畢業(yè)論文：年產(chǎn)1萬噸十二烷基苯磺酸鈉車間SO3合成工段初步設(shè)計

1、摘 要本設(shè)計是關(guān)于年產(chǎn)1萬噸十二烷基苯磺酸鈉車間so3合成工段初步設(shè)計。十二烷基苯磺酸鈉是目前使用最為廣泛的洗滌類表面活性劑，而三氧化硫是合成十二烷基苯磺酸鈉的重要原料，同時三氧化硫是重要的化工原料，應(yīng)用廣泛。根據(jù)設(shè)計任務(wù)查閱了大量文獻(xiàn)，并結(jié)合畢業(yè)實習(xí)工廠的實際生產(chǎn)要求，對so3合成工段進(jìn)行了初步的設(shè)計。本設(shè)計是十二烷基苯磺酸鈉生產(chǎn)中的一部分，根據(jù)設(shè)計要求進(jìn)行了廠址選擇和生產(chǎn)制度制定，在對現(xiàn)有工藝路線進(jìn)行詳細(xì)對比的基礎(chǔ)上，確定了以硫磺為原料生產(chǎn)so3的工藝路線，著重對so3轉(zhuǎn)化塔、so3冷卻器進(jìn)行了初步設(shè)計，并圍繞其進(jìn)行了物料衡算、熱量衡算和設(shè)備計算，并對設(shè)備進(jìn)行了選型。對so3合成工段的自動

2、控制，生產(chǎn)安全，環(huán)境保護(hù)，三廢處理，供電，供水等配套設(shè)施等進(jìn)行了設(shè)計。編制了年產(chǎn)1萬噸十二烷基苯磺酸鈉車間so3合成工段初步設(shè)計的設(shè)計說明書，完成了工藝流程圖、車間平立面布置圖及主體設(shè)備裝配圖的繪制。關(guān)鍵詞：硫；so3；合成工段；初步設(shè)計；abstractthe design is about a preliminary design section of an annual output of 10,000 tons twelve alkylbenzene sulfonate so3 synthesis workshop. sulfur trioxide is an important ch

3、emical raw material, widely used. sulfonation of the design is part of the production, focusing on the so3 conversion tower, so3 cooler to carry out a preliminary design and carried out around its simple material balance and heat balance, and equipment selection. finally, in accordance with design r

4、equirements based on the design issues, site selection, design and production-scale system, raw materials and product specifications, process to determine routes, auxiliary equipment selection, floor automation, production safety, environmental protection, waste disposal, power supply，water supply a

5、nd other supporting facilities such as thedesign. the ultimate process map was completed, shop-ping facade and the main equipmentlayout were drawing as sembly.key words: sulfur; so3; work section; preliminary design;目 錄摘 要abstract第1章 總 論11.1 概述11.1.1 選題的意義及作用11.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景11.2 設(shè)計依據(jù)21.3 廠址選擇21.3

6、.1 廠址選擇的原則21.3.2 方案比較21.4設(shè)計規(guī)模和生產(chǎn)制度31.4.1設(shè)計規(guī)模31.4.2生產(chǎn)制度31.5綜合經(jīng)濟(jì)分析31.5.1原料特點41.5.2 原料規(guī)格41.5.3原料貯存、運輸及安全性資料41.5.4產(chǎn)品規(guī)格41.6綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)4第2章 工藝計算與設(shè)計52.1 so3合成反應(yīng)的原理及特點62.2工藝路線的選擇72.3工藝流程概述72.4工藝流程示意圖82.5物料衡算82.5.1物料衡算的意義和作用82.5.2物料衡算92.6熱量衡算92.6.1熱量衡算的意義102.6.2熱量衡算的步驟14第3章 設(shè)備選型183.1 選型原則183.2關(guān)鍵設(shè)備選擇18第4章 設(shè)備一覽表2

7、5第5章 車間設(shè)備布置設(shè)計255.1車間設(shè)備的布置原則255.2設(shè)計要求255.3車間設(shè)備平面布置的原則265.4車間設(shè)備立面圖布置原則26第6章 自動控制276.1主要的控制原理276.2自控水平與控制點27第7章 安全及環(huán)境保護(hù)287.1三廢產(chǎn)生情況287.2三廢處理情況28第8章 公用工程298.1供水及排水工程設(shè)計298.1.1生產(chǎn)、生活給排水設(shè)計298.1.2消防水系統(tǒng)298.1.3節(jié)水措施298.2 供電308.2.1照明供電308.2.2照明控制方式308.3 通風(fēng)318.4 供暖31結(jié)束語32參考文獻(xiàn)33結(jié)束語34第1章 總 論1.1 概述1.1.1 選題的意義及作用十二烷基苯

8、磺酸鈉因生產(chǎn)成本低、性能好，因而用途廣泛，是家用洗滌劑用量最大的合成表面活性劑，也生產(chǎn)一部分鎂、鈣等無機(jī)鹽及三乙醇胺等有機(jī)胺鹽。十二烷基苯磺酸鈉，由直鏈烷基苯（lab）用三氧化硫或發(fā)煙硫酸磺化生成烷基磺酸，再中和制成。而三氧化硫是一種十分重要的精細(xì)化工初級產(chǎn)品，廣泛用于有機(jī)合成中，可制備各種磺酸及磺酸鹽，也可直接接磺化有機(jī)產(chǎn)品，引入磺酸基。因此三氧化硫在這一領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用和廣闊的市場。90年代至今是三氧化硫磺化裝置引進(jìn)和國內(nèi)開發(fā)同步發(fā)展的時代，三氧化硫磺化技術(shù)也從洗滌劑行業(yè)向石油、化工等行業(yè)擴(kuò)展1。1.1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀及發(fā)展前景 三氧化硫的工業(yè)化生產(chǎn)方法主要有發(fā)煙硫酸蒸餾冷凝法和純二

9、氧化硫、純氧直接高溫催化轉(zhuǎn)化法，煙道氣提純法，硫酸尾氣處理法。發(fā)煙硫酸蒸餾冷凝法：加熱發(fā)煙硫酸，將溶解的三氧化硫，蒸發(fā)解吸收三氧化硫，制得氣體，經(jīng)冷凝得液體三氧化硫2。煙道氣提純法：將起始二氧化硫濃度為50%60%的混合煙氣用空氣稀釋到12%進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng),采用“3+1”兩轉(zhuǎn)兩吸流程制酸,topse與chemetics 公司合作開發(fā)了采用含銫催化劑的“4+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程以加工二氧化硫濃度為40%用空氣稀釋到 18%的煙氣。傳統(tǒng)的三氧化硫生產(chǎn)工藝中，二氧化硫的催化氧化采用的是釩系催化劑，反應(yīng)溫度在300450。由于二氧化硫的氧化是可逆、放熱反應(yīng)，通常采用多段絕熱中間冷卻工藝，以提高總的轉(zhuǎn)化率，這

10、顯然增加了轉(zhuǎn)化工序的復(fù)雜程度；同時，低濃度二氧化硫氣體較難實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的自熱平衡，增加了制酸難度。由于釩系催化劑的時空收率不高，催化劑和反應(yīng)器的投資相對較高3。隨著綠色化學(xué)和化工的發(fā)展，人們對采用新的催化劑在低溫下催化氧化二氧化硫工藝進(jìn)行了研究，新工藝主要是處理煙道氣、硫酸廠尾氣、鍋爐排放氣中的低濃度二氧化硫。中科院山西煤化所、大連化物所對活性焦吸附氧化法脫除煙道氣中的二氧化硫工藝進(jìn)行了研究。加拿大waterloo大學(xué)對活性炭催化劑低溫催化氧化二氧化硫新工藝進(jìn)行了研究4。 在這次設(shè)計中主要完成了該設(shè)計內(nèi)容在國內(nèi)外的相關(guān)研究現(xiàn)狀，主要擬采用的方法，并對之進(jìn)行了相關(guān)的比較，選擇了本設(shè)計中擬采用的方法，

11、在設(shè)計過程中隊廠址選擇進(jìn)行了相關(guān)的選擇調(diào)研和分析，依舊相關(guān)要求完成了廠址的選擇，并進(jìn)行了物料衡算，熱量衡算，設(shè)備計算，并進(jìn)行了設(shè)備的選型，還對車間的布置進(jìn)行了相應(yīng)設(shè)計，在公用工程以及三廢的處理上結(jié)合本次設(shè)計的世界情況進(jìn)行了相關(guān)的考量和設(shè)計。1.1.3 設(shè)計依據(jù)本次設(shè)計是按照齊齊哈爾大學(xué)化學(xué)工程與工藝專業(yè)下達(dá)的畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書和齊齊哈爾大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）工作手冊，根據(jù)在大慶東昊表活劑分公司畢業(yè)實習(xí)時的所見、所聽、通過自己的思考和總結(jié)，查閱了大量的中外文資料，充分利用網(wǎng)絡(luò)資源，了解到國內(nèi)外氨合成的發(fā)展?fàn)顩r及其發(fā)展趨勢，經(jīng)過反復(fù)論證分析之后而完成的。1.2 廠址選擇1.2.1 廠址選擇的原則一

12、般要求符合城市規(guī)劃或工業(yè)區(qū)域規(guī)劃；盡可能節(jié)約占地面積，少占或不占良田耕地；企業(yè)生產(chǎn)所需的資源能夠落實， 原料燃料及輔助材料的供應(yīng)經(jīng)濟(jì)合理；有充足可靠的水源和電源；交通運輸條件比較方便經(jīng)濟(jì)，不污染環(huán)境，不破壞文物古跡，不妨礙文化旅游及其他精神文 明建設(shè)；對擬建項目留有適當(dāng)發(fā)展馀地。地質(zhì)條件較好，施工難度小，建設(shè)投資省；項目建成投產(chǎn)後，經(jīng)濟(jì)效益良好。正確的選擇廠址是保障化工生產(chǎn)的重要前提?；S的選擇應(yīng)根據(jù)城市規(guī)劃和工業(yè)區(qū)的要求，按經(jīng)批準(zhǔn)的設(shè)計計劃任務(wù)書指定的地理位置選擇廠址。選擇廠址應(yīng)綜合分析與權(quán)衡廠址的地形條件以及有關(guān)的自然和經(jīng)濟(jì)資料，進(jìn)行多方案的技術(shù)經(jīng)濟(jì)、安全可行性的比較，合理選擇，作到安全

13、可靠。以下是廠址選擇的基本原則5： 土地面積與外形，能滿足根據(jù)生產(chǎn)工藝流程特點合理布置建筑物、構(gòu)筑物的需要，即廠區(qū)總圖的要求。 地形應(yīng)力求平坦而略有坡度(一般以不超過千分之五至十為宜)，以減少土地平整的土方工程量，有利于廠區(qū)排水和運輸。 有良好的工程地質(zhì)條件，廠址不應(yīng)設(shè)在有滑坡、斷層、泥石流、巖溶、地下水位過高，有強(qiáng)烈地震以及地基上承載力低于0.1mpa的地區(qū)。 應(yīng)盡可能接近水源地，并便于污水的排放和處理。 應(yīng)靠近主要原料燃料的供應(yīng)源，靠近動力供應(yīng)中心，并有利于和有關(guān)聯(lián)企業(yè)的協(xié)作。1.2.2 方案比較根據(jù)以上原則和依據(jù)，本設(shè)計廠址初步擬定大慶高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)開發(fā)區(qū)。大慶高新區(qū)于1992年4月動工建

14、設(shè)，同年11月被國務(wù)院批準(zhǔn)為國家級高新區(qū)。城區(qū)功能較為完善。共開發(fā)建設(shè)了31.04平方公里，建筑面積達(dá)913萬平方米。新城區(qū)集產(chǎn)業(yè)功能與城市功能于一體，道路、給水、排水、供熱、供電、供汽、通訊等基礎(chǔ)設(shè)施實現(xiàn)了“七通一平”，具備了承載“大高外”項目的條件。大慶高新區(qū)主體區(qū)與大慶市東城區(qū)連接在一起，成為大慶市中心城的重要部分，全市最大的金融商貿(mào)中心和農(nóng)產(chǎn)品批發(fā)市場、家具市場、醫(yī)院、建筑裝飾材料市場等生產(chǎn)要素市場建在高新區(qū)內(nèi)，轄區(qū)實現(xiàn)了凈化、綠化、亮化、美化，道路暢通。一個融產(chǎn)業(yè)發(fā)展、創(chuàng)新孵化、商業(yè)貿(mào)易、科研教育、醫(yī)療衛(wèi)生、居住生活、休閑娛樂等多功能為一體的科技產(chǎn)業(yè)新區(qū)已具有一定規(guī)模6。表1-1 黑

15、龍江大慶市基本自然條件一覽表序號名稱指標(biāo)1地理條件處于平原，海拔160.5米2水文嫩江、松花江3極端最高氣溫37.44極端最低氣溫-4056年平均氣壓年平均相對濕度0.098 mpa63.178年平均降雨量雷暴日440mm32.5天/年910最大積雪深度基本雪壓60mm0.30 kn/m211最大凍土深度186m1213全年主導(dǎo)風(fēng)向平均風(fēng)速西北風(fēng)3.8m/s1.3 設(shè)計規(guī)模和生產(chǎn)制度1.3.1 設(shè)計規(guī)模以硫磺為原料年產(chǎn)10000噸的十二烷基苯磺酸鈉so2合成的初步設(shè)計，年開工天數(shù)300天，即開工7200小時每年。1.3.2 生產(chǎn)制度三班兩倒同時要求員工要樹立“安全第一”的思想，自覺接受安全教育

16、，學(xué)習(xí)安全知識，提高技術(shù)水平，保證生產(chǎn)的安全性。生產(chǎn)中要嚴(yán)格執(zhí)行安全操作規(guī)程，避免各類事故發(fā)生。要嚴(yán)格按照工藝要求進(jìn)行操作，并按規(guī)定對設(shè)備，管道，現(xiàn)場指示儀表進(jìn)行巡回檢查，以便及時發(fā)現(xiàn)安全隱患并處理。生產(chǎn)崗位員工必須按規(guī)定穿戴勞動保護(hù)用品。車間安全員工要切實履行職責(zé)，隨時檢查安全生產(chǎn)制度，落實情況，制止違章操作和冒險作業(yè)。電器和機(jī)械設(shè)備故障應(yīng)有專業(yè)人員排除，非專業(yè)人員嚴(yán)禁自己動手處理。廠區(qū)內(nèi)原則上禁止動用明火，需要動火時要請示領(lǐng)導(dǎo)并做好安全工作7。1.4 原料規(guī)格及特點1.4.1 原料特點本設(shè)計采用硫磺為原料。通過硫磺燃燒生成so2。在許多工業(yè)過程中也會產(chǎn)生二氧化硫。主要應(yīng)用于殺蟲劑、制冷劑、

17、試劑、溶劑、殺菌劑、漂白劑和還原劑、硫酸的前體等。同時，so2對人體具有毒性，在大氣中，二氧化硫會氧化而成硫酸霧或硫酸鹽氣溶膠，是環(huán)境酸化的重要前驅(qū)物。大氣中二氧化硫濃度在0.5ppm以上對人體已有潛在影響；在13ppm時多數(shù)人開始感到刺激；當(dāng)大氣中二氧化硫濃度為0.21ppm，煙塵濃度大于0.3mg/m3時，可使呼吸道疾病發(fā)病率增高，慢性病患者的病情迅速惡化8。1.4.2 原料規(guī)格硫磺的含量在99.99%左右，從燃硫爐出來的爐氣大約為700，so2體積比為7%。表1-2 原料規(guī)格一覽表固體硫磺空氣 溫度含量（v/v，%）99.999%93% 7001.4.3 原料貯存、運輸及安全性資料硫化物

18、屬于危險品，運輸和貯存均應(yīng)考慮其特性。鐵路運輸時應(yīng)嚴(yán)格按照鐵道部危險貨物運輸規(guī)則中的危險貨物配裝表進(jìn)行配裝。采用鋼瓶運輸時必須戴好鋼瓶上的安全帽。鋼瓶一般平放，并應(yīng)將瓶口朝同一方向不可交叉；高度不得超過車輛的防護(hù)欄板，并用三角木墊卡牢。嚴(yán)禁與易燃物或可燃物、氧化劑、還原劑、食用化學(xué)品等混裝混運。1.4.4 產(chǎn)品規(guī)格 液硫在燃燒爐中燃燒生成so2后，進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔，經(jīng)過四層催化劑的轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率最后達(dá)到97%，出來的so3和剩余的so2進(jìn)入冷卻器冷卻。表1-3 進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔產(chǎn)品規(guī)格氣體 so2 空氣 so3含量（體積比，%） 7 93 01.5 綜合經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo)技術(shù)經(jīng)濟(jì)是人類社會進(jìn)行物質(zhì)生產(chǎn)過程是不可以

19、缺少的兩方面，任何技術(shù)的社會實踐都離不開經(jīng)濟(jì)；而任何技術(shù)的好壞與否，脫離了經(jīng)濟(jì)效益的標(biāo)準(zhǔn)都是無法判斷的。技術(shù)經(jīng)濟(jì)是技術(shù)生產(chǎn)方面的經(jīng)濟(jì)問題，技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析是對不同技術(shù)政策、技術(shù)方案、技術(shù)措施進(jìn)行經(jīng)濟(jì)效果的評定、論證和預(yù)測，力求技術(shù)上先進(jìn)和經(jīng)濟(jì)上合理相結(jié)合，為確定對發(fā)展最有利的技術(shù)提供科學(xué)依據(jù)和最佳方案，也是技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析的基本任務(wù)。起根本目的就是是每一項工程，每一個企業(yè)都用盡量少的物質(zhì)消耗生產(chǎn)出更多符合社會需求的合格產(chǎn)品，取得最大的使用價值，從而實現(xiàn)最大經(jīng)濟(jì)效益。對建設(shè)1萬噸十二烷基苯磺酸鈉裝置的建廠指標(biāo)進(jìn)行了估算，其原料、公用工程需用量如下：表1-5 經(jīng)濟(jì)指標(biāo)一覽表項目指標(biāo) 價格十二烷基苯磺酸鈉

20、t 硫磺 t/h電 kwh汽 th10000 2100142.4 16001072 0.71596 200第2章 工藝計算與設(shè)計2.1 so3合成反應(yīng)的原理及特點反應(yīng)原理：s+o2so2 2so2 + o2 2so3硫磺先經(jīng)融硫爐熔融，然后液硫經(jīng)氣化同空氣中的氧氣反應(yīng)生成so2。硫的氣化是利用另一部分硫的燃燒放出的熱來完成的。硫蒸汽再和空氣混合，使氧化反應(yīng)趨于完全。so3的工業(yè)制法是接觸法。so2在400至600的溫度下，用負(fù)載在硅藻土上的含氧化鉀或硫酸鉀（助催劑）的五氧化二釩作為催化劑，將二氧化硫用氧氣氧化為三氧化硫。該反應(yīng)的特點是：反應(yīng)放熱量大，反應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)化率高。反應(yīng)特點：反應(yīng)迅速，轉(zhuǎn)化

21、率高。放熱反應(yīng)，反應(yīng)放出大量的熱?？赡娣磻?yīng)，故壓力對反應(yīng)速率有影響。需要控制壓力變化。2.1.1 磺化工藝中 so3合成工藝簡介磺化裝置的轉(zhuǎn)化塔裝有4層v2o5催化劑。從燃硫爐出來的混合氣體(so2約占?xì)怏w總體積的7)大約650左右，經(jīng)過轉(zhuǎn)化塔的頂端被冷卻到435，原料氣進(jìn)入第一層催化劑床層后，so2在催化劑的作用下大部分轉(zhuǎn)化為so3，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到71.9由于反應(yīng)是放熱反應(yīng)，混合氣體的溫度升高到560，一般控制溫度不超過600。溫度升高雖可提高反應(yīng)速度，但平衡轉(zhuǎn)化率將會降低，同時溫度過高也會降低催化劑的使用壽命和催化活性9。 在第一床層和第二床層之間的反應(yīng)氣體通過換熱器冷卻，溫度降至445 ，

22、該溫度即第二層催化劑的入口溫度。通常換熱器用冷空氣作為冷卻介質(zhì)來冷卻來自第一床層出口的氣體。反應(yīng)后混合氣體的溫度由445 升高至489.3 ，so2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到94.6。由于經(jīng)過第二床層反應(yīng)后的溫升相對較小，同時爐氣中的氧含量也逐漸降低，因此在第二床層與第三床層間利用冷激風(fēng)冷卻同時提高氧含量，促使反應(yīng)過程向產(chǎn)物方向發(fā)展。溫度由489.37 冷卻到440 后，進(jìn)入第三層催化劑10。反應(yīng)后的混合氣體的溫度升高至445.13 ，此時so2的轉(zhuǎn)化率達(dá)到97.5。在第三床層與第四床層間同樣補(bǔ)充干燥的空氣進(jìn)行冷卻，冷卻到425后，進(jìn)入第四層催化劑，so2的轉(zhuǎn)化率達(dá)98。反應(yīng)后的混合氣體的溫度升高至425.

23、83。該熱量有多種用途：可用于11單元的硅膠(或分子篩)干燥劑的再生，也可以用來發(fā)生蒸汽或在合成洗滌劑廠用于合成洗衣粉裝置干燥的熱風(fēng)。 2.1.2 工藝路線的選擇 發(fā)煙硫酸蒸餾冷凝法加熱發(fā)煙硫酸，將溶解的三氧化硫，蒸發(fā)解吸收三氧化硫，制得氣體，經(jīng)冷凝得液體三氧化硫11。 pea 工藝pea process engineering associates 公司推出了一種兩段式硫酸生產(chǎn)工藝12,其特點是so2排放幾乎為零。該工藝也可處理濃度低、波動大的so2該工藝分兩段：第一段是接觸段，so2氣體冷卻凈化后在一單層催化轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化,轉(zhuǎn)化率 65%70%,可生產(chǎn)hso95%98%的硫酸、so32%的發(fā)

24、煙酸，剩余氣體進(jìn)入第二段;第二段是一種游離改進(jìn)no工藝即以前的鉛室法或塔式法工藝，so在此幾乎完全轉(zhuǎn)化，生成 hso76%的硫酸13。該工藝與標(biāo)準(zhǔn)兩轉(zhuǎn)兩吸工藝相比具有壓力損失小，產(chǎn)量高,酸純度高的優(yōu)點。 高濃度二氧化硫煙氣轉(zhuǎn)化的三轉(zhuǎn)三吸隨著富氧冶煉技術(shù)的迅猛發(fā)展，人們對高濃度二氧化硫氣體制酸方法進(jìn)行了研究。1991年建成的國外某銅冶煉廠將起始二氧化硫濃度為50%60%的混合煙氣用空氣稀釋到12%進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng),采用“3+1”兩轉(zhuǎn)兩吸流程制酸，topse與chemetics 公司合作開發(fā)了采用含銫催化劑的“4+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程以加工二氧化硫濃度為40%用空氣稀釋到 18%的煙氣14。然后對煙氣采用

25、吸附利用的方法進(jìn)行收集進(jìn)行制酸。隨著綠色化學(xué)和化工的發(fā)展，人們對采用新的催化劑在低溫下催化氧化二氧化硫新工藝進(jìn)行了研究，新工藝主要是處理煙道氣、硫酸廠尾氣、鍋爐排放氣中的低濃度二氧化硫。中科院山西煤化所、大連化物所對活性焦吸附氧化法脫除煙道氣中的二氧化硫工藝進(jìn)行了研究。加拿大waterloo大學(xué)對活性炭催化劑低溫催化氧化二氧化硫新工藝進(jìn)行了研究。2.3 工藝流程概述將片狀硫磺倒入融硫槽，利用夾套蒸汽加熱融化（130150），液體硫磺通過液硫輸送泵經(jīng)過濾器送到液硫恒位槽中，液硫恒位槽中的液硫通過過濾器，防止泵和閥的結(jié)渣堵塞，然后由液下泵經(jīng)流量計計量送入硫磺燃燒爐中。融化的硫磺與燃燒空氣逆向進(jìn)入燃

26、燒爐中，然后落在耐火球上，燃硫率接近100%。從燃燒器中出來的so2氣體溫度在700左右，體積濃度大約為7%（v/v）。在到達(dá)so2/ so3轉(zhuǎn)化器的催化劑層前，so3氣體通過內(nèi)置冷卻器被冷卻到約420。塔內(nèi)裝有四層五氧化二釩催化劑。借助安裝在第一與第二層催化劑之間的中間冷卻器，以及在其它層之間注入驟冷空氣，可將反應(yīng)溫度控制在最佳溫度范圍內(nèi)。轉(zhuǎn)化塔出口so2氣轉(zhuǎn)化率約為97%，操作溫度420450。通過兩臺串聯(lián)的冷卻器將so3/空氣（so3和空氣的混合氣體）約420冷卻到45左右15。2.4 工藝流程示意圖 該圖為工藝流程示意圖圖2-1 工藝流程圖2.5 物料衡算2.5.1 物料衡算的意義和作

27、用物料衡算是通過每一道工序的物料變化情況進(jìn)行平衡計算，從而得到在正常生產(chǎn)情況下各股物料的量。通過物料平衡，在已知產(chǎn)品生產(chǎn)任務(wù)情況下算出所需原材料、生成的副產(chǎn)物及廢物等的生成量；或者在已知原材料投放情況下算出產(chǎn)品、副產(chǎn)物及廢物量。此外，通過物料衡算，不僅可算出原材料消耗定額，并在此基礎(chǔ)上作出能量平衡，算出動能消耗定額，算出生產(chǎn)過程所需熱量或冷量，同時為設(shè)備選型和計算提供依據(jù)16。物料衡算的結(jié)果直接關(guān)系到生產(chǎn)成本和車間運輸量，對工廠技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)有舉足輕重的影響。2.5.2 物料衡算年產(chǎn)10000噸十二烷基苯磺酸鈉：m=348.48 g/mol磺化轉(zhuǎn)化率為99.9%，生產(chǎn)過程中計有2%的損失，生產(chǎn)過

28、程中十二烷基苯和三氧化硫的進(jìn)料比為1:1.05。則可計算年需要的三氧化硫量為3.078107 molso2在轉(zhuǎn)化塔內(nèi)反應(yīng)生成so3轉(zhuǎn)化率為97%計損耗為0.5%進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔時so2的氣濃為7%（v/v）通過以上的轉(zhuǎn)化率可以算出實際情況的全年物料的消耗量n(so2)=3.198107 moln(o2)=1.594107 mol 燃硫爐計算s在燃硫爐內(nèi)燃燒生成so2轉(zhuǎn)化率大于99.9%損耗為0.5%則有 s消耗為3.205107 molo2消耗為3.205107 mol表2-1 燃硫爐物料平衡表入口出口（so2kmol/h）硫磺氧氣so24.434.434.43年產(chǎn)300天即7200小時每小時的so

29、3消耗的摩爾量為每小時的so2消耗的摩爾量為 轉(zhuǎn)化塔計算轉(zhuǎn)化塔的各層轉(zhuǎn)化率為一層轉(zhuǎn)化率為：60%二層轉(zhuǎn)化率為：90%三層轉(zhuǎn)化率為：95%四層轉(zhuǎn)化率為：97%第一層物料入口 轉(zhuǎn)化率為60%出口第二層物料入口n2(so2)=1.772 kmol/hn2(so3)=2.658 kmol/h 轉(zhuǎn)化率為90%出口n2(so2)=4.43 kmol/h(1-90%)=0.443 kmol/hn2(so3)=4.43 kmol/h90%=3.987 kmol/h第三層物料入口n3(so2)=0.443 kmol/hn3(so3)=3.987 kmol/h 轉(zhuǎn)化率為95%出口n3(so2)=4.43(1-95

30、%)=0.2215 kmol/hn3(so3)=4.4395% =4.2085 kmol/h第四層物料入口n4(so2)=0.2215 kmol/hn4(so3)=4.2085 kmol/h 轉(zhuǎn)化率為97%出口n4(so2)=4.43(1-97%)=0.1329 kmol/hn4(so3)=4.4397% =4.2971 kmol/h表2-2 轉(zhuǎn)化塔物料平衡表轉(zhuǎn)化塔層數(shù) 入口（kmol/h） 出口（kmol/h） so2 so3 so2 so3一層 4.43 0.00 1.772 2.658二層 1.772 2.658 0.443 3.987三層 0.443 3.987 0.2215 4.20

31、85四層 0.2215 4.2085 0.1329 4.29712.6 熱量衡算2.6.1 熱量衡算的意義與步驟同物料衡算一樣，能量衡算也是化工計算中一種基本計算，它不僅對生產(chǎn)工藝條件的確定、設(shè)備設(shè)計是不可缺少的，且在實際生產(chǎn)中分析生產(chǎn)問題、評價技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果等方面的工作也是很需要的。對于新設(shè)計的車間，能量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷。而對于已經(jīng)投產(chǎn)的車間，進(jìn)行能量衡算是為了更加合理的利用能量，進(jìn)而從技術(shù)上、管理上制定出節(jié)能的措施，以最大限度降低單位產(chǎn)品的能耗。在化工生產(chǎn)中，能量衡算概括起來應(yīng)用于以下幾個方面：確定功率：如流體輸送、攪拌、過濾、粉碎等單元操作中所需功率。確定熱量或冷量：如

32、蒸發(fā)、蒸餾、冷凝、冷卻、閃蒸等所需熱量或冷量。確定供熱速率或放熱速率：如化學(xué)反應(yīng)中，由于熱效應(yīng)（使體系溫度的上升或下降）需確定的一個合適溫度。確定節(jié)能措施：充分利用余熱，降低總能耗而采取相應(yīng)措施。分析各股物料之間熱平衡關(guān)系必須根據(jù)各股物料走向及變化具體分析熱量間關(guān)系，然后借助熱平衡建立各熱量之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式。熱量衡算步驟如下：收集數(shù)據(jù) 必須弄清過程中存在的熱量形式，從而確定需要收集的物性數(shù)據(jù)，要注意數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，以保證結(jié)果的可靠性。標(biāo)繪能量衡算示意圖。確定衡算范圍。選定計算基準(zhǔn)。列出輸入輸出熱量平衡表。2.6.2各設(shè)備的熱量衡算(1) 轉(zhuǎn)化塔的熱量計算 轉(zhuǎn)化塔頂部的第一個小換熱器so2與空氣的

33、混合氣進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔的入口溫度是700 ，出口溫度是420 so2比定壓熱容cp(so2 ) = 0.502 kj/(kg)，體積濃度為7%空氣的比定壓熱容cp(空氣)=0.9375 kgso3比定壓熱容cp(so3)= 0.567 kj/( kg)由公式q=cmt (2-1)q(混合氣)=q(空氣)+q(so3) 轉(zhuǎn)化塔第一層催化劑入口溫度450 ，n(so2)=4.43 kmol/h，轉(zhuǎn)化率為60%出口n(so3)=2.658 kmol/h，n(so2)=1.772 kmol/hso3比定壓熱容cp(so3)= 0.567 kj/( kg)空氣的比定壓熱容cp(空氣)= 1.009 kj/(

34、kg)則由2so2 + o2 = 2so3在450時so2轉(zhuǎn)化為so3的反應(yīng)熱為98712 kj/kmol則 q(450, so2so3) = 2.658 kmol/h98712 kj/kmol=2.547105 kj/h從入口到出口的溫差設(shè)為x，so3氣體溫度升高吸收的熱量為q(so3) = m so3cpso3t (2-2)= 2.658 kmol/h80 g/mol0.567 kj/( kg) x =120.567x剩余的so2升高到出口溫度時吸收的熱量為q(so2) = m so2cpso2=1.772 kmol/h64 g/mol0.502 kj/( kg) x =53.37x在轉(zhuǎn)化

35、中消耗的氧氣量為n(氧氣)=2.658 kmol/h / 2 =1329 kmol/h空氣從入口到出口吸收的熱量為n(空氣)= (4.43kmol/h / 7%)- 4.43kmol/h =58.86 kmol/hq(空氣)=(n空氣 n氧氣)m空氣t=(58.86 kmol/h-1.329 kmol/h)29 g/mol1.009 kj/(kg) x=1683.29xso2轉(zhuǎn)化放出的熱量用來給剩余氣體升高溫度則q(總) =q(so2) +q(so3) +q(空氣)2.547105kj/h =120.567x +53.37x+1683.29x得：x =137.14 所以出口溫度為450 +13

36、7.14=587.14 轉(zhuǎn)化塔頂部的第二個小換熱器入口溫度587.14 出口溫度450 出口m(so3)=2.658 kmol/hm(so2) = 1.772 kmol/hm(so3) = 2.658 kmol/h 80 g/mol =212.64 kg/hm(so2) = 1.772 kmol/h 64 g/mol 113.41 kg/hm(空氣) = 1664.272 kg/h則換熱器需要換熱的總量為q(總) =q(so2) +q(so3) +q(空氣)=212.64kg/h0.567kj/(kg)+113.41g/h0.502kj/(kg)+1164.2721.009kj/(kg)(58

37、7.14-450)=1.854105 kj 轉(zhuǎn)化塔第二層催化劑入口溫度450 ，n(so3) =2.658 kmol/h，n(so2)=1.772 kmol/h，轉(zhuǎn)化率90%出口n(so3) =3.987 kmol/h，n(so2)=0.443 kmol/hso2so3的反應(yīng)熱為q(450，so2so3) = mcp t=(3.987-2.658)kmol/h98712kj/kmol=1.312105 kj/h從入口到出口的溫差設(shè)為x，so3氣體溫度升高吸收的熱量為q(so3) = m cp t=3.987 kmol/h80 g/mol0.567 kj/( kg) x=180.85xso2氣體

38、溫度升高吸收的熱量為q(so2) = mcp t=0.443 kmol/h64 g/mol0.502 kj/( kg) x=14.23x消耗氧氣n(氧氣) = (3.987-2.658) / 2 =0.6645 kmol/hn空氣=1643 kg/hq(空氣) = m cp t= 166.88125 kmol/h29 g/mol1.009 kj/( kg) x =4883.11x空氣溫度升高吸收的熱量為q(450, so2so3) = q(so3) + q(so2) + q(空氣)1.312105 kj/h=180.85x + 14.23x +1657.79x得：x =70.81 出口溫度為4

39、50+70.81=520.81 轉(zhuǎn)化塔第一段空氣激冷第三層、第四層催化劑采用空氣冷激的方法 降溫過程第二層催化劑出口溫度520.81 ，n(so3) = 3.987 kmol/h，n(so2)=0.443 kmol/h，n(空氣)=1643 kg/h第三層催化劑入口溫度440 用空氣冷激的方法使混合氣體由521.54 冷卻到440 ，放熱量為q(放熱量) = q(so3) + q(so2) + q(空氣)=3.987800.567+0.443640.502+1643291.009=149730.43 kj/h=1.497105 kj/h空氣入口溫度為20 ，冷激空氣用量q(放熱量)= q(吸熱

40、量)1.497105 kj/h = n(空氣)29 g/mol1.009 kj/( kg) (440-20)得：n(空氣)=12.18 kmol/h 轉(zhuǎn)化塔第三層催化劑在第三層催化劑作用下so2轉(zhuǎn)化為so3的反應(yīng)熱為q(440，so2so3) =(4.2085 kmol/h -3.987 kmol/h)98712 kj/mol =2.186104 kj從入口到出口的溫差設(shè)為x ，so3氣體溫度升高吸收的熱量為q(so3) =4.2085 kmol/h80 g/mol0.567 kj/( kg) x =190.898xso2氣體溫度升高吸收的熱量為q(so2) =0.2215 kmol/h64

41、g/mol0.502 kj/( kg)x =7.116x消耗的氧氣用量n(氧氣)=0.2215 kmol/h/2 =0.11075 kmol/hm(空氣) =1639.456 kg/h+12.1829=1992.68kg/hq(空氣)=2010.6xso2轉(zhuǎn)化為so3的反應(yīng)熱使混合氣體溫度升高q(440, so2so3) = q(so3) + q(so2) + q(空氣)2.186104kj=180.898x + 7.1164x +2010.6x得：x =9.898 則出口溫度為449.9 轉(zhuǎn)化塔第二段激冷空氣要達(dá)到生產(chǎn)目標(biāo)，轉(zhuǎn)化塔出口so3的量為n(so3)=4.2971 kmol/hso3

42、出口的氣體濃度為5.4%第三層出口為449.9 ，第四層出口為440 加入激冷空氣使混合氣體溫度下降，溫度設(shè)為xso3氣體溫度降低放出的熱量為q(so3) =4.208 kmol/h80 g/mol0.567 kj/( kg) 9.9= 190.879.9so2氣體溫度降低放出的熱量為q(so2) =0.64875 kmol/h64 g/mol0.502 kj/( kg)9.9=7.119.9原有的空氣溫度降低放出的熱量為q(空氣)=1992.681.009 kj/( kg)9.9= 201069.9新補(bǔ)充的空氣升高溫度吸收的熱量為q(新空氣)=(190.87+7.116+2010.6)9.9

43、=21865.06 j/h則原有混合氣體與新空氣之間熱量平衡q(新空氣)= q(so3) + q(so2) + q(空氣)21865=1.00929n420n=1.779 kmol/h 轉(zhuǎn)化塔第四層催化劑入口溫度440 ，n(so2)=0.221 kmol/h，n(so3)=4.208 kmol/h，m(空氣)=1992.68 kg/h出口n(so2)=0.1329 kmol/h，n(so3)=4.2971 kmol/h，so2轉(zhuǎn)化為so3的反應(yīng)熱為q(405，so2so3) =(4.2971 kmol/h -4.2085 kmol/h)98712 kj/mol =8745.9 kj從入口到出

44、口的溫差設(shè)為x ，so3氣體溫度升高吸收的熱量為q(so3) =4.2971 kmol/h80g/mol0.567kj/( kg) x = 194.72xso2氣體溫度升高吸收的熱量為q(so2) =0.1329 kmol/h64g/mol0.502 kj/( kg)x 4.27x消耗的氧氣用量n(氧氣)=(4.2971 kmol/h -4.2085 kmol/h)/ 2=0.0443 kmol/hq(空氣) =(1992.68 kmol/h 0.0443)1.009 kj/( kg) x=2009.18xso2轉(zhuǎn)化為so3的反應(yīng)熱使混合氣體溫度升高q(405, so2so3) = q(so3

45、) + q(so2) + q(空氣)8745.9194.72 x +4.27x +2009.18 x得：x =3.96 第四層催化劑出口溫度為440+3.96=443.96 (2) 熔硫爐的計算硫磺有多種形式的同素異形體，在低于95度下穩(wěn)定的稱為-硫，屬斜方晶。融硫所需的熱量包括融化不含水的固體硫磺所消耗的熱量以及散熱損失q=q硫+q散q融硫不含水的固體硫磺所消耗的熱量q硫=q1+q2+q3+q4+q5式中q硫不含水的固體硫磺融化所消耗的熱量，kj/h q1正交晶硫從常溫加熱到95.4度的顯熱，kj/h q2正交晶硫從95.4度轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)化熱, kj/h q3單斜晶硫從95.4度到11

46、8.9度的顯熱, kj/h q4單斜晶硫在118.9度的熔解熱, kj/h q5液硫從118.9度加熱到140度的顯熱, kj/h正交晶硫從常溫加熱到95.4度的顯熱正交晶硫的平均熱熔cp可用下式求出：cp=（2.9863+0.01058t+0.816010-5t2）4.1868/32.064 kj/(kg.k)式中t為正交晶硫從常溫加熱到95.4度的平均溫度k，在大氣溫度為30度加熱到95.4度的顯熱為63.70kj。正交晶硫在95.4度時轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱為12.527 kj/kg單斜晶硫從95.4加熱到118.9度的顯熱 單斜晶的平均熱容可用下式算出cp=3.388+0.006854

47、t+0.080351/(388.336-t)2 4.1868/32.064 kj/(kg.k)計算得到單斜晶硫從95.4度到118.9度時的平均熱容為0.783 kj/(kg.k)即每千克單斜晶硫從95.4度加熱到118.9度時的顯熱為18.40 kj單斜晶硫在118.9度的熔解熱為38.52 kj/kg液硫從118.9度加熱到140度的顯熱 液硫從118.9度到140時的平均熱容為1.0174 kj/(kg.k).計算求得每千克液硫從118.9度到140時的顯熱為21.467 kj。故融硫每千克硫磺所消耗為q=q1+q2+q3+q4+q5 =63.70+12.527+18.40+38.52+

48、21.467=154.615 kj/h融硫槽散熱損失：q散q散=3.6ft(tw-1). kj/h式中：f融硫槽頂蓋外表面溫度，m2 t對流和輻射傳熱分系數(shù)，w/( m2.k) tw融硫槽頂蓋外表面溫度，k或 tw=55 t大氣溫度，t=30當(dāng)融硫槽置于室內(nèi)的時，則：t=（8+0.05tw）1.163=(8+0.0565) 1.63=13.084q=3.6ft(tw-t)=34.0113.08(65-30)=6610.82kj/h硫磺熔融所需的總熱量qq=q硫+q散=22017.2+6610.82=28627.9 kj/h融硫的蒸汽耗量用0.6mpa（絕壓）飽和蒸汽融硫，汽化熱為2093kj/kg.由前面得到融硫所需的熱量為28627.9 kj/h，則蒸汽量為28627.9/209.3=13.68 kg/h由蒸汽傳到硫磺的總傳質(zhì)系數(shù)為k，k=58 w/(m2.k)融硫一般只考慮利用蒸汽冷凝潛熱，故0.6 mpa飽和蒸汽冷凝溫度約為158 ，所以：溫差為：18 傳