年产80万吨硫酸铵的工艺设计毕业论文(编辑修改稿)

年产80万吨硫酸铵的工艺设计毕业论文(编辑修改稿)内容摘要：

工艺优缺点 喷淋式饱和器主要性能特点有以下五个方面 [8]： 第一，喷淋式饱和器除氨，充分吸收焦炉煤气中的氨气，明显解决了氨气对环境的污染问题。 由于在喷淋室上部设有多个螺旋扇面喷头，形成一定喷角，使喷洒出的硫酸铵母液均朝向煤气流动方向，气液充分接触， 充分吸收煤气中的氨，大大减少了煤气中氨的含量，明显降低了氨气在空气中的排放，保护了环境。 第二，设备阻力小，大大降低了风机能耗，明显增加了经济效益。 由于煤气在饱和器中的通道是一个环形的空喷空间，所以煤气阻力大大降低了。 该饱和器的设计阻力不大于2kpa。 第三，除酸器内置，结构紧凑，体积小，质量轻，设备安装检修方便。 喷淋式饱和器的三层套筒式结构，外层与中层之间的环形空间是喷淋室，煤气在此空间与喷洒的循环母液充分接触，除去煤气中的氨。 脱氨后的煤气沿侧壁上升通道进入中层与内层之间的环形空间，经由上至下旋转流动，使 煤气中夹带的酸滴得到分离，除酸后的煤气由内层套筒导出饱和器。 喷淋式饱和器将吸氨与除酸巧妙地结合在一起，给基础设施和设备安装检修提供了极大方便。 第四，喷淋式饱和器底部带结晶室，有利于硫酸铵结晶的解决，增大了结晶颗粒，提高了硫铵产品质量和产量，增加了经济效益。 喷淋式饱和器下部是一个圆筒形结晶室，循环泵从结晶室上部抽取硫铵母液送入喷淋室喷洒吸氨的母液经过降液管进入结晶室，由于降液管伸入结晶室底部，所以母液在上升过程中，大小结晶颗粒自然分级，大颗粒沉在结晶室底部，悬浮在上部的小颗粒重新被循环泵收入，再次进行喷洒， 结晶成大颗粒，沉入结晶室底部。 当母液结晶达到一定程度后，从结晶室底部被抽取，经干燥生成硫铵结晶。 由于硫铵颗粒大，质量好，因而提高了其价格，增加了经济效益。 第五，喷淋式饱和器采用 OCr18Ni9耐酸不锈钢材料制作，设备防腐性能好，使用寿命长，大大延长设备更换周期，减少停产次数，从而明显提高了经济效益。 7 同时喷淋式饱和器后的氨含量不大于 30 mg/m179。 ，否则会腐蚀后续工序的设备与管道，导致洗脱苯工序洗油乳化，加大洗油耗量，影响正常生产。 当氨含量不合格的煤气进入甲醇生产装置后，在压缩阶段会产生碳铵结晶，造成活塞 环磨损，影响其正常运行；还会堵塞系统换热器，导致停车检修；影响精脱硫系统催化剂，造成堵塞，从而导致系统被迫停车检修。 因此，彻底脱除煤气中的氨是十分必要的。 利用喷淋式饱和器回收氨工艺，关键在于控制预热器温度、饱和器酸度、饱和器温度、离心机水洗温度、干燥系统风量平衡等要点，只有要点控制好了，才能生产出优质硫酸铵 ( NH4)2SO4，才能使整个氨回收系统稳定，使出工段的煤气中氨含量低于 30mg/m3，真正达到即回收又净化的目的。 喷淋式饱和器生产的硫铵不仅颗粒大，而且质量好。 因此综合经济效益好，值得广泛推广。 尽管喷 淋式饱和器硫铵生产工艺有其许多优点：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，结晶颗粒较大，平均直径在 ，硫酸铵质量好，工艺流程短，易操作等特点。 但是它仍然存在缺陷和不足，如吸收、结晶仍未完全分离，结晶过程无法单独控制，硫铵颗粒仍然较小，设备选材要求较高 [9]。 8 第 二 章 喷淋式饱和器法的工艺流程 喷淋式饱和器法生产硫酸铵的工艺流程 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。 由脱 硫工序来的焦炉煤气经煤气预热器预热至 60～ 70℃ 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含游离酸量 %～ 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下煤气中的微量酸雾后到终冷洗苯 工段。 喷淋式饱和器后煤气含氨一般小于。 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。 满流管插入满流槽中也封住煤气，使煤气不能 外逸。 饱和器满流口溢出的母液流入满流槽内的液封槽，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，母液经满流槽至母液储槽，再用小母液泵送至饱和器。 此外，母液储槽还可供饱和器检修时储存母液之用。 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皮带输送机送至振动式流化床干燥器，并用被空气热风器加热的空气干燥，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 76%的硫酸，维持正常母液酸度。 由油库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，然后自流到满流槽。 9 0 5 10 15 20 25 30 35酸度/ %母液黏度/Pa. s 喷淋式饱和器法生产硫酸铵工艺，采用的喷淋式饱和器 [10]，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，结晶颗粒较大，硫酸铵质量好，工艺流程短，易操作等特点。 流程图如下： 回收氨的影响因素及控制 母液酸度 氨吸收设备内 母液的酸度，主要影响硫酸铵结晶的粒度和氨与吡啶盐基的回收率。 母液酸度对硫酸铵结晶成长有影响，随着母液酸度的提高，结晶平均粒度下降，晶形也从长宽比小的多面颗粒变为有胶结趋势的细长六角棱柱形，甚至称针形状。 这是因为当其他条件不变时，母液的介稳区随着酸度增加而减少，不能保持有利于晶体成长所必须的过饱和度所致。 其中介稳区是指晶核在溶液中的溶解度曲线和超溶解度曲线之间的区域。 另外，母液酸度对黏度也有影响，其关系图如 所示。 由该关系图可知，随着酸度的提高，母液黏度增大，增加了硫酸铵分子扩散阻力，阻碍来晶体正常成 长。 图 母液酸度和黏度的关系 10 20 30 40 50 60 70 80 90 3 713. 316. 720. 023. 326. 730. 033. 336. 74 0. 04 3. 3104 6. 7 温 度 / ℃1 母 液 的 酸 度 为 4 % ；2 母 液 的 酸 度 为 8 %1210. 0水蒸气分压/ k P a 但是，母液酸度也不宜过低。 否则，除了氨和吡啶的吸收率下降外，还易造成饱和器堵塞。 特别是当母液搅拌不充分或酸度波动时，可能在母液中出现局部中性区甚至碱性区，从而导致母液中的铁、铝离子形成及等沉淀，进而生成亚铁氰化物，使晶体着色并阻碍晶体成长。 另外，酸度过低容易产生泡沫，使操作条件恶化。 母液酸度的控制，依所采用的工艺不同而异。 鼓泡式饱和器正常操作时酸度保持在 4%～ 6%是合适的，喷淋式饱和器正常操作时酸度保持在 %～ 4%较合适，酸洗塔正常操作时酸度 保持在 %～ 3%较合适。 母液温度 母液温度影响晶体成长速度。 通常晶体的成长速度随母液温度的升高而增大，且由于晶体各棱面的平均速度比晶体沿长向成长速度增大较快，故提高温度有助于降低长宽比而形成较好晶体。 同时，由于晶体增长速度也变快，故可将溶液的过饱和程度控制在较小范围内，减小了晶核生成。 但是温度也不易过高，温度过高时，虽然因母液黏度降低而增加了硫酸铵分子向晶体表面的扩散速率，有利于晶体长大，但也易因温度波动而形成局部过饱和程度过高现象，促使大量晶核形成。 实际上，母液温度是根据器内的水平衡确 定的。 如果初冷器后煤气温度较高，硫酸铵洗涤用水量偏大等，为保持器内水平衡，必将提高母液温度。 这样不仅影响氨和吡啶盐基的回收率，而且设备的腐蚀加剧，同时影响硫酸铵质量。 母液液面上的水蒸气分压取决于母液的酸度、硫酸铵的浓度和温度等因素。 酸度为 4%和 8%的母液温度与母液液面上水蒸气压的关系曲线如图 所示，提高母液酸度和母液中硫酸铵的含量以及降低母液的温度时，均会使母液液面上水蒸气压降低。 图 酸度 4%和 8%的母液温度与母液液面上水蒸气压的关系曲线 11 30 40 50 6o 70 80 90洗水温度/℃硫酸铵中游离酸质量含量/%饱和器内母液液 面上水蒸气分压与煤气中水蒸气分压相平衡时的母液温度为母液最低温度。 但由于煤气在饱和器中停留时间短不可能达到平衡。 因此在饱和器内母液适宜温度应比最低温度高。 一般母液液面上水蒸气分压相当于煤气中水蒸气分压的 ～ 倍，此值称为偏离平衡系数，于此相适应的母液温度即为母液的适宜温度。 适宜的母液温度是在保持在保证母液不被稀释的条件下，采用较低的操作温度，并使其保持稳定均匀。 一般把饱和器内母液温度控制在 50～ 60℃ （不生产粗吡啶）或 55～ 60℃（生产粗吡啶）。 母液搅拌 母液搅拌的目的在于使母液酸度 、浓度、温度均匀，并硫酸铵结晶在母液中呈现悬浮状态，以延长其在母液中的停留时间，这有利于硫酸铵分子向结晶便面扩散，对生产大颗粒硫酸铵是有利的，另外也起到了减轻设备内堵塞的作用。 我国大部分焦化厂广泛采用母液循环进行搅拌。 离心分离和水洗 离心分离和水洗效果对产品的游离酸和水分含量影响很大。 要求放入离心机的料浆和料浆的结晶浓度保持稳定，否则离心机转鼓内料层厚度不容易均匀，否则将影响分离效果。 洗水温度对产品游离酸含量有影响，见图 所示，有图可见，提高离心机的洗水温度，可以提高离心分离效率。 用热 水洗涤能更好地从结晶表面去油类杂质，并能防止离心机筛网被细小油珠堵塞。 因此洗水温度在 70℃ 以上为宜。 图 洗水温度对产品游离酸含量的影响 离心机的洗水量对产品质量也有显著影响，影响情况见图 所示。 有图可见，洗水量应不大于硫酸铵量的 12%。 12 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 24 26 2 4 6 8 0 2 4 6 8 02. 02. 22. 42. 62. 83. 03. 23. 63. 84. 0离心机吸水量（对硫酸铵质量的影响）/ %硫酸铵中游离酸质量含量/%3. 41 游离酸；2 水分 图 离心分离和水洗效果对产品的游离酸和水分含量的影响 杂质 母液中含有可溶性和不溶性杂质。 硫酸铵母液内的杂质得种类和含量，取决于硫酸铵生产工艺流程、硫酸质量、工业用水质量、脱吡啶母液得处理程度、设备 腐蚀情况及操作条件等。 母液中的杂质不仅影响硫酸铵晶体的成长和晶型，而且还使在单位时间内晶体体积总增长量小于同一时间内在饱和器中形成的硫酸铵量，引起母液的过饱和程度增加，这不仅使硫酸铵晶体强度降低，同时还会形成大量针状晶核，迅速充满溶液中，破坏正常操作。 杂质对晶体成长速率有明显影响。 在一定的过饱和度下，杂质较多地对生长起抑制作用；在极端的情况下，可完全抑制晶面的生长。 杂质对晶体生长机制的影响有以下几种情况：晶面吸附了杂质或离子后被毒化，不再是生长的活性点，柱型结晶变成针型；吸附杂质后，晶体生长时需要排除杂 质，导致速率下降，晶粒小；杂质的存在使介稳区缩小，导致生成大量晶核。 母液中的可溶性杂质主要是由酸和水腐蚀产生的铁、铝、铜、铬、铅、锑及砷等的盐类。 其多半来自硫酸、腐蚀设备或工业用水带入。 此外，随煤气带入的煤焦油雾，有时也会与母液形成稳定的乳浊液附着在晶体表面，阻止晶体的成长。 不溶性杂质主要是由煤气带入的焦油雾、煤尘等。 这些杂质既阻碍硫酸铵结晶的长大，又使硫酸铵着色。 在生产中必须采取措施，减少母液中的杂质，从而才能得到色泽好、粒度大、晶型好的硫酸铵产品。 晶比 晶比系统指悬浮于母液中 的硫酸铵结晶的体积对母液与结晶总体积的百分比。 晶比太 13 大，相应减少氨与硫酸反应所需的容积，不利于氨的吸收；母液搅拌阻力增加，导致搅拌不良；同时晶体间的摩擦机会多，大颗粒结晶易破裂成小颗粒；并且晶比太大也会使堵塞情况加剧。 晶比太小，则不利于晶体长大。 一般鼓泡型饱和器晶比控制在 40%～ 50%,在离心机停车时，晶比也不宜小于 20%。 喷淋式饱和器晶比控制在 35%～ 40%，在正常操作。