生物化工工艺毕业论文.doc

1、唐 山 学 院毕 业 设 计设计题目：110 万吨/年焦化厂硫铵工段的工艺设计系 别： 环境与化学工程系 班 级： 生物化工工艺 2013 年 6 月 6 日毕 业 设 计 (论 文 )指 导 教 师 评 议 书 (1)序号评分指标 具 体 要 求分数范围 得 分唐山学院毕业设计1 学 习 态度 努 力 学 习 ， 勤 于 思 考 ， 遵 守 纪 律 ， 作 风 严 谨 务 实 。 04 分2 调 研 论证能 独 立 查 阅 文 献 资 料 及 从 事 其 它 形 式 的 调 研 ， 能 较好 地 理 解 课 题 任 务 并 提 出 实 施 方 案 ， 有 分 析 整 理 各类 信 息 并 从

2、 中 获 取 新 知 识 的 能 力 。08 分3 综 合 能力 能 综 合 运 用 所 学 知 识 和 技 能 发 现 与 解 决 实 际 问 题 ，工 作 中 有 创 新 精 神 ， 成 果 有 新 意 或 有 实 用 价 值 。 010分4设 计（ 论 文 ）质 量论 证 、 分 析 、 设 计 、 计 算 、 建 模 、 实 验 正 确 合 理 ，工 作 量 饱 满 。010分5 外 文 翻译 摘 要 翻 译 准 确 ， 文 字 流 畅 ， 符 合 专 业 要 求 。 02 分6说 明 书(论 文 )撰 写 质量说 明 书 （ 论 文 ） 文 字 通 顺 、 结 构 严 谨 、 逻 辑

3、 性 强 、格 式 规 范 、 符 合 规 定 字 数 要 求 ， 绘 图 清 楚 、 工 整 、规 范 。 06 分合 计 040分评语：指导教师：年 月 日本毕业设计（论文）需要特殊说明的有关问题指导教师：年 月 日唐山学院毕业设计毕 业 设 计 (论 文 )评 阅 教 师 评 议 书 (2)序号评分指标 具 体 要 求分数范围 得 分1 调 研 论证能 独 立 查 阅 文 献 资 料 及 从 事 其 它 形 式 的 调 研 ， 能 较好 地 理 解 课 题 任 务 并 提 出 实 施 方 案 ， 有 分 析 整 理 各类 信 息 并 从 中 获 取 新 知 识 的 能 力 。04 分2

4、综 合 能力 能 综 合 运 用 所 学 知 识 和 技 能 发 现 与 解 决 实 际 问 题 ，工 作 中 有 创 新 精 神 ， 成 果 有 新 意 或 有 实 用 价 值 。 05 分3设 计（ 论 文 ）质 量论 证 、 分 析 、 设 计 、 计 算 、 建 模 、 实 验 正 确 合 理 ，工 作 量 饱 满 。 06 分4 外 文 翻译 摘 要 及 外 文 资 料 翻 译 准 确 ， 文 字 流 畅 ， 符 合 规 定 内容 及 字 数 要 求 。 02 分5说 明 书（ 论 文 ）撰 写 质量说 明 书 文 字 通 顺 、 结 构 严 谨 、 逻 辑 性 强 、 格 式 规

5、范 、符 合 规 定 字 数 要 求 ， 绘 图 清 楚 、 工 整 、 规 范 。 03 分合 计 020分评语：评 阅 人：年 月 日唐山学院毕业设计毕 业 设 计 (论 文 )答 辩 小 组 评 议 书 (3)评分指标 具 体 要 求 分数范围自 述 思 路 清 晰 ， 语 言 表 达 准 确 ， 概 念 清 楚 ， 论 点 正 确 ， 分 析 归 纳 合理 。 0 7 分水 平 工 作 中 有 创 新 精 神 ， 成 果 有 新 意 或 有 实 用 价 值 。 0 8 分答 辩 能 够 正 确 回 答 所 提 出 的 问 题 ， 基 本 概 念 清 楚 ， 有 理 论 根 据 。 02

6、0 分资 料 资 料 齐 全 ， 符 合 学 院 毕 业 设 计 （ 论 文 ） 规 范 化 要 求 。 0 5 分合 计 040 分评委 1 评委 2 评委 3 评委 4 评委 5 总 分 平均成绩答辩纪要：答辩小组秘书（签字）：年 月 日答辩小组组长（签字）：年 月 日唐山学院毕业设计答 辩 委 员 会 意 见指导教师评议 评阅人评议 答辩小组评议 汇总成绩 秘书（签字）唐山学院 系毕业设计（论文）答辩委员会于 年 月 日审查了 专业学生 的毕业设计 （论文） （其中设计说明书（论文）共 页，设计图纸 张） 。根据其设计（论文）的完成情况以及指导教师、评阅教师、答辩小组的意见，系毕业设计（

7、论文）答辩委员会认真审议，决议如下：成绩评定为： 主任（签字）：年 月 日 唐山学院毕业设计- 5 -110 万吨/年焦化厂硫铵工段的工艺设计摘要本设计为年产焦炭110万吨焦化厂回收车间硫铵工段的工艺设计,该焦化厂拟建唐山市京唐港.本设计内容包括 :生产原理、工艺流程、计算及设备的选型等。本设计采用技术成熟的饱和器法中半直接法来回收煤气中的氨工艺流程如下：从冷凝工段来得煤气首先进入煤气预热器，然后进入饱和器，在饱和器内，煤气中的氨与硫酸反应生产硫铵，硫铵经后续操作分离，从饱和器出来的煤气经除酸器后送往粗苯工段。工艺计算包括饱和器的物料和热量平衡计算，通过计算来确定母液的适宜温度和煤气预热温度。

8、同时根据本设计的规模，对工段的工艺布置原则作了简要说明，对工段生产操作也作了简要说明，对非工段部分提出了一些具体要求，通过岗位操作定员知道本工段需要职工人员数。本设计根据设计规模，对工艺布置和操作流程做了简要说明，对非工艺部分提出了一些具体要求，此外还给出了图纸目录说明和设备一览表。关键词：焦炭 饱和器 氨 硫铵 硫铵工段。 唐山学院毕业设计1.1 million tons/year plant ammonium sulphate process design sectionAbstractThis design is an annual output of 1.1 million tons

9、of coke plant recycling ammonium sulphate workshop section of process design. The coking plant proposed tangshan jingtang. This design content including: Production principle, process flow, calculation and equipment selection, etc. This design adopts the mature technology of the saturator method in

10、half a direct method for recovery of ammonia gas.The process flow is as follows: Comes from the condensation section in gas into the gas preheater in the first place,.Then enter the saturator. Within the saturator. Gas ammonia reaction with sulfuric acid in the production of ammonium sulphate. Ammon

11、ium sulphate with subsequent separation operation. Out of the saturator gas after deacidification is sent to the crude benzol section.Process calculation including the saturator of material and heat balance calculation. Through calculation of mother liquid to determine the optimum temperature and th

12、e gas preheating temperature. According to the size of this design at the same time. Layout principle of the technology of section gave a brief description, also gave a brief explanation to section production operation, puts forward some concrete requirements for the section part, through post opera

13、tion complement know this section need worker personnel number.According to the design size, this design made a brief description of process layout and operation process, the part puts forward some concrete requirements for the technology, and also gives a drawing list and equipment list.Key words:

14、coke saturator ammonia ammonium sulphate ammonium sulphate section.唐山学院毕业设计目录1 绪论 .11.1 焦化厂氨回收工艺 .11.2 当前氨回收技术状况 .22 硫铵性质、用途 .32.1 硫铵的性质、用途 32.1.1 硫铵物理性质 .33 硫铵的工艺流程和生产原理 .43.1 硫铵的生产工艺确定 43.2 硫铵的生产、结晶原理 43.2.1 反应原理 .43.2.2 硫铵生成结晶原理 .53.2.3 影响硫铵结晶的因素 .53.3 硫铵的生产工艺流程 74 生产硫铵的原料、主要设备以及所使用的材料 .84.1 原料 8

15、4.1.1 硫酸的选择 .84.2 生产硫铵的主要设备及所使用的材料 94.3 生产硫铵设备使用的材料 95 工艺计算 .105.1 工段主要控制指标 105.2 工艺计算 105.2.1 原始数据 .105.2.2 水平衡的确定 .105.2.3 氨平衡及硫酸用量的计算 125.3 热平衡和煤气预热器出口温度的计算 125.3.1 煤气带入的饱和器的热量 135.3.2 输出饱和器的热量 .165.3.3 煤气预热器出口温度的计算 .176 主要设备选型 .176.1 饱和器的基本尺寸 176.2 除酸器的计算和选型 196.2.1 煤气进气口尺寸 .196.2.2 煤气出口直径 .19唐山

16、学院毕业设计6.2.3 除酸器的内径 .196.3 离心机计算及选型 196.4 干燥器的计算及选型 206.4.1 原始数据 .206.4.2 干燥器床最低流化态速度 G 的计算 .206.4.3 干燥器的直径确定和选型 .216.5 煤气预热器的计算与选型 226.5.1 热量衡算 .226.5.2 预热器选型 .246.6 其他设备 246.6.1 结晶槽 .246.6.2 母液槽 .246.6.3 泵的选型 .257 工艺布置原则 .257.1 工段布置 257.2 离心干燥系统设备布置 .267.3 饱和器机组设置布置 .267.4 其他 267.5 布置说明 .277.5.1 工段

17、布置 277.6.1 饱和器系统岗位操作（饱和器工） 277.6.2 循环系统岗位操作 (泵工) 2876.3 干燥系统（干燥工） 287.6.5 成品工 287.7.6 试剂库工 288 非工艺部分 .288.1 土建部分 288.2 供排水 298.2.1 供水 .298.2.2 排水 .298.3 供电 298.4 采暖通风 298.5 设备维修 308.6 其它 30唐山学院毕业设计9 生产岗位定责及特殊操作要求 .309.1 岗位定责 309.2 特殊操作 329.2.1 饱和器开工操作 .329.2.2 饱和器的停工操作 .329.2.3 饱和器的换机操作 .339.2.4 突然停

18、电 .339.2.5 突然停蒸汽 .339.2.6 突然停水 .3310 硫铵工段设备一览表 .3311 辅图 34参考资料 .36唐山学院毕业设计01 绪论煤炭作为我国的主要能源之一,由于其储藏量有限，单纯作为燃料不仅浪费很大，而且会造成严重的环境污染。炼焦化学工业是煤炭的综合利用工业。煤在炼焦时除了约 5%变成焦碳外，还有 25%左右生成各种化学产品及煤气。回收这些化学产品对综合利用煤炭资源有着重要意义。目前煤炭在一次能源结构中的比重有所下降，但在今后相当长的时期内仍然占据主要地位。科学引导煤炭工业的发展，坚持科学布局、集约开发、清洁利用、保护环境的发展方针，以加快转变发展方式为主线，以科

19、技进步为支撑，提高资源综合利用水平，促进煤炭工业可持续发展，是实现国民经济和社会发展第十二个五年规划和全面建设小康社会宏伟目标的关键。炼焦化学品的回收工艺在近几十年里得到了迅猛的发展，产品越来越多，品种越来越丰富，环保设计日趋成熟。炼焦化学产品具有极为广泛的用途，是塑料工业、合成纤维、合成橡胶、耐辐射材料、耐高温材料、染料、医药、农药、冶金、化工、轻纺及国防工业的极为宝贵的原料 1。如：（1）化工方面的橡胶、尼龙、染料、油漆、油墨、电池、皮革加工等；（2）农药方面的杀螟松、速灭威、等；（3）医药方面的合霉素、麻黄素、咖啡因、巴必痛、阿司匹林、消炎片、来苏儿、食品防腐剂等； 煤化工综合利用在国民

20、经济中具有重要的作用，发展、开发炼焦化学产品是焦化厂提高经济效益的重要途径。粗煤气中氨含量为 811g/m 3，由于氨易溶于水，其水溶液呈碱性且具有一定的腐蚀性。在炼焦过程中，炼焦煤中的氮 2025%转化为氨。通常情况下，初冷后煤气中的氨含量为 68g/m 3。在有氧和水蒸气，特别是硫化氢和氰化氢存在下，有很强的腐蚀作用 2。 1.1 焦化厂氨回收工艺焦化厂炼焦生成的煤气中的氨是一种较好的农业肥料。氨存在于煤气之中，不仅对吸收煤气中粗苯的洗油质量有严重影响，易使洗油乳化变质，而且对粗笨的生产设备、煤气管道及后续设备有严重的腐蚀作用，并且煤气中的氨在燃烧时会生成有毒有腐蚀性的氨氧化物，大量的氨进

21、入洗油中，还会使油和水形成稳定的乳化液妨碍油水分离，为此煤气中的氨必须进行脱除，一般出厂煤气中的氨含量规定在 0.03g/m以下。 唐山学院毕业设计11.2 当前氨回收技术状况20 世纪 80 年代以前，氨处理工艺有水洗氨生产浓氨水工艺和饱和器法生产硫酸铵工艺。由于水洗氨工艺存在水耗较大、浓氨水难以储存与销售等缺陷，因此已淘汰此工艺。宝钢引进了空喷塔法（也叫无饱和器法）生产硫酸铵工艺；石家庄焦化厂引进氨焚烧工艺；攀钢引进了无水氨尿素工艺等。但引进工艺投资太大、工艺复杂而未被广泛应用。尽管饱和器法生产硫铵工艺存在许多缺陷，但因其结构简单、工艺成熟、投资较少、产品易储、销路较广，在全国大、中型焦化

22、厂被广泛采用。唐山学院毕业设计22 硫铵性质、用途2.1 硫铵的性质、用途2.1.1 硫铵物理性质（1）纯态的硫铵为无色长菱形结晶体，焦化厂生产的硫酸铵是有不同颜色的，因混有杂质，常呈现浅的绿色、蓝色、灰色等，形态多为片状、针状甚至粉末状结晶。（2）硫酸铵晶体的密度为 1766kg/m3，含一定水分的硫酸铵的堆密度取决于晶体颗粒的大小，一般波动在 720800kg/m3范围内 4。（3）易溶与水，其水溶液呈弱酸性，易吸潮结块。2.1.2 硫铵用途硫铵含有氮、硫两种营养元素，主要用作氮肥，同时也是世界上重要的硫肥之一。与尿素、碳铵、硝酸铵、氯化铵等氮肥相比，硫铵具有分解度和临界相对湿度高的特点。

23、硫铵还有一重要作用就是开采稀土,开采以硫铵作原料，采用离子交换形式把矿土中的稀土元素交换出来，再收集浸出液简单过滤分离后晒干成稀土原矿。硫铵也可用作面团调节剂、酵母养料。用作鲜酵母生产中酵母菌培养用氮源；作为面包中酵母养料；用作分析试剂，如用作沉淀剂、掩蔽剂。用作电化学分析中的支持电解质。还用于微生物培养基及铵盐制备。 1 唐山学院毕业设计33 硫铵的工艺流程和生产原理3.1 硫铵的生产工艺确定目前，我国大部分焦化厂均用饱和器法生产硫酸铵，来回收煤气中的氨。国外除趋向于用沸萨姆法生产无水氨外，还有许多焦化厂用饱和器法或酸洗法生产硫酸铵。所以硫酸铵仍是目前焦化厂生产的主要产品之一。 用硫酸吸收煤

24、气中的氨是快速不可逆的化学反应，所以可在饱和器或酸洗塔内，使焦炉煤气与适量浓度的硫酸接触以用来回收煤气中的氨。其中生产方法有三种：直接法、间接法、和半直接法 3。 直接法：热的煤气从焦炉中出来经过煤气冷凝器冷却再经电捕焦油器清洁净化后进入饱和器，在饱和器内，煤气中的氨同硫酸结合生成硫铵。直接法由于对电捕焦油器等净化装置要求较高，以保证硫酸铵产品质量。因此，在工业上应用比较困难，所以此法在工业上得不到广泛应用，难以推广。 间接法：煤气中的氨在氨洗塔中用冷水吸收，所得氨水从蒸馏柱进入饱和器，同浓硫酸反应制成硫酸铵。由于此法需要的设备庞大、投资大、耗能大（消耗掉大量的蒸汽） ，且经济效果不好，因此此

25、法在工业上应用很少，很难推广。特别是在现代化工业生产中应用更少。半直接法：由焦炉出来的煤气经过冷却，所得的冷凝氨水通过氨蒸馏柱蒸出氨水并和煤气中的氨共同进入饱和器，穿过母液层和硫酸溶液相互作用生成酸式硫酸铵。半直接法生产硫酸铵由于生产流程简单，产品成本较低，工艺技术及管理较成熟，因此在工业生产上应用较广，但它也不是十全十美，也有它的缺点，主要有下列几点： （1）需处理一定量的氨水。 （2）结晶颗粒较小。 （3）煤气通过饱和器阻力较大，因而能量消耗大。 因此半直接法生产硫铵的工业等有待进一步改进，以适应现代工业生产的需要，尽管如此，由于它的生产工艺管理等方面均较直接法和间接法先进，因此工业生产上

26、应用较广。本设计选择半直接法。3.2 硫铵的生产、结晶原理3.2.1 反应原理焦化厂生产的硫铵是浓硫酸和氨气在饱和器内发生如下化学反应而生成硫铵的。反应方程式： H2SO4+NH3-（NH 4） 2SO4（硫酸适量）唐山学院毕业设计4H2SO4+NH3- NH4HSO4 （硫酸过量）NH4HSO4+NH3-（NH 4） 2SO4 上述各反应均是放热反应,当用硫酸吸收炼焦煤气中的氨时,实际所得的热效应和硫铵母液的酸度及温度有关。其放出来的热量约比理论反应放出的热量少 10%左右。溶液中酸式盐和中式盐的比例由母液中游离硫酸的含量决定，这种含量以质量分数表示，称之为酸度。当酸度为 1%2%时,主要生

27、成中式盐。酸度升高时，酸式盐的含量也随之提高。 饱和器中同时存在两种盐，由于酸式盐较中式盐易溶于水或稀硫酸中，故在酸度不大的情况下，从饱和溶液中析出的只有硫酸铵结晶。饱和器中被硫酸铵和硫酸氢铵所饱和的硫酸溶液称为母液。正常生产情况下母液的大致规格为： 密度/（kg/L） 1.2751.30 w(NH 4)2SO4/% 4060 游离硫酸含量/% 46 w(NH 4HSO4)/% 1015 NH3 含量/（g/L） 150180 母液的密度是随母液的酸度增加而增大。3.2.2 硫铵生成结晶原理在饱和器内硫铵形成晶体需经过母液中细小的结晶中心-晶核的形成和晶核或小晶体的长大这两个阶段。通常晶核的形

28、成和长大是同时进行的。在一定的结晶条件下，若晶核形成速率大于晶体成长速率，当达到固液平衡时得到的硫铵晶体粒度较小。反之，则可得到大颗粒结晶体。因此，控制这两种速率便可控制产品硫酸铵的粒度，得到理想粒度的硫铵。 在同一温度下，过饱和溶液与饱和溶液间的浓度差称为过饱和度 5。溶液的过饱和度既是硫酸铵分子由液相向结晶表面扩散的推动力，也是硫酸铵晶核生成的推动力。饱和器内氨和硫酸不断的反应生成硫铵，当溶液的过饱和度低时，这两个过程进行的都很慢，晶核生成的速率会相对更慢些，故可得到大颗粒硫酸铵。当过饱和度过大时晶核的生成速率相对快些，此时得到的是小颗粒硫酸铵。因此，为了制得大颗粒硫酸铵必须将溶液的过饱和

29、度控制在一定范围内，并且要控制足够长的结晶时间，使晶体长大。3.2.3 影响硫铵结晶的因素晶核生成和晶体的成长速度与溶液的洁净程度、搅拌、温度、溶液的酸度以及溶质由液相向固相的传质速率有关。(1) 温度对硫酸铵结晶的影响实验表明，随着母液温度的升高，使母液内硫酸铵的介稳区维持在较 高的唐山学院毕业设计5范围内，结晶的成长速率显著加快，有利于获得大颗粒结晶，并且有利 于形成较好的晶型。同时，随结晶的温度的提高，其体积生长的速度会有很大的增长。因而在适当提高温度的情况下，可把溶液的过饱和程度控制在较小的范围内，从而大大减少针形晶核的形成。但是不能把温度提高的太高，否则会适得其反。在实际生产中，饱和

30、器内母液的温度要按保持饱和器的水平衡来考虑。为此，一般将饱和器内母液温度控制在 5055。不过实际生产中可变因素较多，例如煤气进饱和器的温度、氨气的流量和速度、硫酸和水的比例等都可能导致维持水平衡的温度与获得大颗粒结晶的温度不一致，产生矛盾。为此在实际生产中要善于预先判断并作出适宜的调整方案。(2) 母液的搅拌对硫酸铵结晶的影响传质速率是由硫铵分子从晶体表面上移走晶体热的速率所决定的，在饱和器内充分搅拌可使母液得到充分的混合，以提高传质速率，同时还可以使饱和器内的母液的酸度和温度均匀。并且使析出的晶体在母液中呈悬浮状态，延长其在母液中的停留时间，这些均有利于结晶长大。(3) 杂质对硫酸铵结晶的

31、影响在纯净的母液中硫铵晶体的生长速度最快，母液中的可溶性杂质对结晶的成长速度和晶核均有不利的影响。母液中含有的金属离子不同，硫铵晶体的晶形也不同。纯净的母液形成的晶形是扁六方形棱面和锥面复合组成的，强度较高。母液中含有的可溶性杂质主要有铁、铝、铜、铅、锑、砷等各种盐类，可溶性杂质多半来自硫酸、腐蚀设备或工业水带入，它们的离子吸附在硫酸结晶的表面，遮盖了结晶表面的活性区域，促使结晶成长缓慢；有时由于杂质在一定晶面上的选择吸附，以致形成细小畸形颗粒。另外，杂质不仅影响晶体的成长和晶形，而且还由于在单位时间内晶体体积的总增长量小于同时间内在饱和器中形成的硫铵量，因而使母液的过饱和程度增加。这不仅会使

32、晶体形状发生变化，降低强度，同时还会形成大量的针状晶核，会很快充满溶液的全部体积，破坏了正常操作。因此，在硫铵生产工艺上必须采取有效措施减少母液中的杂质，这样才能生成晶形较好、粒度较大的硫铵晶体。(4)母液酸度对硫酸铵结晶的影响母液酸度在氨吸收设备内主要影响硫酸铵结晶的粒度和氨与吡啶盐基的 回收率。饱和器母液的酸度对硫铵结晶的成长也有一定的影响。随着母液酸度的提高（从 0 到 10%的范围内） ，大颗粒结晶的产率下降。同时结晶的形状也发生变化，从长宽比小的多面颗粒多数转变为有胶结趋势的细长六角形棱柱形，甚至变形针状。这是因为当其他条件不变的时候母液的介稳区随着酸度的增加而唐山学院毕业设计6减少

33、。因而不利于保持晶体成长所必须的过饱和程度。同时随着酸度的提高，母液的黏度将增大。因而增大了硫铵分子向晶体表面扩散的阻力，阻碍了晶体正常的生长。可见，硫铵晶体的平均粒度是随着母液酸度的提高而减少的。但是，从生产的操作来看，母液的酸度过低也是不允许的。否则，除使氨和吡啶的吸收率下降外，还易造成饱和器堵塞。特别是当母液中的铁、铝离子形成Fe(OH)3 及 Al(OH)3 等沉淀，进而生成亚铁氰化物，使晶体着色并阻碍晶体的成长。此外，当酸度低于 2.53.5%时，母液密度下降，易使泡沫产生导致操作条件恶化。 63.3 硫铵的生产工艺流程饱和器法生产硫铵使用的饱和器有鼓泡式饱和器和喷淋式饱和器。本设计

34、采用喷淋式饱和器。喷淋式饱和器分为上段和下段，上段为吸收室，下段为结晶室 7。由脱硫工序来的煤气经煤气预热器预热至 6070或更高温度（目的是为了保持饱和器水平衡） 。煤气预热后，进入喷淋式饱和器的上段，分成两股沿饱和器水平方向沿环形室做环形流动，每股煤气均经过数个喷头用游离酸含量为 3.5%4%的循环母液喷洒，以吸收煤气中的氨，然后两股煤气汇成一股进入饱和器的后室，用来自小母液循环泵（也称二次喷洒泵）的母液进行二次喷洒，以进一步除去煤气中的氨。煤气再以切线方向进入饱和器内的除酸器，除去煤气中夹带的酸雾液滴，从上部中心出口管离开饱和器，再经捕雾器捕集煤气中的微量酸雾后到终冷洗苯工段。喷淋式饱和

35、器后，煤气含氨一般小于 0.05g/m3。饱和器的上段和下段以降液管联通。喷洒吸收氨后的母液从降液管流到结晶室的底部，在此结晶核被饱和母液推动向上运动，不断地搅拌母液，使硫酸铵晶核长大，并引起颗粒分级。用结晶泵将其底部的浆液送至结晶槽，含有小颗粒的母液上升至结晶室的上部，母液循环泵从结晶室上部将母液抽出，送往饱和器上段两组喷洒箱内进行循环喷洒，使母液在上段与下段之间不断循环。饱和器的上段设满流管，保持液面并封住煤气，使煤气不能进入下段。满流管插入漫流槽中也封住煤气，使煤气不能外逸。饱和器满流口溢出的母液流入漫流槽内的液封槽，再溢流到满流槽，然后用小母液泵送至饱和器的后室喷洒。冲洗和加酸时，母液

36、经漫流槽流至母液储槽，再用小母液泵送至饱和器。此外，母液储槽还可在饱和器检修时供储存母液之用。结晶槽的浆液经静置分层，底部的结晶排入到离心机，经分离和水洗的硫酸铵晶体由胶带输送机送至振动式流化床干燥器，并用被空气热风机加热的空气干燥，再经冷风冷却后进入硫酸铵储斗。然后称量、包装送入成品库。离心机滤出的母液与结晶槽满流出来的母液一同自流回饱和器的下段。干燥硫酸铵唐山学院毕业设计7的尾气经旋风除尘器后由排风机排放至大气。为了保证循环母液一定的酸度，连续从母液循环泵入口管或满流管处加入质量分数为 90%93%的浓硫酸，以维持母液正常酸度。由购买送来的硫酸送至硫酸储槽，再经硫酸泵抽出送到硫酸高置槽内，

37、然后自流到满流槽。喷淋式饱和器结构上有如下特点：(1)喷淋室由本体、外套筒和内套筒组成。外套筒与内套筒间形成旋风式分离器，除去煤气中夹带的酸雾液滴，起到除酸器的作用。(2)在煤气入口和煤气出口间分隔成两个弧形分配箱，在箱内配置喷嘴，喷嘴的方向均朝向煤气流，形成良好的气流接触面。!) N; ?(3)喷淋室的下部为结晶分级槽，喷淋室以降液管与结晶分级槽连通，循环母液通过降液管从结晶分级槽的底部向上返，不断生成硫酸铵晶体，穿过向上运动的悬浮硫酸铵母液，促使晶体长大，并引起颗粒分级。(4)在喷淋室的下部设置母液满流管，控制喷淋室下部的液面，促使煤气由入口向出口在环形室内流动。喷淋式饱和器，集酸洗吸收、

38、结晶、除酸为一体，具有煤气系统阻力小，结晶颗粒较大，平均直径 0.7mm，硫酸铵质量好，工艺流程短，易操作，综合经济效益好等特点。4 生产硫铵的原料、主要设备以及所使用的材料4.1 原料进入硫铵工段的原料有煤气、剩余氨水和硫酸。其中煤气来自于冷凝鼓风工段，剩余氨水来自溶剂脱酚工段，硫酸来自酸库。4.1.1 硫酸的选择 焦化生产硫铵一般采用：（1）浓度为 7578%的塔式酸； （2）浓度为 9398%的接触法硫酸； 唐山学院毕业设计8（3）少量使用精苯的再生酸掺入到新酸中。 其中塔式酸一般含有铅、砷及氮的氧化物等杂质。氮的氧化物在操作过程中会转入煤气中，别的杂质会影响硫铵晶体的生成和晶体颜色，同

39、时不利于获得大颗粒的结晶。此外，还会使饱和器的母液生成泡沫，影响安全生产。 精苯车间的再生酸对钢材有着强烈的腐蚀作用，其中有的焦油酸和磺酸在硫铵结晶时严重污染环境，因此应与新酸混合均匀使用。浓硫酸具有含杂质少，带入饱和器的水分少，且加入饱和器有较高的稀释热，可减少煤气预热器的负荷等优点。权衡上述利弊，本设计所用的硫酸的浓度为 98%，其中再生酸是在加酸时同浓硫酸一起加入母液储槽的。 4.2 生产硫铵的主要设备及所使用的材料硫铵工段的主要设备：煤气预热器、饱和器、离心机、干燥机、除酸器等。而其中饱和器是该工段的主要设备。饱和器是用钢板焊制的，具有顶盖和锥底的圆形设备，内壁衬以防酸层。此外，饱和器

40、顶盖内表面及中央煤气管的外表面，由于经常与酸雾接触，均需焊铅扳衬层，近年来，采用环氧玻璃钢衬饱和器顶盖的内表面及中央煤气管表面，也取得了良好的效果。4.3 生产硫铵设备使用的材料焦化厂硫铵工段中，由于母液自身的腐蚀性，硫铵结晶颗粒对管道产生磨损腐蚀，以及生产事故或操作不当造成母液温度的升高使腐蚀加剧。一般生产中使用的 SUS316L 不锈钢材质很容易因腐蚀而泄露。本设计根据实际生产情况，在材质选择方面除饱和器外壳主体部分、煤气预热器等设备采用 SUS316L 不锈钢材质外，母液贮槽、满流槽、低位槽以及所有的管道等都使用 SF-SHDPE 高密度钢骨架塑料复合管材质。该材质在实际生产中抗腐蚀性强

41、、耐久性好、价格低廉。饱和器用耐酸不锈钢 SUS316L 焊制，具有顶盖和锥底的圆形设备，内壁衬以防酸层。此外，饱和器顶盖内表面及降液管的内外表面由于经常与母液接触均需焊铅扳衬层。近年来，孙笼等人在对硫铵工段非金属酚醛玻璃钢结构制作可行进行了研究，实际证明采用非金属酚醛玻璃钢材料，提高了硫铵工段主要设备的使用寿命，对稳定煤气生产，提高硫铵产量，降低硫酸单耗，具有明显的经济效益和社会效益 8。本设计饱和器内部结构全部采用酚醛玻璃钢（主要由酚醛树脂和玻璃布组成）制作。玻璃钢的优点之一在于能够方便而经济地模制出大型复杂的异形结构。因此在结构设计时，应尽可能地将设备的各部件合并成一整体，力求避免将玻璃

42、钢制成一个个零部件然后再组装，减少连接、减少拼装，从而保证整体唐山学院毕业设计9设备的质量并减轻重量。构件的厚度可以做成变截面，即在高荷载面做厚些，而在低荷载面则做薄些，便于进行等强度或等应变设计。5 工艺计算5.1 工段主要控制指标 (1)预热器后煤气温度 5070 (2)饱和器后煤气温度 5565(3)饱和器内母液温度 5055 (4)预热器内煤气阻力 21 水份 0.3 游离酸 0.05 (10)蒸氨塔顶温度 101103 (11)分缩器后氨气温度 9798 (12)废水冷却器后废水温度 4045 (13)废水含量 0.1g/L 5.2 工艺计算5.2.1 原始数据煤气产量 V 总 ：

43、55000Nm 3/h 煤气初冷器后温度： 30剩余 3.5%氨水量： 20 kg/h 干馏煤气带入氨： 365.2kg/h干馏煤气带出氨： 1.65kg/ h 蒸氨废水带出氨： 1.82kg/ h5.2.2 水平衡的确定饱和器内的水分主要是煤气和氢气带来的，还有硫酸带入的水分以及洗涤水等。洗涤硫氨用水占硫氨质量总重的 6%，冲洗饱和器和除酸器带入的水量平均取 100kg/h，氨分缩器后氨汽浓度为 10%。 10饱和器水平衡如下：输入 输出洗涤硫铵用水W1煤气带入水W2 煤气带出水氨气带入水 WdW3饱和器唐山学院毕业设计10硫酸带入水W4 硫铵产品带出水冲洗水 W 硫W5(1)带入饱和器的总

44、水量洗涤硫铵用水 W1=1676.136%=100.57kg/h初冷后的煤气温度为 30，其水汽含量为 0.0351kg/h。所以煤气带入水量 W2 =550000.0351=1930.5kg/h氨气带入水量 由 N2-N5=（W 3+N2-N5）10% 得 W3= =（70-1.82）9=613.62kg/h硫酸带入水 W 4=1269.8（1-0.98）=25.94kg/h冲洗水 W5=100kg/h则带入饱和器的总水量为 W 总入 =W1+W2+W3+W4+W5=100.57+1930.5+613.62+25.94+100=2770.63kg/h(2)带出饱和器的总水量 带出饱和器的总水

45、量分为两部分，包括煤气带出水 Wd和硫铵产品带出水 W硫 。根据硫铵产品一级质量的指标，硫铵产品含水量0.3，取含水量为0.3。则：W 硫 =1676.130.3=5.03kg/hWd= W 总 -W 硫 =2770.63-5.03=2765.6kg/hW 总出 =W 硫 +Wd=5.03+2765.6=2770.63kg/h(3)饱和器出口处的煤气中水蒸气分压以上求得的带入饱和器的总水量由煤气带走,则由饱和器出去的 1Nm3煤气应带走的总水量为:10%)-(V总 总 5027.63唐山学院毕业设计11 = =0.050kg/Nm3相应的 1Nm3的煤气中的水汽的体积为: =0.062Nm3因

46、此混合气体中水汽所占的体积比为: =5.84%取饱和器后煤气表压为 0.12MPa 其绝对压力为 1.12 MPa。则水蒸气的分压为: 1.125.84%=0.065MPa=488.72mmHg5.2.3 氨平衡及硫酸用量的计算（1）氨平衡的计算 干馏煤气带入氨 N 1饱和器消耗 氨 N3总氨 N 干馏煤气带出 N4 剩余氨水带入氨 N2蒸氨废水带 出氨 N5由平衡知： N=N 1+N2=N3+N4+N5剩余氨水带入氨： N 2=3.520=70kg/h总氨： N=N 1+N2=365.2kg/h+70kg/h=435.2kg/h饱和器消耗氨量：N 3=N-N4-N5=435.2kg/h-1.

47、65 kg/h -1.82 kg/h =431.73kg/h（2）硫酸用量的计算吸收氨反应式 2NH4 + H2SO4 = （NH 4)2SO4104.2805.062.1饱和器唐山学院毕业设计12217 98 132431.73 x y 硫铵产量 y= =1676.13kg/h硫酸理论消耗量 x= =1244.40kg/h换成 98%硫酸用量 y=1244.40/0.98=1269.8kg/h5.3 热平衡和煤气预热器出口温度的计算 为了确定是否需要向饱和器补充热量和煤气的预热温度，须对饱和器进行热平衡计算。 饱和器内平衡如下： 输入 输出煤气带入热量 Q 1 煤气带出热量 Q1 氨汽带入热量 Q2硫酸带入热量 Q3 结晶母液带出热量Q2洗涤水带入热量 Q4 循环母液带出热量Q3反应热 Q5损失热量 Q4 环母液带入热量 Q6回流母液带入热量 Q75.3.1 煤气带入的饱和器的热量饱和器1723.498.唐山学院毕业设计13(1)煤气带入饱和器的热量煤气带入饱和器的热量分为三部分：干煤气带入热量、水汽带入热量、氨带入热量三。干煤气带入热量 Q 干煤气 =V 总 C 比 t=550001.47t=80850tKJ/h式中 C 比 干煤气的比热 , 1.47 KJ/(Kg); t 煤气的预热温度 , ;