大气污染课设设计说明书

1、编号：0502010132 “大气污染控制工程”课程设计题目 亚铵法净化含so2气体工艺的中和、结晶、分离工段设计院 （系） 化学与环境工程学院 专 业 环 境 工 程 班 级 环 境 0 5 1 学生姓名 卢 珊 成 绩 2009年1月一、总论以车间为单位，对亚铵法净化含so2气体工艺之中和、结晶、分离的间歇操作工段进行工艺设计，设计深度以初步设计阶段考虑，设计内容为工艺部分，不含辅助设施和公用工程部分。本工艺用亚铵法净化含so2气体，吸收液吸收so2后得到亚硫酸氢铵溶液，该溶液用碳酸氢铵进行中和、结晶、分离后得到亚硫酸铵固体产品，分离母液返回吸收系统。吸收过程为连续操作；中和、结晶、分离过

2、程为间歇操作（4小时1次）。设计生产能力为300kg/h亚硫酸铵（年生产328天计）。二、设计依据1.主反应式：nh4hco3 (s) + nh4hso3 (l) （nh4）2so3 (l) + h2o (l) + co22.亚硫酸氢铵溶液：比重，kg/l1.3476组成，g/lnh4hso3（nh4）2so3（nh4）2so4h2o61387128519.63.分离母液：比重，kg/l1.250组成，g/lnh4hso3（nh4）2so3（nh4）2so4h2o87.3299.0146.3717.44.亚硫酸铵产品：组成，w%（nh4）2so3h2o（nh4）2so4h2o87.054.45

3、8.505.碳酸氢铵组成：组成，w%nh4hco3h2o95.05.06.根据生产实践数据，中和、结晶、分离系统在-10进行时，各物料间有如下规律：g溶液/g产品=1.96 (重量比)；g母液/g产品=1.277 (重量比)7.研究单位提供的热化学数据如下：（1）亚硫酸氢铵溶液温度：29；碳酸氢铵温度：20。（2）比热数据：比热cal/g亚硫酸氢铵溶液 (l)分离母液 (l)产品亚铵 (s)碳酸氢铵 (s)co2 (g)0.5000.5700.2980.3900.205（3）生成热数据：生成热cal/molnh4hso3 (l)(nh4)2so3 (l)nh4hco3 (s)(nh4)2so4

4、 (l)h2o (l)co2 (g)1792002087002053002795006852097800（4）结晶热数据：(nh4)2so3 (l) + h2o (nh4)2so3h2o (s) + 4130 cal/mol(nh4)2so4 (l) (nh4)2so4 (s) + 2.6 cal/mol三、工艺方案的选择和确定氨-亚硫酸铵法净化烟气中的so2工艺是以氨吸收so2,并将吸收后的母液加工成产品亚硫酸铵。烟气脱硫的副产品亚铵可代替烧碱用于制浆造纸，既可解决烧碱来源紧张问题，又使造纸工业长期感到“头痛”的有害废液(黑液)变成肥料。该法流程简单，且气氨、氨水和固体碳酸氢铵均可作为氨源。

5、既可生产液体亚铵，又可以制取固体亚铵。国内中小硫酸厂多采用此流程。四、生产流程叙述按流程图的顺序：（1）流程位号101-nh4hso3液体储存槽：nh4hso3液体由吸收工段导入，存储量为18批，储存槽为圆柱形，长径比为1：1。（2）流程位号102-离心泵。（3）流程位号103-挂式高位计量槽：为进入反应器中的nh4hso3液体定量，计量量为1批，计量槽为圆柱形，长径比为1：1，内有换热管，传热剂为冷却水。（4）流程位号104-nh4hco3固体储存槽：储存nh4hco3固体反应物，存储量为18批，储存槽为圆柱形，长径比为1：1，圆柱形下部接锥斗，与振动料斗相接。（5）流程位号105-振动给料

6、机：为进入反应器中的nh4hco3固体定量，给料量为1批。（6）流程位号106-搅拌釜式反应器：反应物nh4hso3液体和nh4hco3固体的反应场所，反应量为1批，反应器为圆柱形，长径比为1：1，其外壁有保温层，以保证反应器内温度为-10。（7）流程位号107-卧式活塞推料离心机：分离产物（nh4）2so3与母液，其中产品直接送至包装。（8）流程位号108-分离母液回收槽：收集分离母液并返回吸收工段，收集量为18批，回收槽为圆柱形，长径比为1：1。（9）流程位号109-离心泵。五、物料衡算与能量衡算（一）物料衡算1.物料衡算示意图：2.化学方程式：nh4hco3 (s) + nh4hso3

7、(l) （nh4）2so3 (l) + h2o (l) + co23.确定计算项目：x-亚硫酸氢铵溶液用量，kg；y-碳酸氢铵原料用量，kg； z-母液产量，kg；w-二氧化碳产量，kg。4.基础数据：如设计依据。5.选择计算基准：以300kg亚硫酸铵产品为计算基准。6.计算：（1）x=1.96×300=588kg；vx=588/1.3476=436.33l（2）z=1.277×300=383.1kg；vz=383.1/1.250=306.48l（3）反应掉的亚硫酸氢铵溶液质量=613vx-87.3vz=240.67kg y=240.67×79/(99×

8、95.0%)=202.2kg（4）w=240.67×44/99=107kg7.整理校核：校核：反应生成水：240.67×18/99=43.76kg。进水：436.33×519.6×10-3+202.2×5.0%=236.83kg。出水：306.48×717.4×10-3+300×8.5%+300×87.05%×18/134=280.45kg。反应生成水+进水=出水整理：进料出料kg/hkg/批kg/hkg/批溶液588.02352.0母液383.11532.4碳铵202.2808.8产品3001

9、200co2107428合计790.23160.8合计788.13152.48.物料流程图：（二）能量衡算1.热量衡算示意图：2.基础数据：如设计依据。3.选择计算基准：（1）物料基准：以小时量物料为基准。进料出料kg/hkg/h溶液588.0母液383.1碳铵202.2产品300co2107合计790.2合计788.1（2）温度基准：以0为基准。4.热量计算：（1）溶液，29：q1=588.0×0.5×29=8526kcal（2）碳铵，20：q2=202.2×0.39×20=1577.2kcal（3）亚铵结晶：q3=300×0.8705/13

10、4×4130=8048.9kcal（4）硫铵结晶：q4=300×0.0445/132×2.6=0.263kcal（5）主反应热：qr=208700+68520+97800-179200-205300=-9480kcalq5=202.2×0.95/79×(-9480)=-23050.8kcal（6）氧化热：n=（300×0.0445-588/1.3476×0.128+383.1/1.250×0.1463）/132=0.0177kmolq6=0.0177×(279500-208700)=1253.2kcal（

11、7）产品，-10：q7=300×0.298×(-10)=-894kcal（8）母液，-10：q8=383.1×0.57×(-10)=-2183.7kcal（9）co2，-10：q9=107.0×0.205×(-10)=-219.4kcal（10）热损失：q10=-23050.8×0.03=-691.5kcal热量衡算数据：带入热量（kcal/h）带出热量（kcal/h）溶液q18526产品q7-894碳铵q21577.2母液q8-2183.7亚铵结晶q38048.9co2q9-219.4硫铵结晶q40.263热损失q10-6

12、91.5主反应热q5-23050.8氧化热q61253.2换热量343.4合计-3645.2合计-3988.6传热剂的选择：换热温度t=343.4/(0.5×588)=1.2，可选用冷却水作为传热剂。5.热量衡算关系图：六、设备的设计计算和选型按流程图的顺序：（1）流程位号101-nh4hso3液体储存槽：储存量18批，长径比为1：1的圆柱形，装料系数为0.9。v=436.33×4×18×10-3/0.9=34.91m3d3=4×34.91/3.14=44.47m3d=h=3.5m（2）流程位号102-离心泵：80dx-24型，功率15kw。（

13、3）流程位号103-挂式高位计量槽：计量量为1批，长径比为1：1的圆柱形。v=436.33×4×10-3=1.75m3d3=4×1.75/3.14=2.23m3d=h=1.3m高位计量槽内的换热管：换热温度:t=343.4/(0.5×588)=1.2设冷水由2022，溶液由2927.8。则tm=（9-5.8）/ln(9/5.8)=7.28设蛇管式冷却器总传热系数k=400kcal/(m2h)，选择规格为25×2.5的换热管。换热面积：a=q/(ktm)=343.4/(400×7.28)=0.12m2管长：l=a/d=0.12/(3.1

14、4×20×10-3)=2m（4）流程位号104-nh4hco3固体储存槽：储存量为18批，长径比为1：1的圆柱形，下接锥斗，装料系数为0.8。碳铵的比重为1.57kg/l。v=202.2/1.57×4×18×10-3/0.8=11.60m3d3=4×11.60/3.14=14.78m3d=h=2.5m（5）流程位号105-振动给料机：给料量为1批。m=202.2×4=808.8kg选择gz1型电磁振动给料机(785×376×545)。（6）流程位号106-搅拌釜式反应器：反应量为1批，长径比为1：1的圆柱

15、形。令设备的备用系数为1.2，装料系数为0.8。v=436.33×4×1.2×10-3/0.8=2.62m3d3=4×2.62/3.14=3.34m3d=h=1.5m（7）流程位号107-卧式活塞推料离心机：由产量300kg/h，选择wh-800型卧式活塞推料离心机(2270×1660×1400)。（8）流程位号108-分离母液回收槽：收集量为18批，长径比为1：1的圆柱形，装料系数为0.9。v=306.48×4×18×10-3/0.9=24.52m3d3=4×24.52/3.14=31.24m

16、3d=h=3.1m（9）流程位号109-离心泵：80dx-24型，功率15kw。七、生产控制分析控制水平：手动自动二者兼备。主要控制点和控制方法：序号控制地点控制项目控制方法控制指标备注1吸收工段与101之间流量自动18批流量之内101附带液位计2吸收工段与101之间温度手动293101与102之间压力自动与泵指标相符4102与103之间压力自动与泵指标相符5103流量手动0.6l/h103附带液位计6103温度手动207103与106之间温度手动298104温度手动209106温度手动-1010108 流量自动18批流量之内108附带液位计11108与109之间压力自动与泵指标相符12109

17、之后压力自动与泵指标相符13109之后流量自动1批流量之内返回吸收工段八、原材料与动力消耗序号名称规格单位消耗定额元/t消耗量备注每小时/元每年/千元1亚硫酸氢铵溶液588.0kg/h460270.482129.2按年生产328天计2固体碳铵202.2kg/h650131.431034.63分离母液383.1kg/h350134.0851055.54固体亚硫酸铵300kg/6九、布置说明本厂房采用室内布置，共设两层。为了满足工艺流程顺序，保证水平和垂直方向上的连续性，将亚硫酸氢铵液体储存槽、卧式活塞推料离心机、分离母液回收槽置于一楼，且使其轴线重合以减少管道的长度；将

18、挂式高位计量槽、釜式反应器、碳铵固体储存槽及电磁振动给料机置于二楼，且将碳铵固体储存槽及给料机安装在反应器上方，以满足流程需要。同时，一楼的液体储存槽与二楼的高位计量槽上下相对应，一楼的离心机与二楼的釜式反应器上下相对应。其中，高位计量槽、釜式反应器及固体储存槽需要支架支撑。另外，一楼还设置了办公更衣室、化验控制室及储存配电室等必需的生产辅助设施。十、定员序号部门生产人员辅助人员技术人员备注人数职责人数职责人数职责1生技2控制流程1维修设备1化验物料共4人2供销1购买原料1包装产品共2人3管理1管理厂区共1人4监督1监督执行共1人十一、投资概算1.设备原价：已知数据：主要设备价格（千元）名称价

19、格容器内衬环氧玻璃钢³10m32.5/m3-容积<10m34.5/m3-容积内衬不锈钢（中和反应器）5.5/m3-容积耐腐蚀塑料泵（带电机）³10kw2.5<10kw1.6离心机（带辅助设备）150.0搅拌器（带电机）1.8换热铝管0.6/m2-换热面积螺旋输送机2.6振动料斗6.0电葫芦（带全套控制及电机）10.0（1）亚硫酸氢铵液体储存槽：2.5×34.91=87.275千元（2）换热管：0.6×0.12=0.072千元（3）高位计量槽：4.5×1.75=7.875千元（4）碳铵固体储存槽：2.5×11.60=29千元

20、（5）振动给料机：6.0千元（6）釜式反应器及搅拌器：5.5×2.62+1.8=16.21千元（7）卧式离心机：150.0千元（8）分离母液回收槽：2.5×24.52=61.3千元（9）离心泵：1.6×2=3.2千元设备原价=360.93千元2.设备工程费：（1）设备运杂费：取设备原价的4%，即14.44千元。（2）安装费：取设备原价的4%，即14.44千元。设备工程费=设备原价+设备运杂费+安装费=389.81千元3.总工程投资：总工程投资包括建筑工程费(15.55%)，安装工程费(16.21%)，设备工程费为(68.24%)。（1）总工程投资=389.81/6

21、8.24%=571.23千元（2）建筑工程费=571.23×15.55%=88.83千元（3）安装工程费=571.23×16.21%=92.60千元总概算表工程费用名称概算价值/千元第一部分设备原价设备运杂费安装费合计设备工程费360.9314.4414.44389.81建筑工程费88.83安装工程费92.60总工程投资571.23十二、成本计算已知数据：名称价格工业用水5.6元/吨工业用电0.75元/度固体碳铵650元/吨固体亚硫酸铵1520元/吨亚硫酸氢铵溶液460元/吨分离母液350元/吨产品包装袋（塑料，一次性使用，包装量25kg）3.0元/只1.原材料费：（1）固体碳铵：650元/吨（2）亚硫酸氢铵溶液：460元/吨（3）产品包装袋：3×1000/25=12