180万吨焦化厂硫铵工段设计[1](5)

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第21页

喷淋式饱和和器法生产硫酸氨工艺，采用的喷淋式饱和器，材质为不锈钢，设备使用寿命长，集酸洗吸收、结晶、‘除酸、蒸发为一体，具有煤气系统阻力小，结晶颗粒大，平均直径在0.7mm，硫酸氨质量好，工艺流程短，易操作等特点。

3 工艺计算与设备选型

3.1 基础数据的计算

3.1.1 装煤量的计算

选用JN60-6型2360孔焦炉，主要尺寸如下： 炭化室有效全长 全高 平均宽 （mm） (mm) (mm) 容积／m3 38.5 焦炉生产能力的核算 15980 6000 450 结焦时间 (h) 19.5 hlb?干kG?365?24?nNK?T1?M焦式中 365324——全年工作时间

n——每个焦炉组的焦炉个数 N——每座焦炉的炭化室个数 h——炭化室的有效装煤高度 m

l——炭化室的有效装煤长度 m b——炭化室的有效装煤宽度 m

?干——装煤煤干基堆密度 t(干煤)/m3一般0.72~0.75,本设计取0.75 T——运转周期 取设计结焦时间25h

K——干煤全焦率，%。一般0.73~0.77，本设计取0.76 k——考虑到炭化室检修等原因的减产系数，取0.97

M焦——全焦含水量（取6%）

5.65?15.14?0.45?0.750.97G=8760?2?60??0.76??1220552t/a

19.51?0.063.1.2 煤气发生量Q

G??nN

hlbpt5.65?15.14?0.45?0.75?2?60??177.66t∕h t19.5 中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第22页

其为装煤干煤量，取煤气发生量Mg=360Nm3/t(干煤),紧张系数为1.07 则煤气发生量Q=G?31.073Mg

=177.6631.073360 =68435Nm3/h 3.1.3 剩余氨水量 (1) 原始数据

装入湿煤量 G′/(1-10%)=177.66/(1-10%)=197.4t/h 配煤水分 10% 化合水 2%

煤气发生量 360Nm3/t(干煤) 煤气初冷器后煤气温度 30℃

30℃时1Nm3煤气经过蒸汽饱和后水汽含量0.0351K g/Nm3 (2)计算

根据煤气初冷系统中的水平衡，可得剩余氨水G3t/h

G3= G1—G2

式中 G1——煤气带入集气管中水量t/h G2——初冷器后煤气带走的热量t/h G1= 197.4310% ＋177.663(1-10%)32% = 22.94 t/h G2= 6843530.0351 = 2402.0685 Kg/h = 2.402 t/h 则剩余氨水量为：

G3= G1—G2=22.94－2.402= 20.89t/h

3.2 饱和器的有关计算及选型

3.2.1 原始数据 焦炉干煤装入量G? t/h 煤气发生量Mg Nm3/t(干煤) 177.66 360

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第23页 氨的产率（挥发氨） % 初冷器后煤气温度t ℃ 剩余氨水量G3 t/h 蒸氨废水中含氨量 g/l 剩余氨水中含氨量 g/l 直接用蒸汽量（每蒸馏1m3稀氨水）kg/m3 分缩器后氨气温度t ℃ 饱和器后煤气含氨量 g/Nm3 硫酸浓度 Wt % 炼焦煤含水量 % 3.2.2氨平衡及硫酸用量的计算 饱和器的平衡

N1煤气带入氨 0.3 30 20.54 0.05 3.5 250 98 0.03 78 12 N5饱和器耗氨 饱 N总氨 和 N3饱和器带出氨 器 N4蒸氨废水带出氨

N2剩余氨水带入氨 由平衡知 N = N1+ N2+N3+N4?N5

则总氨量 N = G?30.3% = 177.663 0.3% = 532.89 kg/h 剩余氨水带入氨 N2 =G333.5 = 20.893 3.5 = 71.89 kg/h 干馏煤气带入氨 N1 = N－N2= 532.98－ 71.89=461.09kg/h

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干馏煤气带出氨 N3= 177.66 33603 0.03/1000 =1.92 kg/h 蒸氨废水带出氨 L = 20.89 ＋ 20.893 0.25 = 25.68 t/h

0.05 N4= 25.68331000 = 1.28 ㎏/h

1000 饱和器耗氨量 N5 =N－N3－N4 = 532.98 – 1.92 – 1.28 =529.78kg/h 由反应原理 硫酸吸收氨反映式：

2NH3?H2SO4?(NH4)2SO4

2317 98 132 532.98 y x

硫氨产量 x=529.983132/(2317)=2057.6 kg/h

硫酸理论耗量 y=529.98398/(2317) =1527.6kg/h 换算成 78% 硫酸耗量 y?=1527.6/ 78% = 1958.4kg/h

3.2.3 水平衡及母液温度的确定

饱和器内的水分主要是煤气和氢气带来的。其余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120kg/h，氨分缩器后氨汽浓度为10%. 饱和器水平衡如下：

洗涤硫铵水 W4饱 煤气带入水 煤气带出水Wt WW1WW2氨气带入水 和 硫铵产品带出水Wp W2硫酸带入水 器W冲洗水 W5 W(1) 带入饱和器的总水量

初冷后的煤气温度为30℃，其水汽含量为0.0351㎏/所以：

1）煤气带入水量 W1=177.66 3 360 3 0.0351 = 2244.9kg/h

中国矿业大学2009届本科生毕业设计 第25页

2）氨汽带入水量 又N2－N4=（W2＋N2－ N4）310% 得

W2?(N2?N4)(1?10%)?9?(71.89?1.28)?635.5kg/h

10% 3)硫酸带入水 W3= 1958.43(1-78%) = 430.8kg/h

4)硫铵洗涤用水（扣除硫铵产品带出水）：W4= 2056.7 3 6% = 123.4 kg/h 5)冲洗水量 W5 = 120kg/h 则带入饱和器总水量为

Wt= W1＋W2＋W3＋W4＋W5

= 2244.9+635.5+123.4+430.7+120

= 3554.7 kg/h

(2) 饱和器出口的煤气中水蒸气分压

以上求得的带入饱和器的总水量均应由煤气带走，则由饱和器出去的1Nm3煤气应带走的水量为：

W总3554.7? = 0.056kg/Nm3 V总360?177.6 相应的1Nm3的煤气中的水汽的体积为

0.05622.43 = 0.0697Nm3 181000 故混合气中水汽所占的体积比为

0.06973100%= 6.52%

1?0.0697取饱和器后煤气表压为0.12MPa，其绝对压力为1.12 Mpa。 则水蒸气分压为: 1.12 3 6.52% =0.07302 MPa = 55.5 mmHg (3) 饱和器母液温度的确定

饱和器内母液的适宜温度可按母液的最低温度乘以平衡偏离系数来确定。当母液液面上的水汽分压与母液液面上煤气中的水汽分压Pg相平衡时，即Pl = Pg = 55.5 mmHg.

取母液酸度为6%，由《焦化工艺学》（中国矿业大学出版社）图9-3可得，饱和器的最低温度为40℃。

因母液内水的蒸发需要推动力（ΔP=Pl-Pg），还由于煤气饱和器中停留时

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