产万吨焦炭焦化厂硫铵工段初步设计方案 .docx
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1、精品名师归纳总结太原理工高校化学化工学院化工设计课程设计说明书工程名称 : 年产 70 万吨焦炭焦化厂硫铵工段初步设计设计人姓名 :专业班级 : 化学工程与工艺 0803指导老师 : 李安民设计时间 : 2021年 11 月 2021 年 12 月可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结目录第一章概述1 设计依据32 硫铵生产方法的确定5其次章饱和器法硫铵生产工艺1 工艺流程图及流程表达72 硫铵工段的正常操作制度83 硫铵工段的工艺操作参数94 车间工艺布置10第三章化工运算1 运算原始数据122 小时生产才能运算133 氨平稳运算134 水平稳的运算145 热平稳运算15第四章设备
2、选型1 饱和器基本尺寸202 旋风式除酸器的基本尺寸22第五章设备结构图表达及附表1 设备结构图表达-232 工艺设备一览表-26致谢27参考文献28可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第一章、概述1 设计依据(1) 设计工程名称:年产70 万吨焦炭焦化厂硫铵工段初步设计(2) 生产才能:年产干硫铵2.7 万吨(3) 生产方法:饱和器法外部除酸式),又称半直接法(4) 硫铵主要质量标准:名称硫铵的主要质量标准指标一级品二级品三级品颜色白色或微带颜色的结晶氮含量 以干基计) 21 20.8 20.6水分 % 0. 3 10 2.0游离酸 ) % 0.05 0.2 0.3粒度 60 目
3、筛余量) 75(5)硫铵的物理化学性质:硫铵的分子式为,分子量为 132.16。其生成反应式如下: 焦炉煤气在喷淋饱和器内环形空间通过时,受到循环使用的硫酸喷淋,煤气中的氨与硫酸接触而发生中和反应:2 NH 3H 2 SO4NH4应式:NH 3H 2 SO42 SO4 当喷淋的硫酸酸度过量时,就生成酸式盐硫酸氢铵,其反NH 4 HSO4 随着饱和器内溶液中含氨达到饱和的程度,酸式盐又可转变成中性盐,即硫铵,其反应式为:NH 3NH 4 HSO4NH 4 2 SO4已知的生成热为 279500 千卡 / 千摩尔的生成热为 11000 千卡/ 千摩尔的生成热为 210800 千卡 / 千摩尔就中和
4、热为试验测定得,用纯硫酸吸取气态氨生成硫铵时,其生成热为65300 千卡/ 千摩尔。当用 76%的硫酸在饱和器中生成硫铵时,其生成热为413 千卡/ 千克。硫铵分子结晶时放出的结晶热为 19.7 千卡/ 千克或 2600 千克 / 千摩尔。纯态硫铵带有咸味,为白色的透亮长菱可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结形晶体。商品硫铵的晶体也可呈椭圆形或正方形,其色泽略呈绿色或灰色、黄色、浅蓝 色)。其先型尺寸平均不超过0.5 毫 M。硫铵的水溶液呈弱酸性,1%溶液的 PH值为 5.7 , 硫铵晶体溶于水时要吸取热量,其吸取热为15 千卡/ 千克。20时硫铵晶体的比重为1.766 ,自由积累
5、比重随结晶力度的大小波动于780 830 千克/温度)蒸汽压力 mmH)g温度)蒸汽压力 2SO42NaHCO3煅烧 2Na2CO3+H2O+CO2将反应所得溶液送去过滤分别,除去Na2HCO3 沉淀,而滤液用少量硫酸中和,送入结晶设备浓缩结晶。所得结晶经分别、干燥后即为产品。按该法生产硫铵时,可以得到碳酸氢钠副产品。据文献资料报道,采纳该法制取硫铵时,硫酸钠的利用率高达98.5%。硫酸用量对1 吨硫铵约为 144 千克。硫铵质量很高,不含有游离酸,含氮量可达21%。此外,每吨干煤料可得到碳酸氢钠约为9 公斤。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结但是,在焦化厂实现上述工艺过程是有困
6、难的。单是加工硫铵溶液,就需混合、结晶、中和和蒸发等很多工序。处理碳酸氢纳的装置同样也很复杂。此外,采纳该法在技术经济上的合理性,仍得进一步讨论。用工业废气中的二氧化硫制取硫铵一些焦化厂靠近烧结铁矿的烧结厂或燃烧高硫煤的大型发电厂。在这种情形下,焦化厂利用烧结厂或发电厂工业废气中的二氧化碳来制取硫铵是很抱负的。这种方法的实质在于焦化厂生产的浓氨水在吸取器中与废气中的二氧化硫作用,生成亚硫酸氢铵和亚硫酸铵。当有硫化氢存在时,溶液在加热器中发生分解,生成硫代硫酸铵: 当溶液中硫代硫酸铵达到肯定浓度后,剩余的亚硫酸氢铵和硫代硫酸铵作用,生成硫铵和元素硫:但此法尚在试验讨论阶段,工业中并未采纳。综上所
7、述,综合权衡利弊,本次设计采纳第三种方法,即半直接法。其次章、饱和器法硫铵生产工艺1 工艺流程图及流程表达外置除酸器饱和器法生产硫铵的工艺流程见下图如上图所述:炼焦煤气经初冷器冷却到25 35,其中部分氨气以冷凝氨水形式析出。冷却后的煤气被鼓风机加压,使经电补焦油器,然后进入煤气预热器3,用间接蒸汽可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结加热至60 -70 ,煤气预热的目的在于保持饱和器的水平稳,以免饱和器内母液因煤气中水汽的冷凝而被冲淡。预热后的煤气沿中心煤气管进入饱和器6,并经煤气安排伞从酸性母液中鼓泡而出,其中氨即为硫酸吸取。煤气出饱和器后进入除酸器2,以分别所夹带的酸雾,然后煤
8、气去笨重工段。母液中不断有硫铵生成,当其呈过饱和状态后便有硫铵结晶析出。用结晶泵8 将饱和器底部的硫胺浆即送至结晶槽11,使之沉淀分别。结晶槽上的母液满流至回流槽7,然后流回饱和器。结晶槽底部较浓的料浆被送入离心机10 进行离心过滤。为降低产品游离酸含量,在离心机中用温水洗涤滤饼。离心分别后的滤液就由回流槽返回饱和器。离心机后的硫铵,通常含水2-3%。为使其水分降至0.5%以下,湿硫铵经皮带运输机送入沸腾式干燥机进行干燥。干燥后的硫铵即为产品。为使饱和器内母液酸度和温度匀称,同时使小粒结晶呈悬浮状态以利其成长,母液需要搅拌。为此,饱和器内的母液不断的经满流管流入满溜槽4,然后用循环泵5 将其送
9、入饱和器底部经喷射式搅拌器喷出,使母液进行猛烈的搅拌。2 硫铵工段的正常操作制度正常操作时,为使饱和器内母液酸度保持在4-6%的范畴内,需从硫铵高置槽1 连续的往饱和器中补充新硫酸。饱和器的阻力通常为450-500 毫 M 水柱。但生产一段时间后,由于硫铵结晶沉积在壁器上和煤气泡沸伞等处,而使其阻力增加,有时可达700 毫 M 水柱以上。为排除饱和器阻力的增加和防止其堵塞,应定期进行饱和器的酸洗和水洗,以溶解其内的结晶沉积物。此时,所制造的过量母液经满溜槽流至母液贮槽12 中临时贮存,待饱和器内母液不足时,再用母液泵9 将其送回使用。除酸器、循环泵、结晶泵和母液管道,也应定期用温水洗涤,以防被
10、硫铵结晶堵塞。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结经初冷器后,煤气尚含焦油雾, 而鼓风机后就降为0.2-0.53g / Nm。当设置电补焦油器可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结时,煤气中的焦油雾含量就降至。焦油雾在饱和器中受硫酸的作用而聚合呈树脂状的酸焦油。酸焦油的真比重为1.24-1.26。由于它往往夹带着气泡,故视比重通常不超过1.10 。正常操作时,母液比重为1.27-1.30,酸焦油能浮于液面上,并随母液流入满溜槽,在此用人工定期捞除。酸焦油是硫铵工段生产的废物,至今仍为找到利用它的好方法。在饱和器的操作过程中,母液往往会起泡沫。严峻时,饱和器和满流槽内的母液
11、几乎全部呈泡沫状态。此时,母液比重大大降低,煤气有经满流槽水封窜出的危急,母液起泡可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结沫的缘由可能是以下几种。1)母液中含有大量机械杂质,他们使酸焦油呈细分散状而不再与母液分层。 2 )当母液中的砷化物与煤气中的硫化氢生成胶状的硫化砷时,会使酸焦油粘附其上而不再与母液分层。3)苯族烃与浓硫酸作用而生成的磺酸盐,也会使母液起泡沫,故硫胺工段最好不使用浓度在94%以上的浓硫酸,也不期望使用再生酸,由于前者会促使煤气中的苯族烃磺化,而后者本身就含有磺酸盐。4)母液中硫铵结晶的浓度过低时,酸焦油和其他机械杂质不易与母液分层。故当饱和器进行酸洗和水洗“灭晶”时
12、,母液最简洁起泡沫。当发觉母液起泡沫时,应立刻经回流槽向饱和器中加入少量洗油或其他油类。当母液的表面张力降低后,泡沫便会排除。煤气中的氨在饱和器中被吸取得很完全。按现行技术操作规程的规定,饱和器后煤气g / Nm3含氨量不得超过0.03,亦即氨的回收率约在99.6%以上。我国大多数焦化厂的操作说明,上述规定时可以达到的。采纳饱和器法生产硫铵时,每产一吨硫铵的硫酸和水、电、蒸汽的消耗定额大致如下表:硫酸 98%浓度)水电能0.745 0750 吨326 33 m28 32 度水蒸汽2.5 3.0 吨3 硫铵工段的工艺操作参数1)预热前粗气温度预热器前粗气温度与出冷气后粗气温度及其经鼓风机加压后的
13、温升有关。预热器前的粗气温度一般为25 35。2)预热器粗气温度为了蒸发饱和器中余外的水分,保持饱和器内水平稳,防止母液被稀释,进入饱和器的粗气必需进行预热。为不使预热温度过高,影响硫胺质量,除降低粗气初冷湿度外,必需严格掌握进入饱和器内的水量。3)母液湿度母液温度过高过低均对晶体成长不利,因此饱和器在保持水平稳且保证母液不被稀释的条件下,保持相宜的稳固操作温度。饱和器内母液液面上的水蒸气分压与楚饱和器粗煤气中水蒸气相平稳时的母液温度为最低温度。母液液面上的水蒸气分压一般应为煤气中水蒸气分压1.3-1.5倍此值成为偏离平稳系数),于此相应的母液温度即为母液的相宜温度。可编辑资料 - - - 欢
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