.2.5 飽和器基本尺寸 20 3.3 除酸器的計算及選型 20 3.3.1 煤氣進(jìn)口尺寸 2

7、0 3.3.2 煤氣出口直徑 21 3.3.3 除算器內(nèi)徑 21 3.3.4 出口管內(nèi)部分的高度 21 3.4 離心機的計算與選型 22 3.5 沸騰床干燥器的計算與選型 23 3.5.1 原始數(shù)據(jù) 23 3.5.2 沸騰床最低流態(tài)速度g的計算23 3.5.3 干燥器直徑的確定與選型24 3.6 煤氣預(yù)熱器的計算與選型 25 3.6.1 熱量恒算25 輸入熱量 26 輸出熱量 26 3.6.2 預(yù)熱器選型27 3.7 蒸氨塔及附屬設(shè)備的計算 28 3.7.1 蒸氨塔的計算28 基本數(shù)據(jù)的確定 28 3.7.2 物料恒算29 3.7.3 蒸氨塔設(shè)備

8、的計算30 3.7.4 氨分凝器32 3.7.5 氨水換熱器33 3.8 干燥系統(tǒng)有關(guān)設(shè)備的選型與計算 34 3.8.1 旋風(fēng)分離器的計算與選型34 3.8.2 引風(fēng)機的選型與計算35 3.8.3 通風(fēng)機的選型35 3.9 其他設(shè)備 36 3.9.1 結(jié)晶槽36 3.9.2 硫銨高位槽36 3.9.3 廢氨水槽36 3.9.4 母液槽36 3.9.5 泵的選型37 4 工藝布置 374.1 工藝布置原則 374.1.1 工段布置374.1.2 飽和器機組設(shè)置布置374.1.3 離心干燥系統(tǒng)設(shè)備布置384.1.4 蒸氨系統(tǒng)設(shè)備的布置384.1.5 其它384.2 布置說明 394.2.1 工段布

9、置394.2.2 樓體前包和器機組的布置394.2.3 離心干燥系統(tǒng)布置394.2.4 蒸氨系統(tǒng)與其他395 非工藝部分 395.1 土建部分 395.2 供排水 40 5.2.1供水40 5.2.2 排水40 5.3 供電 40 5.4 采暖通風(fēng) 40 5.5 儀表、電氣連鎖及檢化驗項目 41 5.5.1 儀表項目41 5.5.2 電氣連鎖項目42 5.5.3 檢化項目43 5.6 設(shè)備維修 43 5.7 其他部分 43 5.7.1 供氣43 5.7.2 防火防爆等級43 5.7.3 其他446 綜合概算和經(jīng)濟分析44 6.1 綜合概算 44 6.1.1 編制依據(jù)44 6.1.2 概算過程4

10、4 6.1.3 工程概算表48 6.2 成本估算與經(jīng)濟分析 48 6.2.1 生產(chǎn)成本估算48 6.2.2 經(jīng)濟分析507 硫酸銨工段生產(chǎn)主要操作及定員 51 7.1 硫酸銨工段主要控制指標(biāo) 51 7.1.1 設(shè)計指標(biāo)51 7.1.2 操作條件51 溫度制度 51 壓力制度 51 其他 51 7.2 崗位操作 51 7.2.1 飽和器系統(tǒng)操作規(guī)程52 7.2.2 循環(huán)系統(tǒng)操作規(guī)程52 7.2.3 離心分離系統(tǒng)操作規(guī)程53 7.2.4 干燥系統(tǒng)操作規(guī)程53 7.2.5 成品工53 7.2.6 試劑庫工53 7.3 飽和器的開、停工、倒機操作 54

11、7.3.1 開車前準(zhǔn)備工作 54 7.3.2 飽和器開工操作 54 7.3.3 飽和器的停工操作 54 7.3.4 飽和器換機操作 54 7.4 特殊操作 54 7.4.1 突然停電 54 7.4.2 突然停蒸汽 55 7.4.3 突然停水 55 7.5 勞動定員 55 7.5.1 定員依據(jù) 55 7.5.2 職工定員表 55 7.6 崗位責(zé)任制 55 7.6.1 飽和氣工 55 7.6.2 泵工 56 7.6.3 離心機工 56 7.6.4 沸騰干燥工 56 7.6.5 包裝工 568 硫銨工段設(shè)備一覽表 569 圖紙說明 58參考文獻(xiàn) 59致謝 600設(shè) 計 任 務(wù) 書0.1設(shè)計任務(wù) 年產(chǎn)

12、120萬噸焦碳的焦化廠硫銨工段的設(shè)計。0.2設(shè)計的基礎(chǔ)資料0.2.1 廠址：徐州市西北郊區(qū)0.2.2 氣象條件 年平均風(fēng)速 3.0m/s 最大風(fēng)速及風(fēng)向 16wsw 最多風(fēng)向及頻率 c14ese12 氣溫： 年平均溫度 14 極端最低溫度 22.6 極端最高溫度 40.1 年平均相對濕度 71% 降水量 年降水量 869.9mm 年降水天數(shù) 91.7天 最大積雪厚度 25cm 最大凍土深度 24cm0.2.3 動力來源 水源： 地下水 電源： 市供電網(wǎng) 汽源： 廠鍋爐房0.2.4 原材料來源 濃度為98%的硫酸由生產(chǎn)廠家用酸車定期運送，濃度為40%的再生酸由本廠提供，剩余氨水來自本廠的溶劑脫酚

13、工段。0.2.5 工藝計算主要依據(jù) 煤氣產(chǎn)率 340nm3/t干煤 氨產(chǎn)率（揮發(fā)氨） 0.3% 初冷器后煤氣溫度 30 剩余氨水中氨含量 3.5g/l1緒論 煤炭作為我國的主要能源之一，由于其儲藏量有限，單純作為燃料不僅浪費很大，而且會造成嚴(yán)重的環(huán)境污染，隨著現(xiàn)代科技和化學(xué)工業(yè)的發(fā)展對煤炭的利用范圍已大大擴展，煤炭的綜合利用已被列為我國煤炭行業(yè)的三大支柱。 高溫?zé)捊够瘜W(xué)工業(yè)是煤炭的綜合利用中歷史最久，工業(yè)最完善，技術(shù)最成熟，應(yīng)用最廣泛的行業(yè)。由于煤炭的自身組成特殊性，在煉焦同時產(chǎn)生的煤氣中，含有多種可供回收利用的成分，其中氨作為生產(chǎn)過程中的有害成分之一，其含量雖少但由于其水溶液具有腐蝕設(shè)備和管

14、路，生成的銨鹽會引起堵塞，燃燒產(chǎn)生的氮氨化物污染大氣，所以有必要將其回收，并加以利用。 硫銨的生產(chǎn)不僅達(dá)到了除去煤氣中氨的目的，而且硫銨作為化肥應(yīng)用于農(nóng)業(yè)中可以提高農(nóng)作物的單位面積產(chǎn)量，對農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著重要作用1.1我國焦炭行業(yè)現(xiàn)狀及發(fā)展 2004年以后，中國焦化行業(yè)出現(xiàn)一些新特點： 中國焦化行業(yè)顯現(xiàn)新特點 焦炭產(chǎn)能急劇膨脹，產(chǎn)量過剩若隱若現(xiàn) 這是因為：一方面，部分焦炭項目仍處于建設(shè)階段，還不能形成實際的焦炭產(chǎn)量；同時，由于國家在2004年底出臺了新的焦化行業(yè)準(zhǔn)入標(biāo)準(zhǔn)，一大批落后的焦炭產(chǎn)能將被淘汰。這使得焦炭產(chǎn)量過剩始終是若隱若現(xiàn)。中國焦炭供給和需求大致呈現(xiàn)總體平衡、略有富余的態(tài)勢。 煉焦煤資

15、源充足，但價格上升幅度較大 憑借相對豐富的煉焦煤資源，我國還是有能力保證焦炭生產(chǎn)的原料煤供應(yīng)。不過，由于產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的原因，相對零散且缺乏資源保障的中國焦化行業(yè)，不得不接受煉焦原料煤價格日益上漲的現(xiàn)實。 焦化行業(yè)整合時代即將來臨 很長一段時間以來，企業(yè)規(guī)模過小、產(chǎn)業(yè)零散問題一直困擾著中國焦化行業(yè)的發(fā)展。在2002年以前，產(chǎn)能100萬噸以上的獨立焦化企業(yè)只有寥寥數(shù)家。經(jīng)過近幾年的發(fā)展，中國獨立焦化企業(yè)平均產(chǎn)能規(guī)模有所擴大，出現(xiàn)了一批超過200萬噸的大型獨立焦化企業(yè)。預(yù)計隨著市場競爭的加劇，焦化行業(yè)優(yōu)勝劣汰的局面將會出現(xiàn)，產(chǎn)業(yè)集中化趨勢將日益明顯，大型國際化焦化企業(yè)集團即將形成。 隨著焦炭行業(yè)的迅速發(fā)

16、展，存在的問題也日益顯現(xiàn)。首要問題是產(chǎn)能嚴(yán)重過剩。自2002年以來，由于全球鋼鐵業(yè)的快速發(fā)展，焦炭出現(xiàn)了供應(yīng)緊張的局面，國內(nèi)外焦炭價格上漲迅猛。鑒于此種狀況，各國為了降低對我國焦炭的依存度，紛紛恢復(fù)、改擴建焦?fàn)t，2005年至2006年，全球焦炭產(chǎn)能將新增8000萬噸，其中我國新增5800萬噸、巴西660萬噸、德國290萬噸、印度280萬噸、美國270萬噸、波蘭220萬噸，2005年國際焦炭產(chǎn)能將超過4.5億噸。到2005年，我國焦炭產(chǎn)能將達(dá)2.66億噸，可滿足生產(chǎn)4億噸鋼的需求，超過市場對焦炭產(chǎn)品的需求總量。 如何實現(xiàn)焦炭產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，不僅關(guān)系到資源、環(huán)境與經(jīng)濟發(fā)展，同時關(guān)系到國家能源戰(zhàn)略

17、和能源安全問題。短期利益驅(qū)動下的粗放型發(fā)展模式必須改變，以循環(huán)經(jīng)濟為指導(dǎo)的發(fā)展方向才能使中國的能源戰(zhàn)略支持我國經(jīng)濟長期健康的發(fā)展。 現(xiàn)代煉焦技術(shù)到20世紀(jì)20年代已基本定型，但是各項工藝仍在不斷改進(jìn)和完善，尤其是近幾十年來又有重要發(fā)展，主要成就有焦?fàn)t容積大型化、干法熄焦及大型化、裝煤預(yù)處理、焦化廠環(huán)境保護(hù)、生產(chǎn)自動化等。 隨著國家經(jīng)濟的飛速發(fā)展，近幾年來焦化工業(yè)呈快速增長的勢頭，中國的焦炭產(chǎn)量已多年居世界第一，目前已達(dá)世界總產(chǎn)量的50%以上。 目前我國馬鋼、太鋼等正建設(shè)從德國引進(jìn)技術(shù)的7.63m焦?fàn)t。7.63m焦?fàn)t是德國伍德公司開發(fā)的一種較成熟的分段加熱的復(fù)熱式大容積焦?fàn)t。與6m焦?fàn)t相比有以下

18、優(yōu)點： 1.proven“單個炭化室壓力調(diào)節(jié)系統(tǒng)”，可以在不同的結(jié)焦?fàn)顟B(tài)下，保持炭化室壓力恒定。調(diào)整荒煤氣順利導(dǎo)出，不需要設(shè)置裝煤除塵裝置。 2.采用穩(wěn)定式濕法息焦工藝，焦炭水分小于3%。 3.多段加熱。 4.排放污染比6m焦?fàn)t少。1.2硫酸銨的用途及生產(chǎn)方法硫酸銨(nh4)2so4，含氮約20，簡稱硫銨，俗稱肥田粉，是我國使用和生產(chǎn)最早的一個氮肥品種，目前約占我國氮肥總產(chǎn)量的0.7。氮素形態(tài)是銨離子(nh4+)，屬氨態(tài)氮肥。硫酸銨的制取是用合成氨或煉焦、煉油、有機合成等工業(yè)生產(chǎn)中的副產(chǎn)品回收氨，再用硫酸中和，反應(yīng)式為： 2nh3+h2so4(nh4)2so4 硫銨產(chǎn)品一般為白色產(chǎn)品，若產(chǎn)品中

19、混有雜質(zhì)時帶黃色或灰色，物理性質(zhì)穩(wěn)定，分解溫度高(大于280)，不易吸濕，但結(jié)塊后很難打碎。硫銨易溶于水，20時溶解度為70，水中呈中性反應(yīng)，由于產(chǎn)品中往往有游離酸存在，也呈現(xiàn)微酸性。 硫銨除含氮外，還含有25的硫，也是一種重要的硫肥。 硫銨的分子中含有陰離子so4-，難以被土粒吸附，作物對銨離子的吸收較多而使so4-殘留土壤，故硫銨是一種典型的生理酸性肥料。硫銨在富含碳酸鈣的石灰性土壤上施用，與caco3形成難溶的硫酸鈣，不會明顯的影響土壤的ph值。但對中性和酸性土壤，殘留的so4-將與h+結(jié)合降低土壤的ph值，酸化土壤，需要采用配施石灰等措施來防止酸化。 在淹水條件下，so4-會還原成h2

20、s，引起稻根變黑，影響根系吸收養(yǎng)分。應(yīng)結(jié)合排水曬田，改善通氣條件，避免產(chǎn)生黑根。 硫銨可做基肥、追肥和種肥。在用作種肥時一定要注意用量不宜多。硫銨在石灰性土壤中與碳酸鈣起作用生成氨氣跑掉；在酸性土壤中，如果硫酸銨施在水田通氣較好的表層，銨態(tài)氮易經(jīng)硝化作用而轉(zhuǎn)化生成硝態(tài)氮，轉(zhuǎn)入深層后因缺氧又經(jīng)反硝化作用，生成氮氣和氧化氮氣體跑到空氣中。所以，無論在水田還是旱田，硫銨都要深施。1.2.1硫銨的生產(chǎn)方法 硫銨的生產(chǎn)方法有：飽和器法和非飽和器法。飽和器法有分直接法和半直接法。 直接法 熱的煤氣從焦?fàn)t中出來經(jīng)過煤氣冷凝器冷卻再經(jīng)電捕焦油器清潔凈化后進(jìn)入飽和器，在飽和器內(nèi)，煤氣中的氨同硫酸結(jié)合生成硫銨。直

21、接法由于對電捕焦油器等凈化裝置要求較高以保硫酸銨產(chǎn)品質(zhì)量。因此，在工業(yè)上應(yīng)用比較困難，所以此法在工業(yè)上得不到廣泛應(yīng)用，難以推廣。 間接法 煤氣中的氨在氨洗塔中用冷水吸收，所得氨水從蒸餾柱進(jìn)入飽和器同濃硫酸反應(yīng)制成硫酸銨。由于這方法需要的設(shè)備龐大，投資大，消耗掉大量的蒸汽，耗能大，經(jīng)濟效果也不好。因此，此法在工業(yè)上應(yīng)用很少，很難推廣，特別是在現(xiàn)代化工業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用更少。 半直接法： 由焦?fàn)t出來的煤氣經(jīng)過冷卻，所得的冷凝氨水通過氨蒸餾柱蒸出氨水并和煤氣中的氨共同進(jìn)入飽和器，穿過母液層和硫酸溶液相互作用生成酸式硫酸銨。半直接法生產(chǎn)硫酸銨由于生產(chǎn)流程簡單，產(chǎn)品成本較低，工藝技術(shù)及管理較成熟，因此在工業(yè)生

22、產(chǎn)上應(yīng)用較廣，但它也不是十全十美，也有它的缺點，主要有下列幾點：（1）需處理一定量的氨水。（2）結(jié)晶顆粒較小。（3）煤氣通過飽和器阻力較大，因而能量消耗大。因此半直接法生產(chǎn)硫銨的工業(yè)等有待進(jìn)一步改進(jìn)，以適應(yīng)現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)的需要，盡管如此，由于它的生產(chǎn)工藝管理等方面均較直接法和間接法先進(jìn)，因此工業(yè)生產(chǎn)上應(yīng)用較廣。本設(shè)計選擇半直接法。2 硫酸銨生產(chǎn)原理及工藝流程2.1 硫酸銨的生產(chǎn)原理2.1.1 硫酸銨生產(chǎn)的化學(xué)原理 氨與硫酸發(fā)生的中和反應(yīng)為 2nh3 + h2so4 （nh4）2so4 h = -275kj/mol 上述反應(yīng)是不可逆放熱反應(yīng)，當(dāng)用硫酸吸收煤氣中的氨時，實際的熱效應(yīng)較小。通過實驗得知

23、，如氨和游離酸度為7.8%的硫酸飽和母液相互作用時，其反應(yīng)熱效應(yīng)為溫度/47.466.376.1硫酸銨熱效應(yīng)/(kj/mol)240.9245.9249.2 用適量的硫酸和氨進(jìn)行反應(yīng)時，生成的是中式鹽（nh4）2so4，當(dāng)硫酸過量時，則生成酸式鹽nh4hso4 ,其反應(yīng)為 nh3 + h2so4 nh4hso4 h=-165kj/mol 隨溶液被氨飽和的程度，酸式鹽又可轉(zhuǎn)變?yōu)橹惺禁} nh4hso4 + nh3 （nh4）2so4 溶液中酸式鹽和中式鹽的比例起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。當(dāng)酸度為1%2%時，主要生成中式鹽。酸度升高時，酸式鹽的含量也隨之提高。 飽

24、和器中同時存在兩種鹽時，由于酸式鹽較中式鹽易溶于水或稀硫酸中，故在酸度不大的情況下，從飽和溶液中析出的只有硫酸銨結(jié)晶。 由硫酸銨和硫酸氫銨在不同含量的硫酸溶液（60 c）內(nèi)的溶解度比較可知，在酸度小于19%時，析出的固體結(jié)晶為硫酸銨；當(dāng)酸度大于19%而小于34%時，則析出的是硫酸銨和硫酸氫銨兩種鹽的混合物；當(dāng)酸度大于34%時，得到的固體結(jié)晶全為硫酸氫銨。 飽和器中被硫酸銨和硫酸氫銨所飽和的硫酸溶液稱為母液。正常生產(chǎn)情況下母液的大致規(guī)格為： 密度/（kg/l） 1.2751.30 w(nh4)2so4/% 4060 游離硫酸含量/% 46 w(nh4hso4)/% 1015 nh3含量/（g/l

25、） 150180 母液的密度是隨母液的酸度增加而增大。2.1.2 硫酸銨生成的結(jié)晶原理 在飽和器內(nèi)硫酸銨形成晶體需經(jīng)過兩個階段：第一階段是在母液中細(xì)小的結(jié)晶中心-晶核的形成；第二階段是晶核（或小晶體）的長大。通常晶核的形成和長大是同時進(jìn)行的。在一定的結(jié)晶條件下，若晶核形成速率大于晶體成長速率，當(dāng)達(dá)到固液平衡時，得到的硫酸銨晶體粒度較?。环粗?，則可得到大顆粒結(jié)晶體。顯然，如能控制這兩種速率，便可控制產(chǎn)品硫酸銨的粒度。 溶液的過飽和度既是硫酸銨分子由液相向結(jié)晶表面擴散的推動力，也是硫酸銨晶核生成的推動力。當(dāng)溶液的過飽和度低時，這兩個過程都進(jìn)行的很慢，晶核生成的速率相對更慢些，故可得到大顆粒硫酸銨。

26、當(dāng)過飽和度過大時，得到的是小顆粒硫酸銨。因此，為了制得大顆粒硫酸銨，必須控制溶液的過飽和度在一定范圍內(nèi)，并且要控制足夠長的結(jié)晶時間使晶體長大。圖4-1表示了晶核在溶液中自發(fā)形成與溶液溫度、濃度之間的關(guān)系。 由圖4-1可見，ab溶解度曲線與cd超溶解度曲線大致平行。在ab曲線的右下側(cè)，因溶液未達(dá)到飽和，在此區(qū)域內(nèi)不會有硫酸銨晶核形成，稱之為穩(wěn)定區(qū)或不飽和區(qū)。ab和cd間區(qū)域稱為介穩(wěn)區(qū)，在此區(qū)域內(nèi)晶核不能自發(fā)形成。在cd曲線的左上側(cè)為不穩(wěn)區(qū)，此區(qū)域內(nèi)能自發(fā)形成大量晶核。在飽和器內(nèi)，母液溫度可認(rèn)為是不變的。如母液原濃度為e，由于連續(xù)進(jìn)行的中和反應(yīng)，母液中硫酸銨分子不斷增多，其濃度逐漸增致f，硫酸銨達(dá)

27、到飽和。此時理論上可以形成結(jié)晶，但實際上還缺乏必要的過飽和度而無晶核形成。當(dāng)母液濃度提高到介穩(wěn)區(qū)時，溶液雖已處于過飽和狀態(tài)，但在無晶種的情況下，仍形不成晶核。只有當(dāng)母液濃度提高至g點后才能形成大量晶核，母液濃度也隨之降至飽和點f。在上述過程中，晶核的生成速率遠(yuǎn)比其成長速率大，因而所得晶體很小。在飽和器剛開工生產(chǎn)和在大加酸后易出現(xiàn)這種情況。 實際生產(chǎn)中，母液中總有細(xì)小結(jié)晶和微量雜質(zhì)存在，即存在著晶種，此時晶核形成所需的過飽度遠(yuǎn)較無晶核時為低，因此在介穩(wěn)區(qū)內(nèi)，主要是晶體在長大，同時亦有新晶核形成。因此，為生產(chǎn)粒度較大的硫酸銨結(jié)晶，必須控制適宜的過飽和度使母液處于介穩(wěn)區(qū)內(nèi)。 硫酸銨晶體長大的過程屬于

28、硫酸銨分子由液相向固相擴散的過程，其長大的推動力由溶液的過飽和度決定，擴散阻力主要是晶體表面上的液膜阻力。故增大溶液的過飽和度和減少擴散阻力，均有利于晶體的長大。但考慮到過飽和度高會促使晶核形成速率過大，所以溶液過飽和度必須控制在較小的（介穩(wěn)區(qū)）范圍內(nèi)。 正常操作條件下，硫酸銨結(jié)晶的介穩(wěn)區(qū)很小。對酸度為5%的硫酸銨溶液的過飽和度，在攪拌情況下所得的實驗數(shù)據(jù)如圖解4-2所示。由圖可見，母液的結(jié)晶溫度比其飽和溫度平均降低3.4。在溫度為3070的范圍內(nèi)，溫度每變化1時，鹽的溶解度約變化0.09%。所以，溶液的過飽和度即0.09%×3.4=0.306%。也就是說，在母液內(nèi)結(jié)晶的生成區(qū)域（即

29、介穩(wěn)區(qū)）是很小的。在控制介穩(wěn)區(qū)很小的情況下，當(dāng)母液中結(jié)晶的生成速率與反應(yīng)生成的硫酸銨量相平衡時，晶核的生成量最少，即可得到大的結(jié)晶顆粒。2.2 硫酸銨結(jié)晶的影響因素及控制 優(yōu)質(zhì)硫酸銨要求結(jié)晶顆粒大，色澤好，強度高，這主要起決于硫酸銨在母液中成長的速率及形成的結(jié)晶形壯，對硫酸銨結(jié)晶有影響的因素很多，主要有：母液酸度和濃度、母液中的雜質(zhì)、母液的攪拌等。2.2.1 母液酸度對硫酸銨結(jié)晶的影響 母液酸度在氨吸收設(shè)備內(nèi)主要影響硫酸銨結(jié)晶的粒度和氨與吡啶鹽基的回收率。母液酸度對硫酸銨結(jié)晶成長有一定的影響，隨著母液酸度的提高，結(jié)晶平均粒度下降，晶形也從多面顆粒轉(zhuǎn)變?yōu)橛心z結(jié)趨勢的細(xì)長六角棱柱形甚至成針壯。這是

30、因為當(dāng)其他條件不變時，母液的介穩(wěn)區(qū)隨著酸度增加而減小，不能保持所必需的過飽和度所致。同時，隨著酸度提高，母液黏度增大，增加了硫酸銨分子擴散阻力，阻礙了晶體正常成長。但是，母液酸度也不宜過低。否則，除使氨和吡啶的吸收率下降外，還易造成飽和器堵塞。特別是當(dāng)母液中的鐵、鋁離子形成fe(oh)3及al(oh)3等沉淀，進(jìn)而生成亞鐵氰化物，使晶體著色并阻礙晶體的成長。當(dāng)酸度低于3.5%時，因母液密度下降，易引起泡沫，使操作條件惡化，生產(chǎn)實踐表明，母液適宜酸度因采用工藝不同而異：鼓泡式飽和器正常操作時酸度保持在4%6%是較合適的，噴淋式飽和器正常操作時酸度保持在3%4%是較合適的，酸洗塔正常操作時酸度保持

31、在2.5%3%是較合適的。2.2.2 溫度和濃度對硫酸銨結(jié)晶的影響 控制母液濃度于“介穩(wěn)區(qū)”內(nèi)可制取大顆粒的結(jié)晶。由圖4-2可見，在一定的酸度下，“介穩(wěn)區(qū)”隨溫度和濃度的變化而變化，若溫度升高介穩(wěn)區(qū)所對應(yīng)的母液中硫酸銨也相應(yīng)升高，反之亦然。 實驗表明，隨著母液溫度的升高，使母液內(nèi)硫酸銨的介穩(wěn)區(qū)維持在較高的范圍內(nèi)，結(jié)晶的成長速率顯著加快，有利于獲得大顆粒結(jié)晶，并且有利于形成較好的晶型。同時，由于警惕體積增長速度加快，就可以把溶液的過飽和度控制在較小范圍之內(nèi)，從而減少了大量形成晶核的出現(xiàn)。但是溫度也不宜過高，溫度過高時，雖能使母液黏度降低，增加了硫酸銨分子向晶體表面擴散速率，有利于結(jié)晶體長大，但也

32、容易因溫度波動而造成過高的過飽和度，易形成大量晶核，而得不到較理想的硫酸銨結(jié)晶體。因此，母液溫度過高或過低都不利于硫酸銨晶體成長。更重要的是，在實際生產(chǎn)中，飽和器內(nèi)母液的溫度要按保持飽和器的水平衡來考慮，為此，一般將飽和器內(nèi)母液溫度控制在5055（不產(chǎn)生粗輕吡啶）或5560（產(chǎn)生粗輕吡啶）。 不過，實際生產(chǎn)中可變因素較多，例如進(jìn)飽和器的溫度、氨氣的流量和速度，硫酸和水的比例等都可能導(dǎo)致維持水平衡的溫度與獲得大顆粒結(jié)晶的溫度不一致的矛盾。高水平的操作人員和管理者，就是要善于預(yù)先判斷，并作出適宜的調(diào)整方案。2.2.3 母液的攪拌對硫酸銨結(jié)晶的影響 攪拌的目的在于使母液的酸度、濃度、溫度均勻，使硫酸

33、銨結(jié)晶在母液中呈懸浮狀態(tài)，延長在母液中的停留時間，這樣有利于硫酸銨分子向結(jié)晶表面擴散，對生產(chǎn)大顆粒硫酸銨是有利的，另外也起到減輕氨吸收設(shè)備堵塞的作用。2.2.4 晶比對硫酸銨結(jié)晶的影響 懸浮于母液中的硫酸銨結(jié)晶的體積對母液與結(jié)晶總體積的比，稱為晶比。飽和器中晶比的大小對硫酸銨粒度、母液中氨飽和量和氨損失量都有直接的影響。晶比太大，相應(yīng)減少氨與硫酸反應(yīng)所需的容積，不利于氨的吸收；并使母液攪拌阻力加大，導(dǎo)致攪拌不良；同時晶比過大，結(jié)晶間的摩擦機會增多，大顆粒結(jié)晶破裂成小粒晶體；并且晶比太大也會使堵塞情況加劇。晶比太小則不利于結(jié)晶的長大。因此，母液中必須控制一定的晶比，以利于得到大顆粒硫酸銨。為了控

34、制晶比，最好在結(jié)晶泵出口管與結(jié)晶槽回溜管間增設(shè)旁通管，用來調(diào)節(jié)飽和器內(nèi)保持適宜的晶比。 一般鼓泡式飽和器晶比保持在40%50%，噴淋式飽和器晶比保持30%40%。酸洗塔法結(jié)晶器中平均母液結(jié)晶質(zhì)量濃度在45%50%。2.2.5 雜質(zhì)對硫酸銨結(jié)晶的影響 母液中含有可溶性和不溶性雜質(zhì)。硫酸銨母液內(nèi)雜質(zhì)的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、脫吡啶母液的處理程度、設(shè)備腐蝕情況及操作條件等。母液中含有的可溶性雜質(zhì)主要有鐵、鋁、銅、鉛、銻、砷等各種鹽類，可溶性雜質(zhì)多半來自硫酸、腐蝕設(shè)備或工業(yè)水帶入，它們的離子吸附在硫酸結(jié)晶的表面，遮蓋了結(jié)晶表面的活性區(qū)域，促使結(jié)晶成長緩慢；有時由于雜

35、質(zhì)在一定晶面上的選擇吸附，以致形成細(xì)小畸形顆粒。此外，隨煤氣帶入的煤焦油霧，有時也會與母液形成穩(wěn)定的乳濁液附著在晶體表面，阻止晶體的成長。 不溶性雜質(zhì)主要是煤氣帶入飽和器的煤焦油霧。2.3 噴淋式飽和器法生產(chǎn)硫酸氨工藝流程 噴淋式飽和器分為上段和下段，上段為吸收室，下段為結(jié)晶室。 由脫硫工序來的煤氣經(jīng)煤氣預(yù)熱器預(yù)熱至6070，或更高溫度，目的是為了保持飽和器水平衡。 煤氣預(yù)熱后，進(jìn)入噴淋式飽和器2的上段，分成兩股沿飽和器水平方向沿環(huán)形室做環(huán)形流動，每股煤氣均經(jīng)過數(shù)個噴頭用含游離酸量3.5%4%的循環(huán)母液噴灑，以吸收幕液中的氨，然后兩股煤氣匯成一股進(jìn)入飽和器的后室，用來自小母液泵6（也稱二次噴灑

36、泵）的母液進(jìn)行二次噴灑，以進(jìn)一步除去煤氣中的氨。煤氣在以切線方向進(jìn)入飽和器內(nèi)的除酸器，除去煤氣中夾帶的酸霧液滴，從上部中心出口管離開飽和器再經(jīng)捕霧器3捕集下煤氣中的微量酸霧后到終冷洗苯工段。噴淋式飽和器后煤氣含氨一般小于0.05g/m3。 飽和器的上段與下段以降液管聯(lián)通。噴灑吸收氨的母液從降液管流到結(jié)晶室的底部，在此晶核被飽和母液推動向上運動，不短地攪拌母液，使硫酸氨晶核長大，并引起顆粒分級。用結(jié)晶泵將其底部的漿液送至結(jié)晶槽14。含有小顆粒的母液上升至結(jié)晶室的上部，母液循環(huán)泵從結(jié)晶室上部將母液抽出，送往飽和器上段兩組噴灑箱內(nèi)進(jìn)行循環(huán)噴灑，使母液在上段和下段之間不斷循環(huán)。 飽和器的上段設(shè)滿流管，

37、保持液面并封住煤氣，使煤氣不能進(jìn)入下段。滿流管插入滿流槽7中也封住煤氣，使煤氣不能外逸。飽和器滿流口溢出的母液流入滿流槽內(nèi)的液封槽，再溢流到滿流槽，然后用小母液泵送至飽和器的后室噴灑。沖洗和加酸時，母液經(jīng)滿流槽至母液儲槽，再用小母液泵送至飽和器。此外，母液儲槽還可供飽和器檢修時儲存母液之用。 結(jié)晶槽的漿液經(jīng)靜置分層，底部的結(jié)晶排入到離心機不可失15，經(jīng)分離和水洗的硫酸氨晶體由膠帶輸送機16送至振動式流化床干燥器材17，并用被空氣熱風(fēng)機場24、25加熱的空氣干燥，再經(jīng)冷風(fēng)冷卻后進(jìn)入硫酸氨儲斗。然后稱量、包裝送入成品庫。離心機濾出的母液與結(jié)晶槽滿流出的母液一同自流回飽和器的下段。干燥硫酸氨的尾氣經(jīng)

38、旋風(fēng)分離器后由排風(fēng)機排至大氣。為了保證循環(huán)母液一定的酸度，連續(xù)從母液循環(huán)泵入口或滿流管處加入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為何90%93%的濃硫酸，維持正常母液酸度。 由油庫送來的硫酸送至硫酸儲槽，再經(jīng)硫酸泵抽出送到硫酸高置槽內(nèi)，然后自流到滿流槽。噴淋式飽和和器法生產(chǎn)硫酸氨工藝，采用的噴淋式飽和器，材質(zhì)為不銹鋼，設(shè)備使用壽命長，集酸洗吸收、結(jié)晶、除酸、蒸發(fā)為一體，具有煤氣系統(tǒng)阻力小，結(jié)晶顆粒大，平均直徑在0.7mm，硫酸氨質(zhì)量好，工藝流程短，易操作等特點。3 工藝計算與設(shè)備選型3.1 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的計算3.1.1 裝煤量的計算 選用jn60-6型2×60孔焦?fàn)t，主要尺寸如下：炭化室有效容積全長（mm）全高(m

39、m)平均寬(mm) 結(jié)焦時間(h)38.515980600045019.5焦?fàn)t生產(chǎn)能力的核算式中 365×24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 ml炭化室的有效裝煤長度 mb炭化室的有效裝煤寬度 m裝煤煤干基堆密度 t(干煤)/一般0.720.75,本設(shè)計取0.75 t運轉(zhuǎn)周期 取設(shè)計結(jié)焦時間25hk干煤全焦率，%。一般0.730.77，本設(shè)計取0.75k考慮到炭化室檢修等原因的減產(chǎn)系數(shù)，取0.97 全焦含水量（取6%）g=3.1.2 煤氣發(fā)生量qth其為裝煤干煤量，取煤氣發(fā)生量mg=340(干煤),緊張系數(shù)為1.07則煤氣發(fā)生量q=&#

40、215;1.07×mg =177.66×1.07×340 =646323.1.3 剩余氨水量(1) 原始數(shù)據(jù) 裝入濕煤量 g´/(1-10%)=177.66/(1-10%)=197.4t/h 配煤水分 10% 化合水 2% 煤氣發(fā)生量 340(干煤) 煤氣初冷器后煤氣溫度 30 30時1煤氣經(jīng)過蒸汽飽和后水汽含量0.0351k g/(2)計算 根據(jù)煤氣初冷系統(tǒng)中的水平衡，可得剩余氨水t/h= 式中 煤氣帶入集氣管中水量t/h 初冷器后煤氣帶走的熱量t/h = 197.4×10% 177.66×(1-10%)×2%

41、= 22.94 t/h = 64632×0.0351 = 2268.5832 kg/h = 2.269 t/h則剩余氨水量為： = =22.942.269= 20.67t/h3.2 飽和器的有關(guān)計算及選型3.2.1 原始數(shù)據(jù)焦?fàn)t干煤裝入量 t/h177.66煤氣發(fā)生量mg (干煤)340氨的產(chǎn)率（揮發(fā)氨） %0.3初冷器后煤氣溫度t 30剩余氨水量 t/h20.67蒸氨廢水中含氨量 g/l0.05剩余氨水中含氨量 g/l3.5直接用蒸汽量（每蒸餾1稀氨水）kg/ 250分縮器后氨氣溫度t 98飽和器后煤氣含氨量 g/0.03硫酸濃度 wt %78煉焦煤含水量 %123.2.2氨平衡及

42、硫酸用量的計算 飽和器的平衡 n總氨飽 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 由平衡知 n = + n+ 則總氨量 n = ×0.3% = 177.66× 0.3% = 532.98kg/h 剩余氨水帶入氨 n =×3.5 = 20.67× 3.5 = 72.35 kg/h 干餾煤氣帶入氨 n1 = nn2= 532.98 72.35=460.63kg/h 干餾煤氣帶出氨 n= 177.66 ×360× 0.03/1000 =1.92 kg/h 蒸氨廢水帶出氨 l = 20.67 20

43、.67× 0.25 = 25.84 t/h n= 25.84××1000 = 1.29 /h 飽和器耗氨量 n =n = 532.98 1.92 1.29=529.77kg/h 由反應(yīng)原理 硫酸吸收氨反映式：2×17 98 132532.98 y x 硫氨產(chǎn)量 x=529.98×132/(2×17)=2057.6 kg/h 硫酸理論耗量 y=529.98×98/(2×17) =1527.6kg/h 換算成 78% 硫酸耗量 =1527.6/ 78% = 1958.4kg/h3.2.3 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。其余有硫酸帶入的水分以及洗滌水等。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120kg/h，氨分縮器后氨汽濃度為10%. 飽和器水平衡如下： 飽 和