煤氣初冷及硫酸銨制取

1、.河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 設(shè)計(jì)闡明PAGE I：.； II設(shè)計(jì)闡明從焦?fàn)t炭化室生成的荒煤氣需在化學(xué)產(chǎn)品回收車間進(jìn)展冷卻、保送，回收煤焦油、氨、硫、苯族烴等化學(xué)產(chǎn)品，同時(shí)凈化煤氣。我在焦?fàn)t煤氣初冷時(shí)采用半負(fù)壓操作系統(tǒng)，這樣有利于吸收氨、苯族烴等，增大吸收推進(jìn)力，有利于提高吸收率和回收率。對(duì)于硫酸銨制取工藝，采用噴淋式飽和器消費(fèi)硫酸銨的工藝，并以飽和器母液消費(fèi)粗輕吡啶。用栲膠法除去硫化氫和氰化氫雜質(zhì)，以洗油方法吸收苯族烴。1. 物料衡算： 計(jì)算基精確實(shí)定： 計(jì)算過(guò)程中的原料耗費(fèi)及物料輸出量(包括參與及不參與反響之物料、雜質(zhì)等各項(xiàng))； 列出主要設(shè)備的輸入及輸出物料平衡表(包括物料稱號(hào)、工業(yè)品組

2、成、分子量、廢品分量等各項(xiàng))； 飽和器的物料平衡圖(原料及產(chǎn)品分量、物料損失等)；2. 熱量衡算(以物料衡算為根底)： 需明確物料進(jìn)入設(shè)備入口溫度，列出熱量衡算方程； 計(jì)算各物理或化學(xué)變化吸收或放出的熱量，特別是潛熱及反響熱的計(jì)算； 對(duì)反響器須計(jì)算各物料進(jìn)出口溫度，及反響器內(nèi)部溫度；換熱器計(jì)算原料及冷卻(加熱)介質(zhì)進(jìn)、出口溫度； 熱量平衡，選擇傳熱構(gòu)造，計(jì)算傳熱面積。此設(shè)計(jì)以噴淋式飽和器為主設(shè)備進(jìn)展計(jì)算，主要附屬設(shè)備有除酸器、結(jié)晶槽、沸騰枯燥器等。對(duì)于飽和器需求得出其煤氣進(jìn)口管直徑、中央煤氣管徑、飽和器的高度和直徑，同時(shí)計(jì)算了除酸器和枯燥器的管徑、內(nèi)徑。圖紙三份，分別為噴淋式飽和器消費(fèi)硫酸銨工

3、藝流程圖、噴淋式飽和器設(shè)備圖、初冷器圖。Design NotesWaste gas generated from the coke oven coking chamber need for cooling in chemical products recovery plant, transportation, recovery of coal tar, ammonia, sulfur, benzene family hydrocarbons and other chemical products, while purifying the gas.Cold coke oven gas to th

4、e semi-vacuum operating system, it is a good absorption of ammonia, benzene family hydrocarbons, increasing the absorption driving force to help improve the absorption rate and recovery.Ammonium sulfate system to take the process, the process of spray saturator to produce ammonium sulfate, and satur

5、ator mother liquor production of crude light pyridine.Tannin extract impurities to remove hydrogen sulfide and hydrogen cyanide, benzene family hydrocarbon wash oil absorption.(1) the material balance: calculate the baseline to determine: calculate the consumption of raw materials and materials in t

6、he process output (including participation in and do not participate in all of the response of materials, impurities, etc.);(3) lists the major equipment input and output material balance (including the material name, the industrial composition, molecular weight, finished weight);Equilibrium diagram

7、 of the saturated materials (raw materials and product weight, material loss, etc.);2 heat balance (material balance based): require explicit material into the device inlet temperature, listed in the heat balance equation; Calculation of the physical or chemical changes in the absorption or release

8、of heat, especially the calculation of latent heat and heat of reaction; reactor required to calculate the inlet and outlet temperatures of the various materials, and the reactor internal temperature; medium into the heat exchanger to calculate the raw materials and cooling (heating) and outlet temp

9、erature;(4) the heat balance, select a heat transfer structure, calculate the heat transfer area.This design spray saturator-based device to calculate the main ancillary equipment acid removal device, crystallization, boiling dryers.Saturation needs to come to the height and diameter of the gas inle

10、t tube diameter, the central gas pipe diameter, saturated, and the calculated diameter, inside diameter, in addition to the acid and dryers.Drawing three, respectively, for the spray saturator production of ammonium sulfate process flow chart diagram of the spray saturator equipment, Primary Cooler

11、map河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 目 錄 目 錄TOC o 1-3 h u HYPERLINK l _Toc4508 主要符號(hào)闡明 PAGEREF _Toc4508 1 HYPERLINK l _Toc7142 引 言 PAGEREF _Toc7142 2 HYPERLINK l _Toc28617 1 焦?fàn)t煤氣初冷工藝 PAGEREF _Toc28617 4 HYPERLINK l _Toc11150 1.1 集氣管冷卻 PAGEREF _Toc11150 4 HYPERLINK l _Toc25314 1.2 初冷器冷卻 PAGEREF _Toc25314 4 HYPERLINK l _

12、Toc2607 1.3 煤氣的直接冷卻工藝 PAGEREF _Toc2607 6 HYPERLINK l _Toc17622 2 初冷工藝的計(jì)算 PAGEREF _Toc17622 8 HYPERLINK l _Toc31208 2.1 集氣管的物料平衡和熱計(jì)算 PAGEREF _Toc31208 8 HYPERLINK l _Toc1935 2.1.1 物料衡算 PAGEREF _Toc1935 8 HYPERLINK l _Toc1074 2.1.2 集氣管的熱量衡算 PAGEREF _Toc1074 10 HYPERLINK l _Toc22768 2.2 橫管初冷器熱量和物料衡算 PA

13、GEREF _Toc22768 14 HYPERLINK l _Toc2160 2.2.1 橫管初冷器的物料衡算 PAGEREF _Toc2160 14 HYPERLINK l _Toc1974 2.2.2 橫管初冷器的熱量衡算 PAGEREF _Toc1974 16 HYPERLINK l _Toc23493 2.3主要設(shè)備計(jì)算 PAGEREF _Toc23493 20 HYPERLINK l _Toc14437 2.4 剩余氨水量的計(jì)算 PAGEREF _Toc14437 26 HYPERLINK l _Toc27853 3 硫酸銨制取工藝 PAGEREF _Toc27853 28 HYP

14、ERLINK l _Toc12975 4 硫酸銨工藝計(jì)算 PAGEREF _Toc12975 31 HYPERLINK l _Toc12781 4.1物料衡算 PAGEREF _Toc12781 31 HYPERLINK l _Toc4849 4.1.1氨平衡計(jì)算 PAGEREF _Toc4849 31 HYPERLINK l _Toc8024 4.1.2 程度衡的計(jì)算 PAGEREF _Toc8024 32 HYPERLINK l _Toc18620 4.2 母液最低溫度確實(shí)定 PAGEREF _Toc18620 32 HYPERLINK l _Toc2550 4.3熱平衡計(jì)算 PAGERE

15、F _Toc2550 33 HYPERLINK l _Toc21125 5 硫酸銨消費(fèi)的主設(shè)備的計(jì)算 PAGEREF _Toc21125 38 HYPERLINK l _Toc18131 6 硫酸銨附屬設(shè)備的計(jì)算 PAGEREF _Toc18131 42 HYPERLINK l _Toc26604 6.1 結(jié)晶槽 PAGEREF _Toc26604 42 HYPERLINK l _Toc4803 6.2 沸騰枯燥器 PAGEREF _Toc4803 42 HYPERLINK l _Toc3910 6.2.1 沸騰床最低流態(tài)化速度確實(shí)定 PAGEREF _Toc3910 44 HYPERLINK

16、 l _Toc27736 6.2.2 枯燥器直徑確實(shí)定 PAGEREF _Toc27736 45 HYPERLINK l _Toc16448 6.2.3 枯燥器溢流口高度確實(shí)定 PAGEREF _Toc16448 46 HYPERLINK l _Toc6754 6.3 除酸器 PAGEREF _Toc6754 46 HYPERLINK l _Toc1241 6.3.1 除酸器煤氣進(jìn)口尺寸 PAGEREF _Toc1241 46 HYPERLINK l _Toc11151 6.3.2 出口管直徑 PAGEREF _Toc11151 47 HYPERLINK l _Toc21261 6.3.3 除

17、酸器的內(nèi)徑 PAGEREF _Toc21261 47 HYPERLINK l _Toc24547 6.3.4 出口管在器內(nèi)部分的高度 PAGEREF _Toc24547 47 HYPERLINK l _Toc27870 7 后續(xù)工序的設(shè)計(jì)闡明 PAGEREF _Toc27870 48 HYPERLINK l _Toc13092 7.1 中和器法提取粗輕吡啶工藝流程 PAGEREF _Toc13092 48 HYPERLINK l _Toc16801 7.2 焦?fàn)t煤氣中硫化氫和氰化氫的脫除 PAGEREF _Toc16801 48 HYPERLINK l _Toc14187 7.3 洗油吸收煤氣

18、中的苯族烴 PAGEREF _Toc14187 50 HYPERLINK l _Toc25274 設(shè)計(jì)結(jié)果 PAGEREF _Toc25274 51 HYPERLINK l _Toc10616 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc10616 52 HYPERLINK l _Toc28457 附 錄 PAGEREF _Toc28457 53 HYPERLINK l _Toc13444 致 謝 PAGEREF _Toc13444 54河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 主要符號(hào)闡明主要符號(hào)闡明煤氣流量 溫度 蒸汽量 煤氣含氨量 熱量 干煤裝入量 體積流量 體積 速度 直徑及高度 密度 黏度 面積 熱容 k

19、J/kgK 熱焓 KJ/ 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 引 言 引 言焦?fàn)t煤氣的處置采用半負(fù)壓操作系統(tǒng)，煤氣的初冷采用的是橫管式間接初冷器。首先，概述了煤氣初步冷卻的目的意義，引見(jiàn)了鼓風(fēng)冷凝工段的工藝流程，常用的初冷工藝及工藝流程中的常用設(shè)備，并對(duì)鼓冷工段進(jìn)展了物料衡算和熱量衡算。經(jīng)過(guò)熱量衡算和物料衡算確定了設(shè)備的選型。其次，采用噴淋式飽和器消費(fèi)硫酸銨的工藝，并以飽和器母液消費(fèi)粗輕吡啶。最后，對(duì)脫硫和苯回收工藝作闡明。同時(shí)也對(duì)引見(jiàn)了用硫酸法吸收氨制取硫酸銨的工藝，并對(duì)硫酸吸收氨的工藝原理及本卷須知做了一些闡明，以及對(duì)硫酸銨消費(fèi)工藝的物料衡算和熱量衡算，硫酸銨消費(fèi)的主設(shè)備及輔助設(shè)備的設(shè)計(jì)計(jì)算。并

20、從硫酸銨母液中回收粗輕吡啶。對(duì)于煤氣中的硫化氫和氰化氫的除去在回收煤化學(xué)產(chǎn)品具有重要作用，并經(jīng)過(guò)栲膠法將硫化氫和氰化氫除去，由于焦化廠消費(fèi)硫酸銨需求大量的硫酸，而經(jīng)過(guò)設(shè)置脫硫安裝并回收硫化氫制造硫酸，可以節(jié)省所需硫酸量的一半左右，并使資源得到合理的利用，故脫除硫化氫和氰化氫必需注重。洗油吸收煤氣中粗苯蒸氣的過(guò)程是物理吸收過(guò)程，當(dāng)煤氣中粗苯蒸氣的分壓大于洗油外表上粗苯蒸氣時(shí)，煤氣中的粗苯就被洗油吸收。煤氣的初步冷卻分兩步進(jìn)展：第一步是在集氣管及橋管中用大量循環(huán)氨水噴灑，使煤氣冷卻到8090；第二步再在煤氣初冷器中冷卻。可將煤氣冷卻到2565。煤氣的初冷，保送及初步凈化，是煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收工藝過(guò)程

21、的根底。其操作運(yùn)轉(zhuǎn)的好壞，不僅對(duì)回收工段的操作有影響，而且對(duì)焦油蒸餾工段及煉焦?fàn)t的操作也有影響。因此，對(duì)這部分工藝及設(shè)備的研討都很注重。煤氣初冷的目的一是冷卻煤氣，二是使焦油和氨水分別，并脫除焦油渣。在煉焦過(guò)程中，從焦?fàn)t炭化室經(jīng)上升管逸出的粗煤氣溫度為650-750，首先經(jīng)過(guò)初冷，將煤氣溫度降至25-30，粗煤氣中所含的大部分水氣、焦油氣、萘及固體微粒被分別出來(lái)，部分硫化氫和氰化氫等腐蝕性物質(zhì)溶于冷凝液中，從而可減少回收設(shè)備及管道的堵塞和腐蝕；煤氣經(jīng)冷卻后，體積變小，從而使鼓風(fēng)機(jī)以較少的動(dòng)力耗費(fèi)將煤氣送往后續(xù)的凈化工序。煤氣經(jīng)初冷后，溫度降低，是保證煉焦化學(xué)產(chǎn)品回收率和質(zhì)量的先決條件。從煤氣初

22、冷過(guò)來(lái)的煤氣中含有一定的氨，由于氨對(duì)干裝入煤的產(chǎn)率普通為0.200.35%。在荒煤氣初步冷卻的過(guò)程中，部分氨轉(zhuǎn)入冷凝氨水中，氨在煤氣和冷凝氨水中的分配，取決于煤氣初冷的方式間冷還是直冷、冷凝氨水的產(chǎn)量和煤氣冷卻的程度。當(dāng)采用間接冷卻時(shí)，煤氣冷卻越低，冷凝氨水量愈大，那么冷卻器后煤氣中含氨量愈少，反之那么愈多。普通情況下，在采用混合氨水流程時(shí)，初冷器后煤氣中的含氨量約為48。目前，中國(guó)焦化廠煉焦時(shí)生成的氨主要經(jīng)過(guò)消費(fèi)硫酸銨，也有用磷酸吸收氨制取無(wú)水氨的工藝，因所得產(chǎn)質(zhì)量量高，技術(shù)先進(jìn)，得到運(yùn)用和開(kāi)展。消費(fèi)濃氨水工藝，因氨易揮發(fā)損失，污染環(huán)境，產(chǎn)品運(yùn)輸困難，故此工藝在大廠沒(méi)有采用。并在制取硫酸銨的

23、同時(shí)，粗輕吡啶鹽基從硫酸銨母液中提取回收。也對(duì)除去硫化氫和氰化氫的方法做了引見(jiàn)，還涉及了苯族烴的回收的設(shè)計(jì)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 焦?fàn)t煤氣初冷工藝1 焦?fàn)t煤氣初冷工藝在煉焦過(guò)程中，從焦?fàn)t炭化室出來(lái)的粗煤氣溫度為650800。此時(shí)煤氣中含有水蒸氣、焦油霧、苯族烴、硫化物、氰化物、氨、萘及其他化合物。為回收和處置這些化合物，并使煤氣體積變小，便于保送，首先應(yīng)將煤氣進(jìn)展冷卻。煤氣初冷普通分為集氣管冷卻和初冷器冷卻兩個(gè)步驟。1.1 集氣管冷卻焦?fàn)t炭化室的高溫粗煤氣露點(diǎn)為65左右在橋管和集氣管內(nèi)用壓力為0.150.2MPa、溫度為7075的循環(huán)氨水經(jīng)過(guò)噴頭劇烈噴灑，如圖1-1所示。部分氨水吸收大

24、量顯熱迅速蒸發(fā)，煤氣溫度由650800降至8085，并為水氣所飽和。隨著煤氣的冷卻，煤氣中50%60%的煤焦油被冷凝下來(lái)，其中一小部分與煤氣中的煤、焦微粒混合成為焦油渣。冷卻后的煤氣與氨水和煤焦油等液體在氣液分別器中分別，煤氣流向焦?fàn)t煤氣初冷器，氨水、焦油和焦油渣那么進(jìn)入焦油氨水分別器，按密度進(jìn)展分別。大部分氨水用泵送回集氣管噴灑，小部分剩余氨水經(jīng)溶劑脫酚、蒸氨和生物脫酚等多級(jí)處置后外排。焦油送煤焦油加工安裝處置。焦油渣回配入裝爐煤。1.2 初冷器冷卻初冷器冷卻的方法有間接初冷法、直接初冷法和間接-直接初冷法三種。間接初冷法的煤氣冷卻和凈化效果好，為世界各國(guó)廣泛采用；直接初冷法，冷卻水和煤氣直

25、接接觸，有較好的凈化效果，但因設(shè)備較多，投資較大，運(yùn)用不如間接初冷器普遍；間接-直接初冷法是70年代后開(kāi)展的初冷方法，煤氣初冷和凈化效果好，但設(shè)備多，投資大，未能廣泛采用。間接初冷法的工藝流程如圖1-1所示。圖1-1間接初冷法工藝流程1氣液分別器；2間接初冷器；3焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)；4電捕焦油器；5冷凝液槽；6冷凝液液下泵；7、8水封槽；9焦油氨水分別器；10氨水中間槽；11事故氨水槽；12焦油貯槽；13焦油中間槽；14-冷凝液中間槽該流程在我國(guó)得到廣泛采用。粗煤氣與噴灑氨水冷凝焦油等沿吸煤氣主管首先進(jìn)入氣液分別器，煤氣與焦油、氨水、焦油渣等在此處分別。分別下來(lái)的焦油、氨水和焦油渣一同進(jìn)入焦油氨水

26、廓清槽，經(jīng)過(guò)廓清分成三層：上層為氨水，中層為焦油，下層為焦油渣。沉淀下來(lái)的焦油渣由刮板保送機(jī)延續(xù)刮送至漏斗處排出槽外。焦油那么經(jīng)過(guò)液面調(diào)理器流至焦油中間槽，由此用泵送至焦油貯槽，經(jīng)初步脫水后，再用泵送往焦油車間。氨水由廓清槽的上部滿流到氨水中間槽，再用循環(huán)氨水泵送回焦?fàn)t集氣管噴灑以冷卻粗煤氣。這部分氨水稱為循環(huán)氨水。經(jīng)氣液分別后的煤氣進(jìn)入數(shù)臺(tái)并聯(lián)的立管式間接初冷器內(nèi)用水間接冷卻。煤氣走管間，冷卻水走管內(nèi)。煤氣與冷卻介質(zhì)不直接接觸，氣液兩相只是間接傳熱而不發(fā)生傳質(zhì)過(guò)程。在初冷器內(nèi)，煤氣中焦油氣、水氣和萘大部分都冷凝下來(lái)，煤氣中一部分氨、硫化氫和氰化氫等溶解于冷凝液中，煤氣那么被凈化。粗煤氣經(jīng)過(guò)間

27、接初冷器，溫度從8085降至2535，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)送入電捕焦油器除去煤氣中的焦油霧后，送往煤氣凈化的后續(xù)工藝安裝。由初冷器、焦?fàn)t煤氣鼓風(fēng)機(jī)和電捕焦油器排出的冷凝液以及由氣液分別器下來(lái)的焦油氨水和冷凝液，在焦油氨水分別器中沉降分層后所礙的氨水，作為循環(huán)氨水送回集氣管，剩余氨水送溶劑脫酚安裝；煤焦油送入焦油貯槽；焦油渣回配入裝爐煤。冷卻后的煤氣中焦油含量降至1.52g/m3，經(jīng)鼓風(fēng)機(jī)和電捕焦油器進(jìn)一步分別后，最終降至0.05g/m3。間接初冷法的主要設(shè)備是間接式初冷器。間接初冷器是一種列管式固定管板換熱器。在初冷器內(nèi)，煤氣走管外，冷卻水走管內(nèi)。兩者逆流或錯(cuò)流經(jīng)過(guò)管壁間接換熱，使煤氣冷卻。間接初冷器有立

28、管式和橫管式兩種。立管式初冷器如圖1-2所示。其換熱器豎直放置，殼體截面有圓形、長(zhǎng)圓形和方形。換熱器管徑有38mm、45mm、57mm和76mm幾種。折流板與管子同向，折流板間距由熱端至冷端逐漸減小，以使煤氣流速根本不變。水箱隔板與折流板對(duì)應(yīng)放置，構(gòu)成圖1-3立管式初冷器冷卻水與煤氣逆流間接換熱。上水箱敞開(kāi)，冷卻水自流經(jīng)過(guò)冷卻器。這種初冷器構(gòu)造簡(jiǎn)單，管內(nèi)結(jié)的水垢便于清掃；但冷卻水流速低，傳熱效果差，煤氣中萘的凈化不好。圖1-2立管式初冷器橫管式初冷器如圖1-3所示。其換熱管與程度面成3角橫放，殼體截面為矩形。管板外側(cè)管箱與冷卻水管連通，構(gòu)成冷卻水通道，可分兩段或三段供水。兩段供水是供低溫水和循

29、環(huán)水，三段供水那么供低溫水、循環(huán)水和采暖水。煤氣自上而下經(jīng)過(guò)初冷器。冷卻水由每段下部進(jìn)入，低溫水供入最下段，以提高傳熱溫差，低煤氣出口溫度。在冷卻器殼程各段上部，設(shè)置噴灑安裝，延續(xù)噴灑含煤焦油的氨水，以清洗管外壁集結(jié)的焦油和萘，同時(shí)可以從煤氣中吸收一部分萘。橫管式初冷器構(gòu)造復(fù)雜，管內(nèi)積結(jié)的水垢難于清掃；但冷卻水流速高，傳熱效率好，冷卻后的煤氣含萘低，凈化好。圖 1-3 橫管式初冷器1.3 煤氣的直接冷卻工藝煤氣的直接冷卻，是在直接式煤氣初冷塔內(nèi)由煤氣和冷卻水直接接觸傳熱完成的。我國(guó)小焦化大都用此流程。由煤氣主管來(lái)的80-85的煤氣，經(jīng)過(guò)氣液分別器進(jìn)入并聯(lián)的直接式煤氣初冷塔，用氨水噴灑冷卻到25

30、-28，然后由鼓風(fēng)機(jī)送至電捕焦油器，電捕除焦油霧后，將煤氣送往回收氨工段。由氣液分別器分別出的氨水，煤焦油和焦油渣，經(jīng)過(guò)焦油盒分別出焦油渣后流入焦油氨水廓清池，從廓清池出來(lái)的氨水用泵送回集氣管噴灑冷卻煤氣。廓清槽底部的煤焦油流入煤焦油池，然后用泵抽送到煤焦油槽中，再送往煤焦油車間加工處置。煤焦油盒底部的煤焦油渣人工撈出。初冷塔底部流出的氨水和冷凝液經(jīng)水封槽進(jìn)入初冷氨水廓清池，與洗氨塔來(lái)的氨水混合并在廓清池與煤焦油進(jìn)展分別。分別出來(lái)的煤焦油與上述煤焦油混合。廓清后的氨水那么用泵送入冷卻器冷卻后，送至初冷塔循環(huán)運(yùn)用。剩余氨水那么送去蒸氨或脫酚。從初冷塔流出的氨水，由氨水管路上引出支管至煤焦油氨水廓

31、清池，以補(bǔ)充焦?fàn)t用循環(huán)氨水的蒸發(fā)損失。煤氣直接冷卻，不但冷卻了煤氣，而且具有凈化煤氣的良好效果。據(jù)某廠實(shí)測(cè)消費(fèi)數(shù)聽(tīng)闡明，在直接式煤氣初冷塔內(nèi)，可以洗去90%以上的煤焦油，80%左右的氨，60%以上的萘，以及50%的硫化氫和氰化氫。這對(duì)后面洗氨洗苯過(guò)程及減少設(shè)備腐蝕都有益處。同煤氣間接冷卻相比，雖然直接冷卻具有冷卻效率高，煤氣壓損失小，基建投資少等優(yōu)點(diǎn)。但直接初冷工藝流程較復(fù)雜，動(dòng)力耗費(fèi)大，循環(huán)氨水冷卻器易腐蝕易堵塞，各廓清池污染也嚴(yán)重，大氣環(huán)境惡劣等缺陷。綜上我采用橫管式間接初冷器對(duì)煤氣進(jìn)展初冷的設(shè)計(jì)。河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 初冷工藝的計(jì)算2 初冷工藝的計(jì)算2.1 集氣管的物料平衡和熱計(jì)

32、算2.1.1 物料衡算干煤量，1噸煤產(chǎn)焦?fàn)t煤氣340，每小時(shí)裝入干煤量120，一年開(kāi)工300天，每天24小時(shí)。原始數(shù)據(jù)產(chǎn)品產(chǎn)率對(duì)干煤質(zhì)量焦?fàn)t煤氣 14水分化合水2.2，配煤水分7.8 10焦油 4.0粗苯 1.0氨 0.3硫化氫 0.3焦炭 76煉焦煤氣組成體積% 57 27 6 5 2.2 2.3 0.5每小時(shí)裝入濕煤量：120=133t/h裝入煤帶水量：133-120=13t/h1進(jìn)入集氣管的物料kg/h干煤氣 1203400.47=19176m3水蒸氣 1200000.022+13000=15640焦油氣 1200000.04=4800粗苯氣 1200000.011=1320硫化氫 12

33、00000.003=360氨 1200000.003=360合計(jì) 41656干煤氣密度：=0.572+0.2716+0.0628+0.0528+0.02244+0.02328+0.00532=0.45/m3按體積計(jì)的物料為 干煤氣 120340=40800水蒸氣 15640=19463焦油氣 4800=632粗苯氣 1320=356硫化氫 360氨 360合計(jì) 61954其中：170焦油平均分子量 83粗苯平均分子量 34硫化氫分子量2分開(kāi)集氣管煤氣的組成在集氣管中有60%焦油氣冷凝，即為：48000.6=2880kg/h或6320.4=253m3/h設(shè)在集氣管中有M kg/h的水蒸發(fā)，即M

34、m3/h。而集氣管中的蒸發(fā)水量M是在熱平衡中確定的。表1集氣管的物料組成物料稱號(hào)輸入輸出Kg/hm3/hKg/hm3/h干煤氣19176408001917640800水蒸氣156401946315640+M19463+1.24M焦油氣48006321920253粗苯氣13203561320356硫化氫360237360237氨360474360474合計(jì)416566195438776+M61583+1.24M2.1.2 集氣管的熱量衡算經(jīng)過(guò)集氣管的熱平衡計(jì)算已確定蒸發(fā)水量M及煤氣出口的露點(diǎn)溫度。輸入熱量：1.煤氣帶入的熱量Q11干煤氣帶入的熱量：設(shè)煤氣的入口溫度為650，干煤氣比熱為：Cg=0

35、.570.313+0.270.5566+0.060.3265+0.050.3235+0.0220.4943+0.0230.717+0.0050.34094.186=1.7kJ/m3即q1=191763.8650=47364720kJ/h2水蒸氣帶入熱量q2=15640(2308+2.02650)=56530780kJ/h式中：23080時(shí)水蒸氣的焓，KJ/Kg2.02水蒸氣在0-650時(shí)的平均比熱，KJ/Kg3焦油氣帶入的熱量焦油氣比熱：Cc=0.305+0.39210-3t4.186=(0.305+0.39210-3650)4.186=2.3KJ/q3=4800(88+2.3650)=759

36、8400KJ/h式中：880時(shí)焦油氣的焓，KJ/4粗苯帶入的熱量粗苯氣比熱：CB=1.9KJ/式中：W粗苯的平均分子量，取W=83q4=13201.9650=1630200KJ/h5硫化氫帶入的熱量q5=3601.15650=269100KJ/h式中：1.150-660范圍內(nèi)硫化氫的平均比熱，KJ/6氨帶入的熱量q6=3602.61650=610740KJ/h式中：2.61氨的比熱，KJ/煤氣輸入的熱量：Q1=q1+q2+q3+q4+q5+q6=47364720+56530780+7598400+1630200+269100+610740=114003940KJ/h2.循環(huán)氨水帶入的熱量Q2

37、Q2=W1T1式中：W1循環(huán)氨水，/h T1循環(huán)氨水溫度，每噸干煤所用循環(huán)氨水量5-6m3/h，那么：W1=1206=720m3/h循環(huán)氨水溫度應(yīng)比進(jìn)入集氣管的煤氣露點(diǎn)溫度高5-10，以保證水的蒸發(fā)動(dòng)力。設(shè)集氣管中煤氣的總壓力為101.325KPa，那么水蒸氣分壓為： Pv=101.325相應(yīng)的露點(diǎn)溫度為70.88取循環(huán)氨水的實(shí)踐溫度T1=77 Q2=7201.11000774.186=254913120KJ/h那么總輸入量：Q入=Q1+Q2=114003940+254913120=368917060KJ/h輸出熱量：1.煉焦煤氣帶走的熱量Q31干煤氣帶走的熱量設(shè)集氣管出口煤氣溫度為82，干煤

38、氣在0-82的平均比熱為：Cg=(0.570.306+0.270.384+0.060.31+0.0050.309+0.020.392+0.0230.518+0.0050.314)4.18=1.4KJ/m3或：KJ/q1=19176382=4717296KJ/h2水蒸氣帶出的熱量q2=(15640+M)(2487+1.8382)=41243618+2637M式中：1.83水蒸氣的比熱，KJ/3焦油氣帶走的熱量焦油氣的比熱：Cc=(0.305+0.39210-382)4.18=1.4KJ/q3=1920(367.8+1.482)=926592KJ/h(4)粗苯氣帶走的熱量粗苯氣的比熱：CB=KJ/

39、q4=13201.182=119064KJ/h式中：83粗苯氣的平均分子量5氨帶走的熱量q5=3602.1182=62287KJ/式中：2.11氨的比熱，KJ/6硫化氫帶走的熱量q6=3600.99582=29372KJ/式中：0.995硫化氫的比熱，KJ/那么煉焦煤氣帶走的熱量為：Q3=q1+q2+q3+q4+q5+q6=4717296+41243618+2637M+926592+119064+62287+329372=47098229+2637M2.循環(huán)氨水和冷凝焦油帶走的熱量Q4設(shè)循環(huán)氨水及冷凝焦油在集氣管中的溫度為80焦油的比熱：Cc=(0.327+0.3110-380)4.186=1

40、.471KJ/那么Q4=720000-M4.18+28801.580=241219280-334.4MKJ/h3.集氣管周圍散熱損失Q5Q5=1+2Ft1t2式中：1+2集氣管壁對(duì)空氣的對(duì)流和輻射給熱系數(shù)，KJ/h可按下式求出：1+2=33.44+0.209t1；t1集氣管壁溫度，取100那么1+2=33.44+0.209100=54.34 KJ/ht2空氣溫度，取25F集氣管總的外外表積，按下式求出：F=2DL=23.141.350=408.2式中：D集氣管的直徑，mL集氣管長(zhǎng)度，m2焦?fàn)t座數(shù)那么散熱量為：Q5=54.34408.2100-25=1663619KJ/h所以，總的輸出量為：Q出

41、=Q3+Q4+Q5=47098229+2637M+241219280334.4M+1663619=289981128+2302.6M令Q入=Q出那么有：368917060=289981128+2302.6M M=34281/h34281=42661集氣管出口煤氣總體積：61583+42661=104244集氣管煤氣出口水蒸氣體積：19463+42661=62124集氣管出口煤氣中水蒸氣分壓：P=101.325=50KPa相應(yīng)煤氣出口溫度81.682露點(diǎn)，與假設(shè)相符。表2集氣管的熱平衡KJ/h物料稱號(hào) 輸入熱量 輸出熱量干煤氣 47364720 4717296水蒸氣 56530780 13164

42、2615焦油氣 7598400 926592粗苯氣 1630200 119064硫化氫 269100 29372氨 610740 62287小計(jì) 114003940 497226循環(huán)氨水 254913120 229410114焦油 345600集氣管熱損失 1663619合計(jì) 368917060 3689165592.2 橫管初冷器熱量和物料衡算本塔采用三段冷卻流程，第一段煤氣從82冷卻到65；第二段從65冷卻到45。第一段采用58-68的采暖循環(huán)水，第二段采用30-40的循環(huán)水。2.2.1 橫管初冷器的物料衡算表3進(jìn)入初冷器的物料組成如下物料稱號(hào) 干煤氣 19176 40800水蒸氣 499

43、21 62124焦油氣 1920 253粗苯氣 1320 356硫化氫 360 237氨 360 474小計(jì) 73057 1042441一段初冷器出口煤氣中水蒸氣量的計(jì)算知煤氣出口溫度為65壓力47KPa，在初冷器中大部分焦油氣冷凝。即焦油氣在第一段冷凝了60%，溶解于剩余氨水中的氨、硫化氫和二氧化碳的總量為107m3并且溶解了60%。第一段初冷器煤氣出口所含水蒸氣量按下式計(jì)算：Vv=Vcg式中：Vcg初冷器出口干的煤氣體積，p水蒸氣在65時(shí)的分壓，p=2547毫米水柱P段初冷器出口煤氣壓力，P=9983毫米水柱而Vcg=104244-62124-253+1070.6=41904Vv=4190

44、418=11534kg/h2二段初冷器出口煤氣中水蒸氣量的計(jì)算在二段中設(shè)焦油蒸氣全部冷凝下來(lái)，氨、硫化氫和二氧化碳溶于剩余氨水中。水蒸氣量按下式計(jì)算：式中：Vcg初冷器出口干的煤氣體積，p水蒸氣在45時(shí)的分壓，p=974毫米水柱P二段初冷器出口煤氣壓力，P=9933毫米水柱而Vcg=104244-62124-253+107=41760Vv=4176018=3648kg/h經(jīng)過(guò)計(jì)算得，在一、二段初冷器中冷凝的水蒸氣量為：499213648=46273kg/h送到溶劑脫酚去的氨水量為：156403648=11992kg/h需求補(bǔ)充到循環(huán)氨水中的冷凝水量為：46273-11992=34281kg/h

45、設(shè)剩余氨水含氨5，含硫化氫2，含二氧化碳2，那么溶解于剩余氨水中的二氧化碳和硫化氫各為：119920.002=24kg/h或:：H2S 15.8,CO212.2溶解于剩余氨水中的氨為：040.005=60kg/h或79因此兩段冷卻流程的橫管式初冷器的物料平衡見(jiàn)下表：表4兩段冷卻流程橫管式初冷器的物料平衡表物料稱號(hào)輸入輸出Kg/hKg/h干煤氣19176408001915240787.8水蒸氣499216212436484540焦油氣1920253粗苯氣13203561320356硫化氫360237336221.5氨360474300395小計(jì)730571042442292244026水4808

46、5溶解氣體125123焦油1920253總計(jì)73057730502.2.2 橫管初冷器的熱量衡算經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，我們確定了物料在初冷器中的根本運(yùn)轉(zhuǎn)情況，下面我們要經(jīng)過(guò)熱量衡算來(lái)確定橫管初冷器各段所需的冷卻水量。1) 第一段初冷器的熱量衡算采暖循環(huán)水段輸入熱量1.煤氣的帶入熱量：Q1=497226kJ/h2.冷卻水帶入的熱量：Q2=Wtw4.18 kJ/h式中：W初冷器所需求冷卻水量，kg/hTw冷卻水入口溫度，tw=58故：Q2=242.44WkJ/h那么輸入總熱量：Q入=497226+242.44WkJ/h3.循環(huán)氨水的量帶入的量每噸干煤所用循環(huán)氨水量5-6m3/h，那么：W1=19.156

47、=114m3/h m=114000+36093=150093kg/h輸出熱量1.煤氣帶走的熱量設(shè)在第一段初冷器的煤氣出口處溫度為65，那么在下邊的計(jì)算中運(yùn)用到以下數(shù)據(jù)：物料稱號(hào) 溫度() 比熱kJ/kgK干煤氣 65 3.003水蒸氣 65 1.906粗苯氣 65 1.129氨 65 2.245硫化氫 65 1.099焦油氣 65 1.379干煤氣帶走的熱量：q1=191523.00365=3721978kJ/h水蒸氣帶走的熱量：q2=14353(2487.1+1.90665)=37475539kJ/h粗苯氣帶走的熱量：q3=13201.12965=96868kJ/h氨帶走的熱量：q4=360

48、-600.60.872.24565=47280kJ/h硫化氫帶走的熱量：q5=360-240.60.941.09965=24042kJ/h焦油氣帶走的熱量：q6=1920-19200.61.39765=69738kJ/h那么煤氣帶出的總熱量為：Q3=q1+q2+q3+q4+q5+q6=3721978+37475539+96868+47280+24042+69738=41435445kJ/h2.水和焦油帶走的熱量Q4在第一段初冷器中，水和焦油的平均溫度為：tcp=83而焦油比熱為：Cc=(0.327+0.3110-383)4.186=1.5kJ/kgK水的比熱為4.18kJ/kgK所以：Q4=(

49、49921-14353)4.18+19200.61.583=12483386kJ/h3.冷卻水帶走的熱量：Q5=68W4.18式中：68冷卻水的出口溫度，循環(huán)氨水帶出的熱這樣就可以得到第一段初冷器總的輸出熱量為：Q出=Q3+Q4+Q5+Q氨出=74258768+284.24W kJ/hQ入=Q出即147667195+242.44W=74258768+284.24W得第一段所用高溫循環(huán)水量為：W=1756182kg/h即W=1756m3/h2) 第二段初冷器的熱量衡算輸入熱量1.煤氣、水和焦油的帶入熱量：Q6=Q3+Q4=53918831kJ/h2.冷卻水帶入的熱量：Q7=W2tw4.18 kJ

50、/h式中：W2初冷器所需求冷卻水量，kg/htw冷卻水入口溫度，故：Q7=125.4W2 kJ/h那么第二段輸入總熱量：Q入2=46032721+125.4W2 kJ/h循環(huán)氨水帶入的熱量輸出熱量1.煤氣帶走的熱量設(shè)在第二段初冷器的煤氣出口處溫度為45，那么在下邊的計(jì)算中運(yùn)用到以下數(shù)據(jù)：物料稱號(hào) 溫度() 比熱kJ/kgK干煤氣 45 2.987水蒸氣 45 1.868粗苯氣 45 1.099氨 45 2.123硫化氫 45 1.037焦油氣 45 1.350第二段初冷器中煤氣帶走的熱量：干煤氣帶走的熱量： q1=191522.98745=2563052kJ/h水蒸氣帶走的熱量： q2=364

51、8(2487.1+1.86845)=9379592kJ/h粗苯氣帶走的熱量： q3=13201.09945=65281kJ/h氨帶走的熱量： q4=3002.12345=28661kJ/h硫化氫帶走的熱量： q5=3361.03745=15679kJ/h焦油氣帶走的熱量： q6=1921.3545=11664kJ/h那么煤氣帶出的總熱量為：Q8=q1+q2+q3+q4+q5+q6=12323902kJ/h2.水和焦油帶走的熱量Q9在第二段初冷器中，水和焦油的平均溫度為：tcp=54.4而焦油比熱為：Cc=(0.327+0.3110-354.4)4.186=1.438kJ/kgK水的比熱為4.1

52、8 kJ/kgK所以：Q9=(462734.18+19201.438)54.4=10672306kJ/h3.冷卻水帶走的熱量：冷卻水升溫后，Q10=42W 24.18式中：42二段循環(huán)水的出口溫度，循環(huán)氨水的熱這樣就可以得到第二段初冷器總的輸出熱量為：Q出2=Q8+Q9+Q10+ =55540107+175.56W2Q入2=Q出2得第二段所用循環(huán)水量為：W2=519159kg/h即W2=519m3/h經(jīng)過(guò)上面的計(jì)算，我們了解了初冷器各段的熱平衡情況并經(jīng)過(guò)熱平衡計(jì)算出了各段所需的冷卻水量，由此可得出整個(gè)初冷器的熱平衡如下表：表5初冷器熱平衡荒煤氣總的輸入熱量 497226kJ/h輸出熱量kJ/h

53、煤氣帶走的熱量 12323902冷凝液帶走的熱量 10672306一段采暖水帶走的熱量 73408408二段采暖水帶走的熱量 26041015循環(huán)氨水帶走的熱量 32543899 小計(jì) 1549895302.3主要設(shè)備計(jì)算初冷器的工藝計(jì)算1.計(jì)算第一段總傳熱系數(shù)1從煤氣至金屬壁的給熱系數(shù)1按下式計(jì)算：lg1=1.69+0.0246x式中：x水蒸氣體積占濕煤氣總體積的平均百分?jǐn)?shù)而，x=43lg1=1.69+0.024643=2.71=559.5kcal/hK=2342KJ/h(2)計(jì)算從金屬壁至水的給熱系數(shù)2按下式計(jì)算2=0.023Re0.8Pr0.4為求得給熱系數(shù)1必需先確定水流速，設(shè)采用冷卻

54、面積為2500的橫管初冷器，其水通路面積為0.046，流水管為Cr5Mo65mm7mm的無(wú)縫碳鋼管。那么水在第一段初冷器內(nèi)的平均流速為： U=0.66m/s式中：1756初冷器所需采暖循環(huán)水量58，m3/h 16初冷器臺(tái)數(shù)當(dāng)采暖循環(huán)水的平均溫度為63時(shí)，其物理常數(shù)為比熱 c=4.18KJ/導(dǎo)熱系數(shù) =238KJ/mh動(dòng)力黏度 =0.4483厘泊密度 =982/m3Pr=3.6=3.6=0.0283水在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)Re=1000=1000=73732因Re10000，故水在管內(nèi)處于湍流形狀，這時(shí)=1所以有：2=0.023Re0.8Pr0.4 =0.023737320.80.02830.41

55、=202104KJ/h(3)計(jì)算第一段總傳熱系數(shù)第一段傳熱系數(shù)K1由下式得到 K1=式中：是管壁的熱阻，取為h/KJ 是管壁的熱阻，取為h/KJK1=1077KJ/h經(jīng)過(guò)計(jì)算得到了第一段的總傳熱系數(shù)K1=1077KJ/h2.計(jì)算第二段總傳熱系數(shù)1從煤氣至金屬壁的給熱系數(shù)1按下式計(jì)算：lg1=1.69+0.0246x式中：x水蒸氣體積占濕煤氣總體積的平均百分?jǐn)?shù)而，x=26lg1=1.69+0.024626=2.33 1=214kcal/h=895KJ/h2計(jì)算從金屬壁至水的給熱系數(shù)2按下式計(jì)算2=0.023Re0.8Pr0.4為求得給熱系數(shù)2必需先確定水的流速，設(shè)采用冷卻面積為2500的橫管初冷

56、器，其水通路面積為0.023，那么水在第二段初冷器內(nèi)的平均流速為：U=0.39m/s式中：519初冷器所需冷卻循環(huán)水量30，m3/h 16初冷器臺(tái)數(shù)當(dāng)采暖循環(huán)水的平均溫度為36時(shí)，其物理常數(shù)為比熱 c=4.18 KJ/導(dǎo)熱系數(shù) =225 KJ/mh動(dòng)力黏度 =0.7085厘泊密度 =993.6/m3Pr=3.6=3.6=0.0474水在管內(nèi)流動(dòng)的雷諾數(shù)Re=1000=1000=27894因Re10000，故水在管內(nèi)處于湍流形狀，這時(shí)=1所以有：2=0.023Re0.8Pr0.4=0.023278940.80.04740.41=107910KJ/h(3)計(jì)算第二段總傳熱系數(shù)第二段傳熱系數(shù)K2由下

57、式得到K2=式中：是管壁的熱阻，取為h/KJ 是管壁的熱阻，取為h/KJK2=616KJ/h經(jīng)過(guò)計(jì)算得到了第二段的總傳熱系數(shù)K2=616KJ/h3.初冷器所需面積的計(jì)算按下式計(jì)算冷卻器所需面積 F=式中：K是各段冷卻器的傳熱系數(shù)tcp是各段初冷器的平均溫度差第一段初冷器的平均溫度差： 煤氣 82 65 水 68 58 14 7tcp1=10第二段初冷器的平均溫差： 煤氣 65 45 水 42 30 13 15tcp2=14 第一段初冷器的面積：F1=426式中Q1由于假設(shè)16臺(tái)初冷器并聯(lián)運(yùn)用，第二段初冷器的面積：F2=189流速4.5，進(jìn)氣管徑 取100mm4mm 出口速度為5，取100mm4

58、mm管箱高度計(jì)算: 是冷卻水管的外徑； 是管子長(zhǎng)度。管箱寬取0.9m。管箱長(zhǎng)：圓整為3.5米第一段高： 層近似為91 第二段高 層 塔底油槽高度取3.5m，底座高度取1m，煤氣進(jìn)口高度取1.5m，煤氣出口高度取2m，兩段噴淋總高度取0.4m。所以塔高H=4.8+2.095+3.5+1+1.5+2+0.2=15.295m壁厚N=2L+B+H/3000 mm 式中L-箱體長(zhǎng)度mm，L、B、H中，L為最大值； B-箱體寬度mm； H-箱體高度mm 思索的分量，及風(fēng)的作用，故壁厚取10mm。噴淋液的噴頭取噴灑直徑為500mm，2排，一排7個(gè)圓形噴頭。箱體的風(fēng)載荷：1)程度風(fēng)力的計(jì)算：式中 程度風(fēng)力，N

59、根本風(fēng)壓，N/m2第i段計(jì)算長(zhǎng)度，mm風(fēng)壓高度變化系數(shù)體型系數(shù)，方形直立設(shè)備取0.7箱設(shè)備各計(jì)算段的風(fēng)振系數(shù)，當(dāng)箱高H20m時(shí)，取=1.7箱設(shè)備各計(jì)算段的有效直徑，mm由于箱高為15m，分為四段計(jì)算程度風(fēng)力，那么取 代入數(shù)據(jù)那么：2風(fēng)彎矩的計(jì)算：代入數(shù)據(jù)計(jì)算得： 2.4 剩余氨水量的計(jì)算在氨水循環(huán)系統(tǒng)中，由于參與配煤水分和煉焦時(shí)生成的化合水，使氨水量增多而構(gòu)成所謂的剩余氨水。這部分氨水從循環(huán)氨水泵出口管路上引出，送去脫酚和蒸氨，其數(shù)量可由以下計(jì)算確定。原始數(shù)據(jù)裝入煤量濕煤/ 133煤氣產(chǎn)量干煤/ 340初冷器后煤氣溫度/ 30循環(huán)氨水量干煤/ 6集氣管中氨氣蒸發(fā)量/% 2.6配煤水分/% 7.

60、8化合水占干煤質(zhì)量/% 2.2為循環(huán)氨水量。設(shè)于集氣管噴灑煤氣時(shí)蒸發(fā)了2.6%，剩余部分即為由氣液分別器出來(lái)的氨水量。分開(kāi)氣液分別器的煤氣中所含的水汽量,即煤氣帶入集氣管的水量和循環(huán)氨水蒸發(fā)部分之和。初冷器后煤氣帶走的水量為，-即為冷凝水量。從冷凝水量中減去需補(bǔ)充的循環(huán)氨水量相當(dāng)于蒸發(fā)部分，即得剩余氨水量。即送去加工的剩余氨水量35.2每1煤氣在30時(shí)經(jīng)水蒸氣飽和后的蒸汽含量，g 河南城建學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 硫酸銨制取工藝3 硫酸銨制取工藝1硫酸銨生成的化學(xué)原理硫酸吸收煤氣中的氨事迅速的不可逆的化學(xué)反響；實(shí)踐熱效應(yīng)與母液酸度和溫度有關(guān)，其值較上述值約小于10%。如氨與酸度為7.8%的硫酸銨飽