工艺计算拷贝

第四章工艺计算饱和器的物料平衡和热平衡进行饱和器的物料平衡和热平衡计算，对饱和器的操作和制定正常的操作制度具有重要意义。通过氨平衡计算可以确定硫酸用量和硫酸铵产量；通过水平衡计算可以确定饱和器母液的适应温度；通过热平衡计算可以确定饱和器操作过程是否需要补充热量，从而规定煤气预热温度或母液预热温度。原始数据：焦炉干煤装入量 61t/h煤气发生量（十煤） 340m3/t氨的产率 0.3%出冷器后煤气温度 30°C剩余氨水含氨量 3.5g/L蒸氨塔废水含氨量 0.05g/L每蒸馏1m3稀氨水用直接蒸汽量 150kg/L分缩器后氨水温度 98C饱和器后煤气含氨量 0.03g/m3硫酸质量浓度 78%1.1氨的平衡及硫酸用量的计算剩余氨水量：原始数据：装入煤量（湿煤） 66.7t/hTOC\o"1-5"\h\z配煤水分，% 8.5化合水（干煤），% 2送来加工剩余氨水量：W「66.7X0.085+66.7X（1—0.085）X0.02=6.89t/h, 、 35.2W2=66.7X（1—0.085）X340X顶。。1000=。.73t/h式中35.2:每一米3煤气在30C时经水蒸汽饱和后的水汽含量W=W1—W2=6.89—0.73=6.16t/h煤气带入饱和器的氨量：等于炼焦生成的总氨量与剩余氨水中总氨量之差。1000X61X0.3%—6.16X3.5=161.44kg/h饱和器后随煤气带走的氨量：340x61x0.03…八=0.62kg/h1000由蒸氨塔带入饱和器的氨量：6.16X3.5—6.16X1.2X0.05=21.18kg/h

饱和器内被硫酸吸收的氨量：161.44+21.18—0.62=182kg/h硫酸铵质量(十质量)：132

182X饱和器内被硫酸吸收的氨量：161.44+21.18—0.62=182kg/h硫酸铵质量(十质量)：132

182X =706.6kg/h2x17质量浓度78%的硫酸消耗量：982x17x0.781.2水平衡及母液温度的确定为使饱和器母液不被稀释或浓缩，应使进入饱和器的水分全部呈蒸气状态被煤气带走。由于煤气通过母液时速度太快，接触时间太短以及接触表面积不足，所以饱和器蒸发水分能力很差。这就更加突出了饱和器维持水平衡的重要性。带入饱和器的总水量煤气带入的水量：34X6x13=7《0kg/h1000氨分缩器后氨气带入的水量：2^(1—10%)=190.62kg/h10%式中10%——相当于分缩器后温度为98°C1000氨分缩器后氨气带入的水量：2^(1—10%)=190.62kg/h10%式中10%——相当于分缩器后温度为98°C的氨气浓度。硫酸带入水量：洗涤硫酸铵水量：取硫酸铵量的8%,离心后硫酸铵含水2%,故带入水量为：8-2X——=42.4kg/h100冲洗饱和器和除酸器带入的水量：饱和器的酸洗和水洗是定期进行的，洗水量因各厂操作制度不同而异，现取平均200kg/h，则带入饱和器的总水量为：730+190.62+147.95+42.4+150^1261kg/h饱和器出口煤气中的水蒸气分压带入饱和器的总水量，均由煤气带走，则出饱和器的1m3煤气应带走的水量为：1261=0.0608kg/m31261340x61相应地，1m3煤气中水蒸气的体积为：60.£22.对 =0.0757m318x1000混合气体中水汽所占的体积为：0.0757“

=7%

1+0.0757取饱和器后煤气表压力为7.82KPa，则水蒸气分压为：(101.33+7.82)X7%=7.64KPa母液最低温度的确定根据母液液面上的水蒸气分压等于煤气中的水蒸气分压，1.3热平衡及煤气预热温度的确定(1)输入热量QQ1)煤气带入的热量Q1干煤气带入的热量：340X61X1.465t=30384tkJ/h式中1.465——干煤气比热容，kJ/(m3・k);t—煤气预热温度，°C。水蒸汽带入的热量：730(2491+1.834t)=1818430+1339tkJ/h式中1.834——0〜80C间水蒸气比热容，kJ/(kg-K)；2491——水在0C时的蒸发热，kJ/kg.氨带入的热量：161.44X2.106t=340tkJ/h式中2.106——氨的比热容，kJ/(kg・K)。煤气中所含的苯族烃、硫化氢等组分，含量少，在饱和器前后引起的热量变化甚微，故可以忽略不计。又因毗啶装置未生产，毗啶盐基在饱和器中被吸收的极少，也不予考虑。则煤气带入饱和器的总热量为：Q1=30384t+1818430+1339t+340t=1818430+32063tkJ/h

2)氨气带入的热量Q2①氨带入的热量：21.18X2.127X98=4415kJ/h式中2.127——98°C时氨的比热容，kJ/(kg・K)。②水蒸气带入的热量：190.6X(2491+1.84X98)=509153kJ/hQ2=4415+509153=513568kJ/h硫酸带入的热量Q3Q3=672.5X1.882X20=25313kJ/h式中1.882——质量浓度为78%硫酸的比热容，kJ/(kg-K)。洗涤水带入的热量Q4Q4=(200+42.4)X4.177X60=60750kJ/h式中4.177——60C时水的比热容，kJ/(kg・K)。结晶槽回流母液带入的热量Q5取回流母液温度为45C，母液量为硫酸产量的10倍，则Q5=706.6X10X2.676X45=850887kJ/h式中2.676——母液的比热容，kJ/(kg・K)。循环母液带入的热量Q6取循环母液温度为50C，母液量为硫酸铵产量的60倍，则Q6=706.6X60X2.676X50=5672585kJ/h7)化学反应热Q7①硫酸铵生成热q1q2£66x195524=1046646kJ/h1132式中195524——硫酸铵生成热，J/mol。②硫酸铵的结品热q2q70竺x10886=58273kJ/h2132式中10886——硫酸铵结品热，J/mol。③硫酸稀释热(由78%稀释到6%)③硫酸稀释热(由78%稀释到6%)q3q3=74776(n11.7983+n1)1.7983+n2J/mol式中n1、n2——分别为稀释后和稀释前水的摩尔数与酸的摩尔数之比，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总输入热量qa:入 Q=10254101+32063tkJ/h2)输出热量Q入1)煤气带出的热量Q，］十煤气带出的热量340X61X1.465X55=1671125kJ/h水蒸气带入的热量1261(2491+1.834X55)=3268348kJ/hQ,1=1671125+3268348=4939473kJ/h结品母液带出的热量Q'2Q,2=706.6X(1+10)X2.676X55=1143971kJ/h循环母液带出的热量Q，3Q,3=706.6X60X2.676X55=6239843kJ/h饱和器散失的热量Q，4Q，4=。F(t1-tJ式中a给热系数，取20.9kJ/(m2•h•K)；F饱和器表面积，(当直径为5m时，F^200m2)；t1饱和器壁温度，取45°C；t2大气温度，取20C。Q，4=20.9X200X(45-20)=212140kJ/h总输出热量Q出：出 Q=12427787kJ/h根据热平衡关系，则 出10254101+32063t=12427787所以t^67.8C在毗啶装置投入生产时，输入热量减少的项目有分缩器后的全部氨气带入的热量，分缩器后全部氨气与硫酸的生成热，送往中和器的母液带出的热量。输入热量增加的项目是中和器回流母液量，约为送往中和器的母液量和氨气带入水蒸气之和。故毗啶装置投入生产时，煤气预热温度一般为70〜80C，母液温度比未生产毗啶时约高5C。二.主要设备的工艺计算和工艺选型1.饱和器

饱和器是饱和器法制取硫酸铵的主体设备，喷淋式饱和器全部采用不锈钢制。喷淋式饱和器由上部的喷淋室和下部的结晶槽组成。喷淋室由本体、外套筒组成。煤气进入本体后，向下在本体与外套筒的环型室内流动，然后向上出喷淋室，在沿切线方向进入外套筒与内套筒间旋转向下进入内套筒，由顶部排出。外套筒与内套筒间形成旋风分离器，起到除去煤气夹带液滴的作用。在煤气入口和煤气出口间分隔成两个弧型分配箱，其内设置喷淋嘴数个，朝向煤气流。在喷淋室的下部设有母液满流管，控制喷淋室下部的液面，促使煤气由入口向出口在环型室内流动。喷淋室以降液管与结晶槽连通，循环母液通过降液管从结晶槽底部向上返，硫酸铵品核不断生成和张大，同时颗粒分级，最小颗粒升向顶部，从结晶槽上部出口接到循环泵，大颗粒结品从槽下部抽出。在煤气出口设有母液喷淋装置。在煤气入口和煤气出口设有温水喷淋装置，以清洗喷淋室。为了增大结品的粒度，采用母液强化循环的方法。液体搅拌器是做为饱和器的一格组成部分示出的，由供料管和喷嘴组成。饱和器内的工作介质时由泵通过液体搅拌器压送的。饱和器的设计定额：煤气进口速度12〜15m/s；中央煤气管内煤气速度7〜8m/s；环形空间煤气速度0.7〜0.9m/s；泡沸伞煤气出口速度7〜8m/s。根据上述设计定额，针对一定的煤气处理量可确定饱和器的基本尺寸。原始数据：煤气流量 20740m3/h饱和器前煤气压力 9.5kPa饱和器阻力 1.68kPaTOC\o"1-5"\h\z煤气预热器后煤气温度 70°C饱和器煤气露点温度 50C饱和器后煤气温度 60C初冷器后煤气温度 30C1）预热器后煤气实际体积20740x1.195x20740x1.195x101.325101.325+9.5273+70273+30=55517m3/h式中1.195——1m3煤气（标态）在30C为水蒸气饱和后的体积。2）中央煤气管直径。取中央煤气管道内煤气流速为7.5m/s，则：=1.62m,■ 37769=1.62md=. , 兀 3600x—x7.543）饱和器后煤气的实际体积

101.325 273+6031042x1.348x x =4004w93/h101.325+9.5-1.68273+50式中1.348——1m3煤气（标态）在50°C为水蒸气饱和后的体积。4）饱和器直径取饱和器内环形截面上煤气流速为0.8m/s,则环形截面积为：400493600400493600x0.8=13.9m2饱和器的总截面积为：13.9+-x(1.33)2=15.29m24饱和器的直径为：D=\4x15.29=4.4m\兀结晶槽结晶槽的作用是对含有硫酸铵结品的母液进行水力选粒。结晶槽用钢板焊制，内壁衬以防酸层。结晶槽设有伸入设备内的选料装置，它由杯形件构成。杯形件内装有向下扩宽的供料管，供料管通入固定在杯形件下端的漏斗。含有结品的悬浮液沿供管进入，从漏斗折回，上升到选粒截面。较大的品粒，其沉降速度大于升向选粒截面的液流速度，使经杯形件和漏斗之间的环形缝隙排入结晶槽的下部，由此进入离心机。含小粒结品的母液沿杯形件上升，经溢流管排入饱和器，使结品继续长大。选粒街面上的上升液流速度是按悬浮液中固相含量小于 30%的流体计算确定的，约为5cm/s。沸腾干燥器沸腾干燥器的作用是将离心机出来的含水质量约2%的硫酸铵水分降至0.2%以下，以防结块，给包装和施肥带来困难。它的上部是扩大的圆筒形装置，下部是由隔板分成的加热前室和后室。各室均由带孔眼的气体分布板分为上下两部分。在气体分布板上装有六角形排列的风帽，在风帽间隙中铺有一层直径约为20mm的石英石，其厚度与风帽平。风帽数量因设备大小而异，需能保证热风均匀喷出并形成良好的沸腾状态。对处理能力为3t/h硫酸铵的沸腾干燥器，前室装39个风帽、后室装228个风帽，每个风帽上钻有6个@6的孔眼。湿硫酸铵由螺旋输送机经加料斗送入前室，受到由风帽喷出的热空气作用，立即沸腾分散开来，同时被快速加热干燥。前室的物料在沸腾分散过程中不断被抛入后室，在后室中进一步沸腾干燥。所蒸发的水分混同空气进入上部扩大部分后减速，以减少所挟带的细粒结品，再由抽风机抽出，经旋风分离，将细粒结品回收，湿空气排入大气。整个沸腾干燥过程可于25〜30s内完成，干燥效率达95%产品水分可降至0.1%。沸腾干燥器的设计定额：床面生产强度2〜2.5t/（m2•h）;溢流出口高度400〜500mm；沸腾层上部空气流速(颗粒平均直径0.4〜0.6mm)1.0〜1.4m/s；每处理1t硫酸铵需空气量(空气温度5°C,相对湿度84%；硫酸铵水分2%,温度不低于15C)1500m3/ho干燥器的主要尺寸可按流态化原理在密相流化床上的应用加以确定。原始数据硫酸铵产量706.6kg/h每天操作时间15h/d进十燥器的硫酸铵含水2%出十燥器的硫酸铵含水0.1%进十燥器的硫酸铵温度15C出十燥器的硫酸铵温度68C空气温度5C空气相对湿度84%加热器后空气湿度140C出十燥器的空气温度70C沸腾床最低流态化速度的确定当空气气流通过干燥器硫酸铵颗粒床层的流速达到使全部颗粒刚好进入悬浮状态时，颗粒与气体间的摩擦力与其质量相平衡，且通过此床层的任一截面的压降大致等于在该截面上颗粒和流体的质量，则可认为床层刚刚流化，并称之为处于临界流化状态的床层。此时最低流态化速度可按下列通用方程式计算：0.00923d1.82罗(p-p)。.94临界 日0.88p0.06式中d 固体颗粒平均直径，m；P 气体密度，kg/m3;P$ 固体密度，kg/m3;r 气体黏度，Pa•s。上式适用的条件是雷诺数Re=、临界七v10若大于10，则必须对计算R结果进行校正。上式中各项数据如下：cp各级颗粒直径d/mm2.01.00.50.30.20.1筛分组成cp各级颗粒直径d/mm2.01.00.50.30.20.1筛分组成x/%0.14234221.00.9若硫酸铵的筛分组成如表所示，则硫酸铵的筛分组成1x100dcp0.142—+—+2.01.034 +0.522031.00.9 + 0.20.1=0.514mm2）p的确定在干燥器内气体的平均温度为14匹0=105°C，设气流操作压力为23.43kPa，则空气流在实际操作状态下的密度为：1“ 273 101.33+3.43 ,p=1.29x273_1__x10133 =0.96kg/m31.29空气在标准状况下的重度，kg/m3。3）硫酸铵结品真密度ps为1770kg/m3;4）空气黏度r为2.1X10-Pa•s。将上述各值代入式得：u=0.00923x(0.514x10-3)1.82x(1770-0.96)0.94=°&/于临界 (2.1x10-3)0.88x(0.96)0.060.514x10-3x0.14x0.96…Re= =3.32.1x10-5因Re<10，故计算结果不必校正。（2）干燥器直径的确定干燥器内气流实际操作速度v=10xv临界=1.4m/s。干燥器内平均操作温度及压力下的湿空气体积：按设计定额，干燥器每处理1t硫酸铵（干基）需温度为5C，相对湿度为第9页共15页84%的空气1500mso干燥器的处理负荷(按15h/d)为：—24 _x—=1130.56kg/h15原料含水量：1130.56x2%=22.61kg/h干燥后残留在硫酸铵中的水量：1130.56x0.1%=1.13kg/h则需蒸发的水量为：22.61-1.13牝21.5kg/h因此，在干燥器内湿空气的体积为：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干燥器的沸腾床面积：F=2291牝0.46m23600x1.40.46直径： Dg=『二0.46直径： Dg=『二^=0.77m0.785所以选用Dg=920mm的沸腾干燥器（3）干燥器溢流口高度的确定根据计算，固定床物料层高度H0可取为200mm，则沸腾床层高度（即溢流口高度）为： 0H=H1^001-8式中8为固定床孔隙率8=1-%=1--858=0.5150 0P真17708为沸腾床孔隙率，取0.75一. 1—0515则： H=200x =388mm1-0.75溢流口高度时控制沸腾床层高度及物料停留时间的重要参数。有的厂在溢流口处安装活动插板，这样可根据进料量和进料含水量节流溢流口的高度。5.煤气预热器原始数据：煤气量 20740m3/h预热器前煤气温度 45°C

70°C70°C1.163X105（绝对）4kg/cm3（绝对）预热器内煤气平均压力加热蒸汽压力1.预热器的热平衡（1） 输入热量粗气带入的热量A十气20740X2.763X45=2578708kJ/hB水气730X（2491+1.834X45）=1878676.9kJ/hC氨气161.44X2.106X45=15299.7kJ/hD苯类560X1.03X45=25956kJ/h小计：2046443.85+2812096.23+22830.1+51815.4=4933185.6kJ/h加热蒸气带入的热量设为Q。合计： Q+4933185.6kJ/h（2） 输出热量粗气带出的热量A十气20740X2.763X70=3183357.1kJ/hB水气730X（2491+1.834X70）=2862196.5kJ/hC氨带出161.44X2.106X70=35513.5kJ/hD苯类1117.9X1.03X70=80600.6kJ/h小计：3183357.1+2862796.5+35513.5+80600.6=6161667.7kJ/h散热损失：设散热损失为0.05Q合计： 6161667.7+0.05QkJ/h令入方=出方Q+4933185.6=6161667.7+0.05QQ=1293139kJ/h则热量蒸汽消耗为1293139 =603.5奴/h2142.84式中2142.84——蒸汽的冷凝潜热，(kJ/kg)2.预热器的基本尺寸预热器采用列管换热器，粗气走管程。(1)进入预热器的粗气体积粗气的平均温度为竺史=57.5C,平均压2力为872毫米汞柱(绝压)，故实际体积为273+57.5760 /I31042x x =32753.3m3/h273 872取粗气在管内的流速为15米/秒，选用①57X3.5毫米的管子，则管子的根数为

=309根32753.3=309根15x3600x”(105.975-0.007x224（2）传热面积①煤气全管壁的给热系数a:Re=1000重P式中d 管内径，取d=0.05（米）；v 煤气流速，取v=15（米/秒）;Y——煤气重度，取y=0.46（千克/米3）湿煤气动力粘度（厘泊）。10M M干Y干 M水Y水旦 旦干水四干——57.5C时干煤气的粘度为0.0141（厘泊）;57.5°C时水蒸气的粘度为0.012（厘泊）;、一干煤气分子量为以2；水蒸气所占的体积分数。水蒸气分子量为18；水蒸气所占的体积分数。水因为水蒸气体积为1092.7x1000x22.4 =0.04151n73x18x1000所以v=°.041517=3.986%

水1+1.041517Y干一干煤气所占体积百分数Y干=(100-3.98%=96.0%4湿煤气的分子量

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•湿煤气的比热