硫酸車間工藝設(shè)計(jì)論文42350

1、目目 錄錄 1.設(shè)計(jì)任務(wù)說明書 .1 1.1 項(xiàng)目.1 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容.1 1.3 設(shè)計(jì)規(guī)模.1 1.4 設(shè)計(jì)依據(jù).1 1.5 產(chǎn)品介紹.1 1.6 生產(chǎn)方式.3 2.工藝路線的選擇及設(shè)計(jì) .3 2.1 工藝路線選擇.3 2.2 工藝流程介紹.5 3.換熱器物料衡算 .6 3.1 轉(zhuǎn)化工段流程圖及簡述.6 3.2 換熱器物料衡算.8 4.換熱器熱量衡算 .10 4.1 爐氣帶入熱量 q1 .10 4.2 水的冷凝熱 q2 .11 4.3 入塔酸帶入熱 q3 .11 4.4 93酸稀釋熱 q4 .11 4.5 爐氣帶出熱 q5 .11 4.6 出塔酸帶出熱 q6 和酸的溫度.12 5.典型設(shè)備

2、設(shè)計(jì) .12 5.1 填料干燥塔干燥流程與原理.12 5.2 干燥塔設(shè)備的計(jì)算.13 6.主要設(shè)備一覽表 .16 7.車間人員定置 .16 8.經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) .17 9.廠房布置及水電要求 .18 10.安全環(huán)保 .19 致謝 .23 附圖 .24 年產(chǎn)年產(chǎn) 8 8 萬噸硫酸車間工藝設(shè)計(jì)萬噸硫酸車間工藝設(shè)計(jì) 1.設(shè)計(jì)任務(wù)說明書： 1.1 項(xiàng)目： 年產(chǎn) 8 萬噸硫酸轉(zhuǎn)化工段工藝及換熱器的設(shè)計(jì)。 1.2 設(shè)計(jì)內(nèi)容： 轉(zhuǎn)化工段工藝設(shè)計(jì)； 換熱器的設(shè)計(jì)。 1.3 設(shè)計(jì)規(guī)模： 1.3.1 年產(chǎn) 8 萬噸硫酸； 1.3.2 年生產(chǎn)日 300 天； 1.3.3 日生產(chǎn)能力 266.67 噸，日產(chǎn) 24 小時(shí)

3、，每小時(shí)生產(chǎn) 11.11 噸。 1.4 設(shè)計(jì)依據(jù)： 本設(shè)計(jì)是依據(jù)大冶有色金屬公司的生產(chǎn)技術(shù)資料，并結(jié)合設(shè)計(jì)任務(wù)書的內(nèi) 容和生產(chǎn)管理規(guī)范的相關(guān)文件而進(jìn)行設(shè)計(jì)的。 1.5 產(chǎn)品介紹： 1.5.1 基本介紹： 產(chǎn)品化學(xué)名稱：硫酸 英文名：sulfuric acid 化學(xué)結(jié)構(gòu)式： 分子式：h2so4 分子量：98.07 由三氧化硫和水化合而成。依據(jù)三氧化硫與水的摩爾比的不同，可分為普 通硫酸、發(fā)煙硫酸和無水硫酸三大類。 1.5.2 理化性質(zhì)： 表表 1.1. 硫酸的物理性質(zhì)硫酸的物理性質(zhì) 物理性質(zhì)性質(zhì)參數(shù) 20密度，g/cm3 1.8305 熔解熱（100%） ，kj/mol 10.726 汽化潛熱（

4、326.1） ，kj/mol 50.124 熔點(diǎn) 10.370.05 100% 2755 沸點(diǎn) 98.4% 3265 硫酸的化學(xué)性質(zhì)包括： 1強(qiáng)酸，作為二元酸，它有中性鹽（硫酸鹽）和酸（硫酸氫鹽） 。 2氧化性，根據(jù)還原劑的不同，硫酸可以被還原到二氧化硫、硫和硫化氫。 3強(qiáng)脫水性，對于有機(jī)物和人的皮膚有強(qiáng)烈的破壞作用。 4可與硝酸可混合組成硝化劑，應(yīng)用與有機(jī)化合物的硝化過程。 5可作為有機(jī)反應(yīng)磺化劑。 6. 對硫和硫化物的作用： 常溫下，s 與濃硫酸不反應(yīng)，加熱至 200，發(fā)生氧化還原反應(yīng)并產(chǎn)生 so2 逸出；將 h2s 通入濃硫酸中，生成 h2so3、s 和 h2o。稀硫酸與 h2s 不發(fā)生

5、這 種反應(yīng)。 與磷作用 常溫下，磷與硫酸不反應(yīng)，經(jīng)加熱便反應(yīng)，生成 so2和 h3po4： 3h2so4+2p2h3po4+3so2 將 h2so4與 p 置于密閉容器中，使之沸騰，則發(fā)生氣相硫蒸氣燃燒并產(chǎn)生 單體硫： 2h2so4+pcl3clhso3+so2+hpo3+2hcl 與碳作用 c+2h2so42h2o+co2+so2 h2so4（91%）+coco2+so2+h2o 1.5.3 用途： 硫酸是重要的基本化工原料，主要用于制造磷肥和氮肥。殺蟲劑、除草劑 等的制造也需使用大量的硫酸，煉焦時(shí)爐氣中的氨需用硫酸吸收。此外，在鋼 材加工、化學(xué)纖維、染料工業(yè)、石油煉制、制革，制藥、油漆、炸

6、藥及高能燃 料制造等方面都需要用硫酸，故被稱為“化學(xué)工業(yè)之母” 。 1.5.4 原料： 銅金礦冶煉制得的煙氣。 1.5.5 原料標(biāo)準(zhǔn)： 表表 2. 硫酸產(chǎn)品原料標(biāo)準(zhǔn)硫酸產(chǎn)品原料標(biāo)準(zhǔn) 煙氣成分 so2so3o2co2n2h2o 含量 （%） 7.40.2154.865.511.2 1.5.6 產(chǎn)品質(zhì)量規(guī)格： 表表 3. 硫酸產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)硫酸產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) 各組分百分含量 （%） 優(yōu)等品一等品合格品 灰分 0.020.030.10 fe 0.005 0.010 as 0.0001 0.005 hg 0.0010.01 pb 0.0050.02 透明度/mm 8050 色度/ml 2.02.0 1.6

7、 生產(chǎn)方式： 設(shè)計(jì)工藝選用凈化塔(增濕塔和填料塔)、干燥塔、轉(zhuǎn)化器和吸收塔等設(shè)備， 進(jìn)行連續(xù)生產(chǎn)。生產(chǎn)安排為三班制，每班八小時(shí)。 2.工藝路線的選擇及設(shè)計(jì)： 2.1 工藝路線選擇： 2.1.1 主要的工藝路線有以下 3 種： a硫鐵礦制硫酸： fes so2 so3 h2so4 首先對硫鐵礦進(jìn)行預(yù)處理，對于塊狀硫鐵礦則要粉碎加工成粉礦，對于硫 精砂則要進(jìn)行干燥。若礦的品種較多，入爐前還要按雜質(zhì)含量要求進(jìn)行摻配。 原料預(yù)處理之后的制酸流程如上圖。其主要工序?yàn)椋毫蜩F礦焙燒、爐氣凈化、 二氧化硫轉(zhuǎn)化及三氧化硫吸收。 二氧化硫的爐氣制取是采用沸騰焙燒，應(yīng)用余熱鍋爐回收高溫位熱能。爐 氣煙塵率高，設(shè)置旋

8、風(fēng)除塵器、電除塵器，經(jīng)除塵后的爐氣進(jìn)入濕法凈化工序， 通過第一、第二洗滌設(shè)備除去爐氣中大部分雜質(zhì)，再經(jīng)兩級電除霧對爐氣進(jìn)一 步精制。爐氣中的水分在干燥塔內(nèi)采用濃硫酸進(jìn)行脫水干燥，并專設(shè)過濾設(shè)備 捕集爐氣夾帶的霧沫。此后，由主風(fēng)機(jī)將爐氣抽送到轉(zhuǎn)化工序。入轉(zhuǎn)化的二氧 化硫經(jīng)換熱器加熱到反應(yīng)溫度，進(jìn)入各段觸媒，最后一段出口三氧化硫經(jīng)冷卻 進(jìn)入發(fā)煙硫酸及 98%酸吸收塔，出塔氣體經(jīng)除沫后轉(zhuǎn)入尾氣處理工序。此外， 還有多種硫鐵礦制酸流程，如不同冷卻方式的稀酸洗流程、水洗流程以及一次 轉(zhuǎn)化流程等。 圖圖 1.1. 以硫鐵礦為原料的接觸法制酸生產(chǎn)流程圖以硫鐵礦為原料的接觸法制酸生產(chǎn)流程圖 1.加礦皮帶 2.

9、沸騰爐 3.余熱鍋爐 4.旋風(fēng)除塵器 5.電除塵器 6.第一洗滌器 7.第二 洗滌器 8.間冷器 9.電除霧器 10.稀酸泵 11.第二循環(huán)槽 12.稀酸泵 13.第一循環(huán)槽 14. 沉淀槽 15.熱水泵 16.汽泡 17.除氧器 18.給水泵 19.鍋爐水槽 20.空氣風(fēng)機(jī) 21.干燥塔 22.酸冷卻器 23.一吸塔 24.二吸塔 25.主風(fēng)機(jī) 26.換熱器（） 27.換熱器（） 28.轉(zhuǎn) 化器 29.換熱器（） 30.換熱器（） 31.加熱爐 32.予熱器 33.二吸循環(huán)槽 34.一吸 循環(huán)槽 35.干燥塔循環(huán)槽 b硫磺制硫酸： s so2 so3 h2so4 硫磺來源于天然硫磺、從石油和

10、天然氣副產(chǎn)物回收硫磺，天然硫磺和回收 硫磺純度很高，可達(dá) 99.8%以上，有害雜質(zhì)的含量很少，作為生產(chǎn)硫酸的原料， 不需要復(fù)雜的爐氣凈化工序，還可以省掉排渣設(shè)備，工藝流程短，生產(chǎn)中熱量 可合理利用，對環(huán)境的污染少，但天然硫磺受到地域的限制，而且高純度的硫 磺在地殼中的含量少。 c冶煉煙氣制硫酸： 含硫的礦石 so2煙氣 so3 h2so4 可以從礦石中回收重要的金屬資源，而且將爐氣中的有害氣體 so2 進(jìn)行回 收利用，減少環(huán)境污染。 結(jié)合該公司的具體情況黃石大冶地區(qū)蘊(yùn)涵豐富的銅金礦資源，最終選 擇路線 c 作為生產(chǎn)硫酸的最佳方案。 2.2 工藝流程介紹： 圖圖 2.2. 工藝流程框圖工藝流程框

11、圖 圖 2 為工藝流程框圖，它以冶煉煙氣為原料的接觸法生產(chǎn)硫酸的過程，主 要工序包擴(kuò)煙氣的凈化，氣體的干燥，二氧化硫的轉(zhuǎn)化，三氧化硫的吸收。 經(jīng)過除塵后的煙氣，依次通過冷卻塔，洗滌塔，第一級電除霧器和第二級 電除霧器進(jìn)行凈化，在冷卻塔和洗滌塔中，煙氣中所含的微量三氧化硫從硫酸 蒸汽形態(tài)變成酸霧，砷，硒和其他金屬的氧化物則成為固體粒子，從氣相中分 離出來；它們一部分由煙氣中殘存在的微量礦塵一起被洗滌除去，另一部分隨 二氧化硫風(fēng)機(jī) 換熱器 轉(zhuǎn)爐旋風(fēng)除塵電除塵器高溫排風(fēng) 機(jī) 一級動力波洗滌口 氣體冷卻塔二級動力波洗滌口 電除 霧器 干燥塔 轉(zhuǎn)化器一至三段中間吸收塔換熱器 轉(zhuǎn)化器四段 最終吸收塔 尾氣

12、煙囪 氣體進(jìn)入電除霧器，在高壓靜電作用下被清除干凈。 經(jīng)過凈化的氣體，在干燥塔中被循環(huán)淋灑的濃硫酸干燥，干燥酸的濃度一 般維持在 93%左右，由于在氣體被濃硫酸干燥的過程中防出大量熱量，所以在 干燥塔硫酸循環(huán)系統(tǒng)中設(shè)有酸冷卻塔，用冷卻水把熱量帶走。 經(jīng)過干燥的氣體進(jìn)入二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)，提升壓力后，送往轉(zhuǎn)化工序。從二 氧化硫鼓風(fēng)機(jī)出來的氣體，首先經(jīng)過換熱器，依次被轉(zhuǎn)換器第三段和第一段出 來的三氧化硫氣體加熱，于大約 420的溫度下，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的第一段，氣體 中的部分二氧化硫氣體，在五氧化二釩的催化作用下，與空氣中的氧氣進(jìn)行反 應(yīng)，生成三氧化硫并防出熱量，使反應(yīng)后的氣體溫度升高，為了使未反應(yīng)的那 部

13、分二氧化硫進(jìn)一步轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化器的第一段出來的氣體在換熱器內(nèi)進(jìn)行冷卻， 然后進(jìn)入第二段轉(zhuǎn)換，繼續(xù)進(jìn)行二氧化硫的轉(zhuǎn)換反應(yīng)，從第二段出來的氣體， 在換熱器中被冷卻，然后進(jìn)入第三段轉(zhuǎn)換，從第三段出來的氣體中，絕大部分 二氧化硫已經(jīng)轉(zhuǎn)化為三氧化硫，為了達(dá)到更高的最終轉(zhuǎn)換率，第三段出來的氣 體在換熱器中被冷卻并在中間吸收塔內(nèi)用濃硫酸將氣體中的三氧化硫吸收除去。 從中間吸收塔出來的氣體已基本不含三氧化硫，只含少量的未轉(zhuǎn)化完全的 二氧化硫，為使氣體達(dá)到催化氧化所需要的溫度，氣體通過換熱器，依次被從 轉(zhuǎn)化器的第四段出來的氣體和轉(zhuǎn)化器第二段出來的氣體加熱，然后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器 的第四段，進(jìn)行二氧化硫的最終轉(zhuǎn)化。經(jīng)過第四段

14、轉(zhuǎn)化二氧化硫總轉(zhuǎn)化率可達(dá) 到 99.7%以上。從轉(zhuǎn)化器的第四段出來的氣體在換熱器中冷卻，然后進(jìn)入最終 吸收塔，將氣體中的三氧化硫全部吸收除去。 3.換熱器物料衡算： 3.1 轉(zhuǎn)化工段流程圖及簡述轉(zhuǎn)化工段流程圖及簡述： 3.1 吸收工段流程圖及簡述 圖圖 3.3.吸收工段流程圖吸收工段流程圖 爐氣干燥是凈化工序的組成部分，目的是去掉爐氣中的水分。吸收是硫酸 生產(chǎn)中的最后一道工序，目的是把轉(zhuǎn)化氣中的 so3吸收下來制成產(chǎn)品硫酸。此 兩過程本是硫酸生產(chǎn)中不相連貫的程序，但由于在著兩個操作過程中都使用濃 硫酸作為吸收劑，都是吸收過程，彼此間又必須進(jìn)行串酸調(diào)節(jié)其濃度，采用的 設(shè)備也幾乎完全一樣，故在設(shè)計(jì)

15、和生產(chǎn)上都把它們劃歸為同一個工段來進(jìn)行管 理，統(tǒng)稱干吸工段或干吸崗位。 干吸崗位的工藝流程和設(shè)備裝置，隨轉(zhuǎn)化工藝和產(chǎn)品酸的品種的不同而異。 對于“一轉(zhuǎn)一吸”工藝，干吸工段一般只配置兩臺填料塔（即干燥塔和吸收塔） 及各自的酸循環(huán)系統(tǒng)。 “兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝的干吸工段至少要配置三臺塔（即干燥 塔、中間吸收塔和最終吸收塔） ，酸的循環(huán)系統(tǒng)有兩個或三個，可以采用兩個循 環(huán)系統(tǒng)，即干燥循環(huán)系統(tǒng)和吸收循環(huán)系統(tǒng)（中間吸收塔和最終吸收塔合用一套 酸循環(huán)系統(tǒng)） 。也有用 98%h2so4干燥的，則三塔只用一個循環(huán)酸槽。若需生產(chǎn)發(fā) 煙硫酸，在以上兩種配置中都需加裝發(fā)煙硫酸吸收塔和發(fā)煙硫酸的循環(huán)系統(tǒng)。 酸循環(huán)系統(tǒng)，由循

16、環(huán)槽，冷卻器和泵等三個主要設(shè)備所組成。由于冷卻器 有的放在泵的進(jìn)口，有的放在泵的出口，故在酸循環(huán)系統(tǒng)上，有“泵前流程” 和“泵后流程”之分。 由于干吸崗位的傳質(zhì)、傳熱過程，是氣液直接傳遞的，氣體中必然帶有液 體，液體中也必然含有一定的氣體，故本崗位還沒有除沫和脫吸裝置（脫吸又 稱吹出） 。 一.一次吸收的干吸崗位工藝流程 從轉(zhuǎn)化系統(tǒng)導(dǎo)入的轉(zhuǎn)化氣一部分進(jìn)入發(fā)煙硫酸吸收塔，另一部分進(jìn)入 98% 硫酸吸收塔。經(jīng)發(fā)煙硫酸吸收塔吸收后的氣體，再與直接進(jìn)入 98%硫酸吸收塔 的轉(zhuǎn)化氣混合，一齊進(jìn)入 98%硫酸吸收塔，兩部分氣量的分配比例通過蝶閥來 調(diào)節(jié)，一般控制進(jìn)發(fā)煙硫酸吸收塔的氣量不少于三分之一，經(jīng) 9

17、8%硫酸吸收塔 吸收后的氣體稱為尾氣，尾氣導(dǎo)入尾氣吸收塔或直接放空。 105%發(fā)煙硫酸從發(fā)煙硫酸吸收塔上部進(jìn)入塔內(nèi)分酸裝置，在塔內(nèi)吸收三氧 化硫后，酸濃度升高，酸溫上升，從塔底部排出的酸進(jìn)入混酸罐，與從 98%硫 酸吸收塔串過來的 98%硫酸混合，把循環(huán)酸濃度控制在 104.6%105.0%之間， 從混酸罐導(dǎo)出的循環(huán)酸由泵送往酸冷卻器進(jìn)行冷卻后，大部分循環(huán)使用，把循 環(huán)中的增量作為產(chǎn)品或者串入 98%硫酸混酸罐。 濃度為 98%的循環(huán)酸進(jìn)入 98%硫酸吸收塔上部分酸設(shè)備，吸收三氧化硫后， 濃度升高，酸溫上升，從塔底部導(dǎo)入混酸罐，與從干燥塔串來的 93%硫酸和從 發(fā)煙硫酸吸收塔中來的 105%硫

18、酸及加入的適量水混合，配成濃度為 98.1%98.5%的硫酸，經(jīng)酸冷卻器冷卻后，大部分用泵打入 98%硫酸吸收塔循 環(huán)使用，一部分串入 105%硫酸混酸罐和 93%硫酸混酸罐，根據(jù)對產(chǎn)品的要求， 也可引出一小部分作為成品酸輸出。 二.兩次吸收的干吸崗位工藝流程 隨著 so2氣體的兩次轉(zhuǎn)化工藝的應(yīng)用，so3氣體的吸收也隨之改成了兩次吸 收工藝。80 年代是我國普及發(fā)展最快的一個時(shí)期，目前新建的年產(chǎn) 40kt 以上 系統(tǒng)幾乎都采用“兩轉(zhuǎn)兩吸”技術(shù)。 三.循環(huán)酸流程 循環(huán)酸流程在生產(chǎn)應(yīng)用中較普遍的是由塔、槽、泵、冷卻器這四個設(shè)備組 成的有三種不同流程。流程 1，由于冷卻器在泵后，酸流速較大，傳熱系數(shù)

19、大 些，可節(jié)省些冷卻面積。但冷卻排管受壓較大，酸流動速度快，腐蝕也比另兩 種流程嚴(yán)重些，酸泵在這種流程中輸送的是冷卻前的熱酸，腐蝕也較嚴(yán)重。在 手、受泵的壓力下的冷卻排管漏酸時(shí)危害更大，但此流程可以降低干吸塔基礎(chǔ) 的高度，節(jié)約基建費(fèi)用。 流程 2，冷卻器中的酸是靠塔內(nèi)酸面與循環(huán)槽液面的位差流動，由于位差 不可能很大，所以酸液在冷卻排管中的流速較慢。采取這種流程時(shí)要注意不可 時(shí)區(qū)冷卻排管串連過長。這種流程，由于速度慢，需要冷卻面積較多，冷卻排 管腐蝕較輕，也比較安全。 流程 3 的冷卻器內(nèi)酸的流動靠酸槽液面與冷卻器間位差的推動和泵的抽力，酸 在冷卻排管中的流速可介于前兩種流程之間。在配置上應(yīng)注意

20、使循環(huán)槽內(nèi)酸位 高于冷卻排管最上一根的位置，使泵在開動前能自動充滿酸。就對冷排酸管的 腐蝕而言，這種流程比第二種流程稍大些，而最大的缺點(diǎn)是不能用立式泵，只 能用臥式泵。前兩種都能用，為了避免高溫酸加速對泵的腐蝕，國內(nèi)用立式泵 的廠多采用流程 2。 3.2 換熱器物料衡算： (1)全塔的物料衡算式：l/g（y1-y2）/（x1-x2） 式中：l通過吸收塔的吸收劑流量，k mol/s； g通過吸收塔的惰性氣體流量，k mol/s； y1，y2分別為塔底及塔頂氣相中溶質(zhì)的摩爾比，k mol（溶質(zhì)）/ k mol（惰性氣體） ； x 1，x2分別為塔底及塔頂液相中溶質(zhì)的摩爾比，k mol（溶質(zhì)）/k

21、mol（溶劑） ； (2)最小液-氣比(l/g)min的計(jì)算 (l/g)min（y1-y2）/（x1-x2） ；其中 x1是與進(jìn)塔的氣體組成平衡的液相 組成； 實(shí)際采用的液-氣比必須大于最小液-氣比，當(dāng)液-氣比較小時(shí)，吸收劑的用 量少，操作費(fèi)用高，但吸收塔較低，設(shè)備費(fèi)用少，因此，操作費(fèi)與設(shè)備費(fèi)之和 有一最低點(diǎn)，通常把總費(fèi)用最低時(shí)的液-氣比作為適宜液氣比，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng) 驗(yàn)，適宜液-氣比取最小液-氣比的 1.12.0 倍，即：l/g（1.12.0）(l/g) min (3)已知數(shù)據(jù) 一吸塔入塔氣體流量為 1568.8m3/h; 一吸塔入塔氣體煙溫為 185； 吸塔入塔煙壓為 13300pa; 一

22、吸塔入塔氣體中含 so3（其余的視為惰性氣體） 7.4997.33（體積分 數(shù)） ；so3的吸收率為 95；吸收劑的用量為最小用量的 1.3 倍，即： l/g1.3(l/g)min；吸收劑入塔的組成 x2為零； 計(jì)算吸收劑的用量（k mol/ h）及離塔的溶液組成 x 1； a.將氣體入塔組成 7.33（體積分?jǐn)?shù)）換算成為摩爾比： y1y 1/ (1-y1) (y1:氣體的體積分?jǐn)?shù))； 0.073/（1-0.073） 0.079 k mol（so3）/ k mol（惰性氣體） ； b.根據(jù)吸收率0.95 計(jì)算出塔氣體的組成 y2； y2y1（1-）0.079（1-0.95） 0.004 k m

23、ol（so3）/ k mol（惰性氣體） ； c.通過查表得在 185時(shí) so3水溶液的亨利系數(shù) e00015mpa； 而相平衡常數(shù)e/總；所以 0.0015/0.01330.11 而氣液平衡關(guān)系式為：yx 或 yx； 則 y0.11x 或 y0.11x； 所以 y10.11x1； x1y1/0.11 0.079/0.11 0.72 k mol（so3）/ k mol（h2o） ； 又因?yàn)樽钚∫簹獗?l/g)min（y1-y2）（x1-x2） （0.079-0.004）/（0.72-0） 0.1 而本設(shè)計(jì)中取 l/g 1.3(l/g)min； 則 l/g 1.30.1 0.13 d.將非標(biāo)態(tài)下

24、的惰性氣體的體積流量換算成標(biāo)態(tài)下的惰性氣體的摩爾流量：g惰 p（1- y 1）/（rt） 133001568.8（1-0.073）/8.314（273+185） 5079.5kmol/ h 所以 l 1.3(l/g)ming惰 0.135079.5 660.34kmol/ h 所以吸收劑的用量為 660.34kmol/h; 又因?yàn)?l/g = x1-x2 則 x1= (y1-y2)/ (l/g) x2 = (0.079-0.004) /0.13+0 = 0.58k molso3/k molh2o 所以離塔溶液的組成為 0.58kmolso3/k molh2o 4.換熱器熱量衡算： 4.1 爐氣

25、帶入熱量 q1 t = 40 so2帶入熱量：q1=51.564041.57=85744kj/h o2帶入熱量： q2=46.44029.37=54519kj/h n2帶入熱量： q3=472.884028.45=538204kj/h h2o 帶入熱量：q4=42.484032.716=55590kj/h 式中 41.57,29.37,28.45,32.716 分別為 040時(shí) so2、o2、n2 及 h2o 的摩爾熱 容，kj/(mol.k) q1= q1+q2+q3+q4 = 73405kj/h 4.2 水的冷凝熱 q2 水在 40時(shí)冷凝熱為 2406kj/kg；q2=764.022406

26、=1838232 kj/h 4.3 入塔酸帶入熱 q3 5093%h2so4的熱焓 i1=78.7 kj/kg；q3=131.161.7993100078.7=18572900kj/h 4.4 93酸稀釋熱 q4 q4=17860n/（n+1.7983）4.18； 式中： q4稀釋熱，j/molh2so4; n對于 1molh2so4所用的 mol 數(shù). 對于濃度為 c1的硫酸，當(dāng)稀釋到濃度為 c2時(shí)，放出的熱量按下式計(jì)算： q2q1=17860n2/ (n2+1.7983)-17860n1/ (n1+1.7983)4.1868 式中：q2q1每 molh2so4放出的熱量，j； n2、n1濃

27、度分別為 c2、c1時(shí)每 molh2so4所含的水的 mol 數(shù)。 93.00h2so492.70h2so4 n1=7189398=0.41 q1=0.4117860 (0.41+1.7983)4.1868 =13900 n2=7.31892.798=0.429 q2=0.42917860(0.429+1.7983)4.1868=14394 q2-q1=14394-13900=493.8kj/kmol 131.16m3/h1799.3kg/m3=235996.18 kg/h q4=235996.20.9398493.8=1105893 kj/h 4.5 爐氣帶出熱 q5 so2帶出熱量 q1=

28、51.54541.64=96613 kj/h o2帶出熱量 q2=46.44529.295=61377 kj/h n2帶出熱量 q3=472.884528.5=606681 kj/h h2o 帶出熱量 q4=0.0714532.74=104.62 kj/h 式中 41.64,29.395,28.51,32.74 分別為 045 時(shí) so2、 o2、 n2及 h2o 的摩爾 熱容，kj/(mol.k)。 q5=q1+q2+q3+q4=861389 kj/h 4.6 出塔酸帶出熱 q6和酸的溫度 q6=q1+q2+q3+q4-q5 =734057+1838232+18572900+1105893-

29、861389=21389693 kj/h 則：出塔酸的熱焓 i2=21389693(235996.2+764)=90.34 kj/kg 查表得：92.7h2so4i2=90.34 kj/kg t=57.2 5.典型設(shè)備設(shè)計(jì)： 5.1 干燥塔干燥流程與原理 圖圖 4.4. 填料塔結(jié)構(gòu)示意圖填料塔結(jié)構(gòu)示意圖 1.氣體進(jìn)口 2.塔壁 3.分酸爪 4.分酸槽 5、6 人孔 7.氣體出口 8.分酸管 9.酸出口 10.152152 隔板瓷環(huán)一層 11. 75755 階梯環(huán) 12.60304 矩鞍瓷環(huán) 13. .25203 矩鞍環(huán) 二氧化硫氣體的干燥：在轉(zhuǎn)化操作溫度下，二氧化硫氣體中的水蒸氣對釩 催化劑是

30、沒有危害的，但水蒸氣與轉(zhuǎn)化后的三氧化硫一起，在吸收過程中會形 成酸霧且很難被吸收，可導(dǎo)致尾氣煙囪冒煙，同時(shí)，酸霧與水分綜合作用，可 造成干吸轉(zhuǎn)化工序中管道設(shè)備腐蝕，甚至造成催化劑結(jié)塊，活性降低，阻力加 大等。因此，進(jìn)行轉(zhuǎn)化工序前，氣體必須進(jìn)行干燥。濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性 能，常用作氣體的干燥劑，用高濃度的硫酸來噴淋干燥塔，可使原料氣干燥后 的水分含量小于 0.1g/nm。填料干燥塔(見附錄 1)。 干燥原理：氣體干燥過程中,物質(zhì)由氣相進(jìn)入液相,填料塔內(nèi)的氣體的干燥 原理,可以用雙膜理論來解釋,在氣液兩相接觸時(shí),存在著界面,界面兩邊又分別 存在著一層穩(wěn)定的氣膜和液膜,一切質(zhì)量和熱量的傳遞必須克服

31、氣膜和液膜的阻 力后才可以進(jìn)行,這就是雙膜理論。氣體干燥過程中,氣體中的水蒸氣通過氣相 主體以對流的形式擴(kuò)散到氣膜,然后以分子擴(kuò)散的形式通過液膜,再以對流擴(kuò)散 的形式傳遞到液相主體,從而使氣體得以干燥。 影響干燥效率的因素:主要因素有硫酸濃度、溫度、循環(huán)酸量、設(shè)備結(jié)構(gòu)和 氣速等。 5.2 換熱器設(shè)備的計(jì)算 進(jìn)塔氣溫 40 出塔氣溫 45 進(jìn)塔氣體壓力 采用點(diǎn)除霧 -5.884kpa(采用文氏管-10.3 k pa) 出塔氣體壓力 -7.06 k pa 進(jìn)塔氣量 133763.9 m3 耗/h 出塔氣量 12834.6m3 耗/h 大氣壓 100.79 k pa 756 k pa 5.2.15.

32、2.1 塔徑的計(jì)算塔徑的計(jì)算 平均氣體流量： =4.66 m3 2)06 . 7 88 . 5 ( 3 . 101 3 . 101 273 2)4540(273 6002 6 . 12834 9 . 13763 v /s 近 20 年來由于填料改進(jìn)、噴淋調(diào)整及鼓風(fēng)機(jī)壓頭的增高，空塔氣速提高較 多，現(xiàn)在使用范圍在 0.61.8 m /s 之間。 現(xiàn)取空塔速度 0.6 m /s，則塔徑 d： d=4.66/(0.785 0.6) 3.15m 設(shè)計(jì)采用 3.13.2m 若取空塔速度為 1.0 m /s，則塔徑為 2.4m。 5.2.25.2.2 填料面積填料面積 f=g/kp(m2) 式中 g需吸收

33、的水量，kg/h; k干燥速度系數(shù)，kg/（m2hk pa） p干燥推動力，k pa。 干燥水量：g=756.3-1.28=764.02 kg/h 干燥速度（或吸收速度）系數(shù)：k=aw0.8 式中：a常數(shù)，視硫酸濃度 m/s 及填料特征而定； w氣體空塔速度，m/s。 據(jù)南京化學(xué)工業(yè)公司氮肥廠 1953 年測定： 使用 50 50 5 拉西環(huán)亂堆時(shí)，k 拉=0.211w0.8 kg/（m2hk pa） 上海硫酸廠測得：k 拉=0.326w0.8，kg/（m2hk pa） 林甸磷肥廠 1978 年測定矩形填料的 k 值：k 拉 =2.58w0.8 kg/（m2hk pa） 將氣速 0.6 m/s

34、 代入： k 拉=0.211 0.60.8=0.14w0.8 kg/（m2hk pa） 或 k 拉=0.326 0.60.8=0.22w0.8 kg/（m2hkpa） k 拉=2.58 0.60.8=1.72w0.8 kg/（m2hkpa） 干燥推動力p 的計(jì)算： 干燥推動力的計(jì)算，應(yīng)是塔的進(jìn)出口處的氣體水分分壓與液面水分分壓之差， 來求出塔的干燥推動力，為簡化計(jì)算和考慮誤差允許，采用下法計(jì)算： 入塔壓力=100.83-5.884=94.94 k pa 出塔壓力=100.83-7.06=93.77 k pa 入塔氣體水蒸汽分壓：p1= = 0.06469 k pa 4 . 615 5 . 42

35、 32.101 94.94 出塔氣體水蒸汽分壓：p2= = 0.000113 k pa 9 . 572 07 . 0 32.101 97.93 p =(p1-p2)/(2.3lgp1/p2) =(0.06469-0.000113)/(2.3lg0.06469/0.000113)98.06651.0kpa 干燥面積:f1=764.02/(0.22 1)=3521.6m2 f2=764.02/(0.14 1)=5443.6m2 f3=764.02/(1.72 1.0)=444.2m2 從計(jì)算結(jié)果看出，由于操作條件和填料性能不同，主要是填料性能的不同， 需要的填料面積相差 712 倍，故采用新型填料

36、可以大大強(qiáng)化填料塔。實(shí)際證 明，采用拉西環(huán)，以塔截面計(jì)，每平方米、每小時(shí)只生產(chǎn)半噸硫酸；采用矩形 填料，每平方米、每小時(shí)則可以生產(chǎn) 2 3t 硫酸。為考慮習(xí)慣性、為今后挖潛 增加的要求，本設(shè)計(jì)采用 f=5443 m2 。應(yīng)該看到折射保守的，今后應(yīng)逐步過渡 按新填料性能來設(shè)計(jì)塔，這里主要是為了掌握計(jì)算方法及與老塔的吻合。 5.2.3 填料體積 選用尺寸為 50mm 的瓷質(zhì)矩鞍填料為干燥層,則需填料體積 v 填為: v 填 =f/ = 5443/120 45.4m3 5.2.4 塔高 在填料層高度確定后，其它部位的高度均根據(jù)裝配和工作空間高度來決定， 本干燥塔具體尺寸為： 下氣室(包括進(jìn)氣、出酸管

37、)高度 2500mm 分酸管、槽高度 2000 mm 球拱（或磚拱）高度 400 mm 捕沫器與空間高度 1000 mm 填料層高度 5700 mm 全塔總高度 12200 mm 布酸層高度 600 mm 塔容積=0.7853.2212.2=109.2m3；氣體停留時(shí)間=109.2/4.66=23.4s 5.2.5 塔殼 因干燥塔操作壓力接近與大氣壓力，故不需要進(jìn)行強(qiáng)度計(jì)算，只要塔殼厚 度滿足施工時(shí)的設(shè)備剛度要求即可。按石油煉廠設(shè)備之計(jì)算和設(shè)計(jì)介紹。 對于直徑大于 1000 mm 的直徑設(shè)備，在不用加強(qiáng)措施時(shí)，其殼體厚度 s 一般用 下式計(jì)算：s0.001+0.4 cm 塔殼直徑 d=320+

38、24=344 cm（24 cm 為襯砌層厚度） s0.001344+0.4=0.744cm，故取塔壁厚度為 8 mm 1.塔殼環(huán)悍縫的對口錯邊量 b110%s 且 b1 不大于 3 mm，所以 b10.18 mm，即 0.8 mm 2.塔殼縱悍縫的對口錯邊量 b220%s 且 b2 不大于 6 mm，所以 b20.28 mm，即 1.6 mm 6.主要設(shè)備一覽表 表表 4.4. 設(shè)備一覽表設(shè)備一覽表 設(shè)備名稱規(guī)格型號數(shù)量/臺 回轉(zhuǎn)式干燥窯q235 1 沸騰爐 v=620m31 廢熱鍋爐 f=13721 電除塵器 f=50 間冷器 f=10502 干吸塔內(nèi) 4900 3 濃酸循環(huán)槽q235 1

39、轉(zhuǎn)化器 f=748.44m21 脫氣塔q235 1 安全封硬 pvc 1 7.車間人員定置 表表 5.5. 人員定置人員定置 序號職能名稱配置班數(shù)每班人數(shù)合計(jì) 1管理212 2化料326 3操作224 4分析化驗(yàn)212 5動力監(jiān)控212 6包裝224 7檢修224 8環(huán)保212 共計(jì)26 8.經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo) 表表 6.6.投資表投資表 序號項(xiàng)目金額(萬元) 1土建,水電,消防,通風(fēng),空調(diào),工具130 2貯槽,高位槽,澄清槽10 3反應(yīng)器8 4結(jié)晶器6 5離心通風(fēng)機(jī)10 6旋風(fēng)分離器13 7噴霧干燥器56 8靜電除塵器6 9揚(yáng)液器2 10過濾器5 11螺桿泵3 表表 7.7.技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)表技術(shù)經(jīng)濟(jì)

40、指標(biāo)表 序號項(xiàng)目計(jì)算單位設(shè)計(jì)指標(biāo) 1產(chǎn)品價(jià)格元/噸4800 2規(guī)模噸/年1000 3年工作日天300 4總收率%92 5車間定員人26 6消耗萬元/年3000 7建筑及占地面積m2100 8產(chǎn)值萬元/年4000 9利稅萬元/年640 10投資回收期年 35 11折舊年限年12 9.廠房布置及水電要求 9.1 廠房設(shè)計(jì)要求 簡單合理,利于生產(chǎn)的運(yùn)行原料倉,生產(chǎn)區(qū),化驗(yàn)室,輔助生產(chǎn)區(qū),控制室及成 品倉 9.2 廠址的選擇 鑒于硫酸的各種危害,廠址應(yīng)選在農(nóng)村,并遠(yuǎn)離生活區(qū),地勢較低之處；應(yīng)選 擇交通運(yùn)輸方便之處；應(yīng)選擇能源有保障,電力供應(yīng)穩(wěn)定之處；有良好的工程地 質(zhì)。 9.3 總布局主要應(yīng)該滿足三個

41、方面的要求 9.3.1 布局要求 保證徑直和短捷的生產(chǎn)作業(yè)線,并盡可能避免交叉和迂回,使各種物料和運(yùn) 輸距離最短,同時(shí)將水電消耗很大的車間盡量集中,形成負(fù)荷中心,并使其與原料 來源靠近,減少輸送距離。 9.3.2 安全要求 硫酸有很強(qiáng)的腐蝕性，其生產(chǎn)工藝的污染主要來自冶煉煙氣,所以廠區(qū)應(yīng)充 分考慮按照國家排放標(biāo)準(zhǔn)合理安全布局,確保安全環(huán)保生產(chǎn)。 9.3.3 發(fā)展要求 廠區(qū)布置要求有較大的彈性,對于工廠的發(fā)展變化有較大的適應(yīng)性,隨著市 場需求的變化,廠區(qū)規(guī)模、人員定置等有可變性、靈活性。 9.4 水電汽要求 9.4.1 水 冶煉煙氣制酸過程中產(chǎn)生的硫酸廢水通常具有色度大。酸度高的特點(diǎn)，其 主要危

42、害物質(zhì)是硫酸，亞硫酸，礦塵，砷，氟等多金屬離子，廢水如直接排入 江河將嚴(yán)重污染水體。因此，要盡量減少廢水排放量，按照國家有關(guān)排放標(biāo)準(zhǔn) 執(zhí)行。 9.4.2 電 根據(jù)所設(shè)計(jì)裝置的爆炸危險(xiǎn)性選用相應(yīng)等級的電器設(shè)備,照明燈具和儀表 9.4.3 汽 采用廢氣部分循環(huán)流程,在對流加熱干燥中,若廢氣的濕含量不太高,而溫度 又不太低的情況下,可將部分廢氣經(jīng)加熱后與干燥介質(zhì)一起通入干燥器中,這樣 既提高熱效率,又降低單位能耗 10.安全環(huán)保 10.1 對人體器官的毒害作用 10.1.1 硫酸對皮膚的傷害作用 對皮膚有強(qiáng)烈的腐蝕作用。 10.1.2 冶煉硫酸煙氣對呼吸道,眼部的毒害作用 制酸的煙氣對人體呼吸道黏膜

43、受損,致使人體呼吸困難,嚴(yán)重是會導(dǎo)致人窒 息身亡。同時(shí)也刺激人的眼部使其流淚，對人的視網(wǎng)膜有一定程度的損害，嚴(yán) 重影響人的視覺器官。 10.1.3 硫酸車間有害物的最高允許范圍 表表 8.8.硫酸車間有害物最高允許濃度硫酸車間有害物最高允許濃度 序有害物名稱最高允許范圍 1 二氧化硫 15 mg/m3 2 三氧化硫或硫酸蒸汽 2 mg/m3 3 一氧化碳 30 mg/m3 4 二氧化硒 0.1 mg/m3 5 三氧化二砷及五氧化二砷 0.3 mg/m3 6 氟化氫及氟化物 1 mg/m3 7 氨 30 mg/m3 8 鉛煙 0.03 mg/m3 9 硫化氫 10 mg/m3 10 五氧化二釩煙

44、 0.1 mg/m3 11 五氧化二釩塵 0.5 mg/m3 12 礦塵或礦灰 10 mg/m3 13 石棉粉塵 2 mg/m3 14 玻璃棉或礦渣棉粉塵 5 mg/m3 15 作業(yè)場所氣溫 35 16 作業(yè)場所相對濕度 70% 17 作業(yè)場所噪音 85 db(a) 90 db(老企業(yè)) 10.2 環(huán)境管理 10.2.1 防灰塵 噴霧干燥器內(nèi)排出的廢氣經(jīng)錐部中央管通過旋風(fēng)分離器由離心通風(fēng)機(jī)直接 排入大氣,會造成空氣污染,應(yīng)用靜電除塵器配套使用,凈化后排空。 10.2.2 防滲透 廢液的滲透會造成周圍河流的污染,因此保持沉淀池的嚴(yán)密性防滲透是必要 的。 10.2.3 防泄漏 液料需輸送至干燥器，若采用常規(guī)離心泵輸送,固填料箱的經(jīng)常泄漏會造成 污染。采用真空及壓縮空氣輸送液料可防止泄漏。真空及壓縮空氣輸送料液 應(yīng)將排放尾氣進(jìn)行凈化。從環(huán)保角度考慮,采用液下泵輸送液料有一定作用。 車間各操作點(diǎn)應(yīng)鋪設(shè)花崗巖或輝綠巖地坪,除做到防滲防漏工作外并需裝有 足夠的地下回收池,以充分回收廢水,杜絕外流 10.2.4 改革工藝設(shè)備 改革工藝設(shè)備是加強(qiáng)環(huán)境管理的積極措施。例如:以負(fù)壓代替正壓;以連續(xù) 代替間歇,在設(shè)備撒謊能夠革除手工操作,采用自動化、連續(xù)化、機(jī)械化等高效 設(shè)備。 10.2.5 加強(qiáng)