工藝計(jì)算拷貝

第四章工藝計(jì)算飽和器的物料平衡和熱平衡進(jìn)行飽和器的物料平衡和熱平衡計(jì)算，對(duì)飽和器的操作和制定正常的操作制度具有重要意義。通過(guò)氨平衡計(jì)算可以確定硫酸用量和硫酸銨產(chǎn)量；通過(guò)水平衡計(jì)算可以確定飽和器母液的適應(yīng)溫度；通過(guò)熱平衡計(jì)算可以確定飽和器操作過(guò)程是否需要補(bǔ)充熱量，從而規(guī)定煤氣預(yù)熱溫度或母液預(yù)熱溫度。原始數(shù)據(jù)：焦?fàn)t干煤裝入量 61t/h煤氣發(fā)生量（十煤） 340m3/t氨的產(chǎn)率 0.3%出冷器后煤氣溫度 30°C剩余氨水含氨量 3.5g/L蒸氨塔廢水含氨量 0.05g/L每蒸餾1m3稀氨水用直接蒸汽量 150kg/L分縮器后氨水溫度 98C飽和器后煤氣含氨量 0.03g/m3硫酸質(zhì)量濃度 78%1.1氨的平衡及硫酸用量的計(jì)算剩余氨水量：原始數(shù)據(jù)：裝入煤量（濕煤） 66.7t/hTOC\o"1-5"\h\z配煤水分，% 8.5化合水（干煤），% 2送來(lái)加工剩余氨水量：W「66.7X0.085+66.7X（1—0.085）X0.02=6.89t/h, 、 35.2W2=66.7X（1—0.085）X340X頂。。1000=。.73t/h式中35.2:每一米3煤氣在30C時(shí)經(jīng)水蒸汽飽和后的水汽含量W=W1—W2=6.89—0.73=6.16t/h煤氣帶入飽和器的氨量：等于煉焦生成的總氨量與剩余氨水中總氨量之差。1000X61X0.3%—6.16X3.5=161.44kg/h飽和器后隨煤氣帶走的氨量：340x61x0.03…八=0.62kg/h1000由蒸氨塔帶入飽和器的氨量：6.16X3.5—6.16X1.2X0.05=21.18kg/h

飽和器內(nèi)被硫酸吸收的氨量：161.44+21.18—0.62=182kg/h硫酸銨質(zhì)量(十質(zhì)量)：132

182X飽和器內(nèi)被硫酸吸收的氨量：161.44+21.18—0.62=182kg/h硫酸銨質(zhì)量(十質(zhì)量)：132

182X =706.6kg/h2x17質(zhì)量濃度78%的硫酸消耗量：982x17x0.781.2水平衡及母液溫度的確定為使飽和器母液不被稀釋或濃縮，應(yīng)使進(jìn)入飽和器的水分全部呈蒸氣狀態(tài)被煤氣帶走。由于煤氣通過(guò)母液時(shí)速度太快，接觸時(shí)間太短以及接觸表面積不足，所以飽和器蒸發(fā)水分能力很差。這就更加突出了飽和器維持水平衡的重要性。帶入飽和器的總水量煤氣帶入的水量：34X6x13=7《0kg/h1000氨分縮器后氨氣帶入的水量：2^(1—10%)=190.62kg/h10%式中10%——相當(dāng)于分縮器后溫度為98°C1000氨分縮器后氨氣帶入的水量：2^(1—10%)=190.62kg/h10%式中10%——相當(dāng)于分縮器后溫度為98°C的氨氣濃度。硫酸帶入水量：洗滌硫酸銨水量：取硫酸銨量的8%,離心后硫酸銨含水2%,故帶入水量為：8-2X——=42.4kg/h100沖洗飽和器和除酸器帶入的水量：飽和器的酸洗和水洗是定期進(jìn)行的，洗水量因各廠操作制度不同而異，現(xiàn)取平均200kg/h，則帶入飽和器的總水量為：730+190.62+147.95+42.4+150^1261kg/h飽和器出口煤氣中的水蒸氣分壓帶入飽和器的總水量，均由煤氣帶走，則出飽和器的1m3煤氣應(yīng)帶走的水量為：1261=0.0608kg/m31261340x61相應(yīng)地，1m3煤氣中水蒸氣的體積為：60.￡22.對(duì) =0.0757m318x1000混合氣體中水汽所占的體積為：0.0757“

=7%

1+0.0757取飽和器后煤氣表壓力為7.82KPa，則水蒸氣分壓為：(101.33+7.82)X7%=7.64KPa母液最低溫度的確定根據(jù)母液液面上的水蒸氣分壓等于煤氣中的水蒸氣分壓，1.3熱平衡及煤氣預(yù)熱溫度的確定(1)輸入熱量QQ1)煤氣帶入的熱量Q1干煤氣帶入的熱量：340X61X1.465t=30384tkJ/h式中1.465——干煤氣比熱容，kJ/(m3?k);t—煤氣預(yù)熱溫度，°C。水蒸汽帶入的熱量：730(2491+1.834t)=1818430+1339tkJ/h式中1.834——0?80C間水蒸氣比熱容，kJ/(kg-K)；2491——水在0C時(shí)的蒸發(fā)熱，kJ/kg.氨帶入的熱量：161.44X2.106t=340tkJ/h式中2.106——氨的比熱容，kJ/(kg?K)。煤氣中所含的苯族烴、硫化氫等組分，含量少，在飽和器前后引起的熱量變化甚微，故可以忽略不計(jì)。又因毗啶裝置未生產(chǎn)，毗啶鹽基在飽和器中被吸收的極少，也不予考慮。則煤氣帶入飽和器的總熱量為：Q1=30384t+1818430+1339t+340t=1818430+32063tkJ/h

2)氨氣帶入的熱量Q2①氨帶入的熱量：21.18X2.127X98=4415kJ/h式中2.127——98°C時(shí)氨的比熱容，kJ/(kg?K)。②水蒸氣帶入的熱量：190.6X(2491+1.84X98)=509153kJ/hQ2=4415+509153=513568kJ/h硫酸帶入的熱量Q3Q3=672.5X1.882X20=25313kJ/h式中1.882——質(zhì)量濃度為78%硫酸的比熱容，kJ/(kg-K)。洗滌水帶入的熱量Q4Q4=(200+42.4)X4.177X60=60750kJ/h式中4.177——60C時(shí)水的比熱容，kJ/(kg?K)。結(jié)晶槽回流母液帶入的熱量Q5取回流母液溫度為45C，母液量為硫酸產(chǎn)量的10倍，則Q5=706.6X10X2.676X45=850887kJ/h式中2.676——母液的比熱容，kJ/(kg?K)。循環(huán)母液帶入的熱量Q6取循環(huán)母液溫度為50C，母液量為硫酸銨產(chǎn)量的60倍，則Q6=706.6X60X2.676X50=5672585kJ/h7)化學(xué)反應(yīng)熱Q7①硫酸銨生成熱q1q2￡66x195524=1046646kJ/h1132式中195524——硫酸銨生成熱，J/mol。②硫酸銨的結(jié)品熱q2q70竺x10886=58273kJ/h2132式中10886——硫酸銨結(jié)品熱，J/mol。③硫酸稀釋熱(由78%稀釋到6%)③硫酸稀釋熱(由78%稀釋到6%)q3q3=74776(n11.7983+n1)1.7983+n2J/mol式中n1、n2——分別為稀釋后和稀釋前水的摩爾數(shù)與酸的摩爾數(shù)之比，n1=94/18

6/98=85.2963n2=22/1878/98n1=94/18

6/98=85.2963n2=22/1878/98=1.5356/ 85.2963 1.5356 、、/672.5x78%q=74776( — )X 3 1.7983+85.2963 1.7983+1.5356 98=207649kJ/hQ7=1046646+58273+207649=1312568kJ/h總輸入熱量qa:入 Q=10254101+32063tkJ/h2)輸出熱量Q入1)煤氣帶出的熱量Q，］十煤氣帶出的熱量340X61X1.465X55=1671125kJ/h水蒸氣帶入的熱量1261(2491+1.834X55)=3268348kJ/hQ,1=1671125+3268348=4939473kJ/h結(jié)品母液帶出的熱量Q'2Q,2=706.6X(1+10)X2.676X55=1143971kJ/h循環(huán)母液帶出的熱量Q，3Q,3=706.6X60X2.676X55=6239843kJ/h飽和器散失的熱量Q，4Q，4=。F(t1-tJ式中a給熱系數(shù)，取20.9kJ/(m2?h?K)；F飽和器表面積，(當(dāng)直徑為5m時(shí)，F(xiàn)^200m2)；t1飽和器壁溫度，取45°C；t2大氣溫度，取20C。Q，4=20.9X200X(45-20)=212140kJ/h總輸出熱量Q出：出 Q=12427787kJ/h根據(jù)熱平衡關(guān)系，則 出10254101+32063t=12427787所以t^67.8C在毗啶裝置投入生產(chǎn)時(shí)，輸入熱量減少的項(xiàng)目有分縮器后的全部氨氣帶入的熱量，分縮器后全部氨氣與硫酸的生成熱，送往中和器的母液帶出的熱量。輸入熱量增加的項(xiàng)目是中和器回流母液量，約為送往中和器的母液量和氨氣帶入水蒸氣之和。故毗啶裝置投入生產(chǎn)時(shí)，煤氣預(yù)熱溫度一般為70?80C，母液溫度比未生產(chǎn)毗啶時(shí)約高5C。二.主要設(shè)備的工藝計(jì)算和工藝選型1.飽和器

飽和器是飽和器法制取硫酸銨的主體設(shè)備，噴淋式飽和器全部采用不銹鋼制。噴淋式飽和器由上部的噴淋室和下部的結(jié)晶槽組成。噴淋室由本體、外套筒組成。煤氣進(jìn)入本體后，向下在本體與外套筒的環(huán)型室內(nèi)流動(dòng)，然后向上出噴淋室，在沿切線方向進(jìn)入外套筒與內(nèi)套筒間旋轉(zhuǎn)向下進(jìn)入內(nèi)套筒，由頂部排出。外套筒與內(nèi)套筒間形成旋風(fēng)分離器，起到除去煤氣夾帶液滴的作用。在煤氣入口和煤氣出口間分隔成兩個(gè)弧型分配箱，其內(nèi)設(shè)置噴淋嘴數(shù)個(gè)，朝向煤氣流。在噴淋室的下部設(shè)有母液滿流管，控制噴淋室下部的液面，促使煤氣由入口向出口在環(huán)型室內(nèi)流動(dòng)。噴淋室以降液管與結(jié)晶槽連通，循環(huán)母液通過(guò)降液管從結(jié)晶槽底部向上返，硫酸銨品核不斷生成和張大，同時(shí)顆粒分級(jí)，最小顆粒升向頂部，從結(jié)晶槽上部出口接到循環(huán)泵，大顆粒結(jié)品從槽下部抽出。在煤氣出口設(shè)有母液噴淋裝置。在煤氣入口和煤氣出口設(shè)有溫水噴淋裝置，以清洗噴淋室。為了增大結(jié)品的粒度，采用母液強(qiáng)化循環(huán)的方法。液體攪拌器是做為飽和器的一格組成部分示出的，由供料管和噴嘴組成。飽和器內(nèi)的工作介質(zhì)時(shí)由泵通過(guò)液體攪拌器壓送的。飽和器的設(shè)計(jì)定額：煤氣進(jìn)口速度12?15m/s；中央煤氣管內(nèi)煤氣速度7?8m/s；環(huán)形空間煤氣速度0.7?0.9m/s；泡沸傘煤氣出口速度7?8m/s。根據(jù)上述設(shè)計(jì)定額，針對(duì)一定的煤氣處理量可確定飽和器的基本尺寸。原始數(shù)據(jù)：煤氣流量 20740m3/h飽和器前煤氣壓力 9.5kPa飽和器阻力 1.68kPaTOC\o"1-5"\h\z煤氣預(yù)熱器后煤氣溫度 70°C飽和器煤氣露點(diǎn)溫度 50C飽和器后煤氣溫度 60C初冷器后煤氣溫度 30C1）預(yù)熱器后煤氣實(shí)際體積20740x1.195x20740x1.195x101.325101.325+9.5273+70273+30=55517m3/h式中1.195——1m3煤氣（標(biāo)態(tài)）在30C為水蒸氣飽和后的體積。2）中央煤氣管直徑。取中央煤氣管道內(nèi)煤氣流速為7.5m/s，則：=1.62m,■ 37769=1.62md=. , 兀 3600x—x7.543）飽和器后煤氣的實(shí)際體積

101.325 273+6031042x1.348x x =4004w93/h101.325+9.5-1.68273+50式中1.348——1m3煤氣（標(biāo)態(tài)）在50°C為水蒸氣飽和后的體積。4）飽和器直徑取飽和器內(nèi)環(huán)形截面上煤氣流速為0.8m/s,則環(huán)形截面積為：400493600400493600x0.8=13.9m2飽和器的總截面積為：13.9+-x(1.33)2=15.29m24飽和器的直徑為：D=\4x15.29=4.4m\兀結(jié)晶槽結(jié)晶槽的作用是對(duì)含有硫酸銨結(jié)品的母液進(jìn)行水力選粒。結(jié)晶槽用鋼板焊制，內(nèi)壁襯以防酸層。結(jié)晶槽設(shè)有伸入設(shè)備內(nèi)的選料裝置，它由杯形件構(gòu)成。杯形件內(nèi)裝有向下擴(kuò)寬的供料管，供料管通入固定在杯形件下端的漏斗。含有結(jié)品的懸浮液沿供管進(jìn)入，從漏斗折回，上升到選粒截面。較大的品粒，其沉降速度大于升向選粒截面的液流速度，使經(jīng)杯形件和漏斗之間的環(huán)形縫隙排入結(jié)晶槽的下部，由此進(jìn)入離心機(jī)。含小粒結(jié)品的母液沿杯形件上升，經(jīng)溢流管排入飽和器，使結(jié)品繼續(xù)長(zhǎng)大。選粒街面上的上升液流速度是按懸浮液中固相含量小于 30%的流體計(jì)算確定的，約為5cm/s。沸騰干燥器沸騰干燥器的作用是將離心機(jī)出來(lái)的含水質(zhì)量約2%的硫酸銨水分降至0.2%以下，以防結(jié)塊，給包裝和施肥帶來(lái)困難。它的上部是擴(kuò)大的圓筒形裝置，下部是由隔板分成的加熱前室和后室。各室均由帶孔眼的氣體分布板分為上下兩部分。在氣體分布板上裝有六角形排列的風(fēng)帽，在風(fēng)帽間隙中鋪有一層直徑約為20mm的石英石，其厚度與風(fēng)帽平。風(fēng)帽數(shù)量因設(shè)備大小而異，需能保證熱風(fēng)均勻噴出并形成良好的沸騰狀態(tài)。對(duì)處理能力為3t/h硫酸銨的沸騰干燥器，前室裝39個(gè)風(fēng)帽、后室裝228個(gè)風(fēng)帽，每個(gè)風(fēng)帽上鉆有6個(gè)@6的孔眼。濕硫酸銨由螺旋輸送機(jī)經(jīng)加料斗送入前室，受到由風(fēng)帽噴出的熱空氣作用，立即沸騰分散開(kāi)來(lái)，同時(shí)被快速加熱干燥。前室的物料在沸騰分散過(guò)程中不斷被拋入后室，在后室中進(jìn)一步沸騰干燥。所蒸發(fā)的水分混同空氣進(jìn)入上部擴(kuò)大部分后減速，以減少所挾帶的細(xì)粒結(jié)品，再由抽風(fēng)機(jī)抽出，經(jīng)旋風(fēng)分離，將細(xì)粒結(jié)品回收，濕空氣排入大氣。整個(gè)沸騰干燥過(guò)程可于25?30s內(nèi)完成，干燥效率達(dá)95%產(chǎn)品水分可降至0.1%。沸騰干燥器的設(shè)計(jì)定額：床面生產(chǎn)強(qiáng)度2?2.5t/（m2?h）;溢流出口高度400?500mm；沸騰層上部空氣流速(顆粒平均直徑0.4?0.6mm)1.0?1.4m/s；每處理1t硫酸銨需空氣量(空氣溫度5°C,相對(duì)濕度84%；硫酸銨水分2%,溫度不低于15C)1500m3/ho干燥器的主要尺寸可按流態(tài)化原理在密相流化床上的應(yīng)用加以確定。原始數(shù)據(jù)硫酸銨產(chǎn)量706.6kg/h每天操作時(shí)間15h/d進(jìn)十燥器的硫酸銨含水2%出十燥器的硫酸銨含水0.1%進(jìn)十燥器的硫酸銨溫度15C出十燥器的硫酸銨溫度68C空氣溫度5C空氣相對(duì)濕度84%加熱器后空氣濕度140C出十燥器的空氣溫度70C沸騰床最低流態(tài)化速度的確定當(dāng)空氣氣流通過(guò)干燥器硫酸銨顆粒床層的流速達(dá)到使全部顆粒剛好進(jìn)入懸浮狀態(tài)時(shí)，顆粒與氣體間的摩擦力與其質(zhì)量相平衡，且通過(guò)此床層的任一截面的壓降大致等于在該截面上顆粒和流體的質(zhì)量，則可認(rèn)為床層剛剛流化，并稱(chēng)之為處于臨界流化狀態(tài)的床層。此時(shí)最低流態(tài)化速度可按下列通用方程式計(jì)算：0.00923d1.82羅(p-p)。.94臨界 日0.88p0.06式中d 固體顆粒平均直徑，m；P 氣體密度，kg/m3;P$ 固體密度，kg/m3;r 氣體黏度，Pa?s。上式適用的條件是雷諾數(shù)Re=、臨界七v10若大于10，則必須對(duì)計(jì)算R結(jié)果進(jìn)行校正。上式中各項(xiàng)數(shù)據(jù)如下：cp各級(jí)顆粒直徑d/mm2.01.00.50.30.20.1篩分組成cp各級(jí)顆粒直徑d/mm2.01.00.50.30.20.1篩分組成x/%0.14234221.00.9若硫酸銨的篩分組成如表所示，則硫酸銨的篩分組成1x100dcp0.142—+—+2.01.034 +0.522031.00.9 + 0.20.1=0.514mm2）p的確定在干燥器內(nèi)氣體的平均溫度為14匹0=105°C，設(shè)氣流操作壓力為23.43kPa，則空氣流在實(shí)際操作狀態(tài)下的密度為：1“ 273 101.33+3.43 ,p=1.29x273_1__x10133 =0.96kg/m31.29空氣在標(biāo)準(zhǔn)狀況下的重度，kg/m3。3）硫酸銨結(jié)品真密度ps為1770kg/m3;4）空氣黏度r為2.1X10-Pa?s。將上述各值代入式得：u=0.00923x(0.514x10-3)1.82x(1770-0.96)0.94=°&/于臨界 (2.1x10-3)0.88x(0.96)0.060.514x10-3x0.14x0.96…Re= =3.32.1x10-5因Re<10，故計(jì)算結(jié)果不必校正。（2）干燥器直徑的確定干燥器內(nèi)氣流實(shí)際操作速度v=10xv臨界=1.4m/s。干燥器內(nèi)平均操作溫度及壓力下的濕空氣體積：按設(shè)計(jì)定額，干燥器每處理1t硫酸銨（干基）需溫度為5C，相對(duì)濕度為第9頁(yè)共15頁(yè)84%的空氣1500mso干燥器的處理負(fù)荷(按15h/d)為：—24 _x—=1130.56kg/h15原料含水量：1130.56x2%=22.61kg/h干燥后殘留在硫酸銨中的水量：1130.56x0.1%=1.13kg/h則需蒸發(fā)的水量為：22.61-1.13牝21.5kg/h因此，在干燥器內(nèi)濕空氣的體積為：T7(1130.56 21.5”八273+105 101.33 o/7V= x1500+ x22.4x x =2291m3/h"1000 18 ) 273 101.33+3.43干燥器的沸騰床面積：F=2291牝0.46m23600x1.40.46直徑： Dg=『二0.46直徑： Dg=『二^=0.77m0.785所以選用Dg=920mm的沸騰干燥器（3）干燥器溢流口高度的確定根據(jù)計(jì)算，固定床物料層高度H0可取為200mm，則沸騰床層高度（即溢流口高度）為： 0H=H1^001-8式中8為固定床孔隙率8=1-%=1--858=0.5150 0P真17708為沸騰床孔隙率，取0.75一. 1—0515則： H=200x =388mm1-0.75溢流口高度時(shí)控制沸騰床層高度及物料停留時(shí)間的重要參數(shù)。有的廠在溢流口處安裝活動(dòng)插板，這樣可根據(jù)進(jìn)料量和進(jìn)料含水量節(jié)流溢流口的高度。5.煤氣預(yù)熱器原始數(shù)據(jù)：煤氣量 20740m3/h預(yù)熱器前煤氣溫度 45°C

70°C70°C1.163X105（絕對(duì)）4kg/cm3（絕對(duì)）預(yù)熱器內(nèi)煤氣平均壓力加熱蒸汽壓力1.預(yù)熱器的熱平衡（1） 輸入熱量粗氣帶入的熱量A十氣20740X2.763X45=2578708kJ/hB水氣730X（2491+1.834X45）=1878676.9kJ/hC氨氣161.44X2.106X45=15299.7kJ/hD苯類(lèi)560X1.03X45=25956kJ/h小計(jì)：2046443.85+2812096.23+22830.1+51815.4=4933185.6kJ/h加熱蒸氣帶入的熱量設(shè)為Q。合計(jì)： Q+4933185.6kJ/h（2） 輸出熱量粗氣帶出的熱量A十氣20740X2.763X70=3183357.1kJ/hB水氣730X（2491+1.834X70）=2862196.5kJ/hC氨帶出161.44X2.106X70=35513.5kJ/hD苯類(lèi)1117.9X1.03X70=80600.6kJ/h小計(jì)：3183357.1+2862796.5+35513.5+80600.6=6161667.7kJ/h散熱損失：設(shè)散熱損失為0.05Q合計(jì)： 6161667.7+0.05QkJ/h令入方=出方Q+4933185.6=6161667.7+0.05QQ=1293139kJ/h則熱量蒸汽消耗為1293139 =603.5奴/h2142.84式中2142.84——蒸汽的冷凝潛熱，(kJ/kg)2.預(yù)熱器的基本尺寸預(yù)熱器采用列管換熱器，粗氣走管程。(1)進(jìn)入預(yù)熱器的粗氣體積粗氣的平均溫度為竺史=57.5C,平均壓2力為872毫米汞柱(絕壓)，故實(shí)際體積為273+57.5760 /I31042x x =32753.3m3/h273 872取粗氣在管內(nèi)的流速為15米/秒，選用①57X3.5毫米的管子，則管子的根數(shù)為

=309根32753.3=309根15x3600x”(105.975-0.007x224（2）傳熱面積①煤氣全管壁的給熱系數(shù)a:Re=1000重P式中d 管內(nèi)徑，取d=0.05（米）；v 煤氣流速，取v=15（米/秒）;Y——煤氣重度，取y=0.46（千克/米3）濕煤氣動(dòng)力粘度（厘泊）。10M M干Y干 M水Y水旦 旦干水四干——57.5C時(shí)干煤氣的粘度為0.0141（厘泊）;57.5°C時(shí)水蒸氣的粘度為0.012（厘泊）;、一干煤氣分子量為以2；水蒸氣所占的體積分?jǐn)?shù)。水蒸氣分子量為18；水蒸氣所占的體積分?jǐn)?shù)。水因?yàn)樗魵怏w積為1092.7x1000x22.4 =0.04151n73x18x1000所以v=°.041517=3.986%

水1+1.041517Y干一干煤氣所占體積百分?jǐn)?shù)Y干=(100-3.98%=96.0%4濕煤氣的分子量

M=10.2x96.014%+18x3.986%=10.510908100x10.51090810.2x96.01418x3.986

M=10.2x96.014%+18x3.986%=10.510908100x10.51090810.2x96.01418x3.986

= + 日 0.01413 0.012日=0.014厘泊Re=1000x」05x15x0.46=24642.80.014Nu=0.23Re0-8Pr。-3其中Pr=3.6?濕煤氣的比熱