年產(chǎn)10萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計

1、第一章綜述1.1 概述聚丙烯PP具有相對硬度大,密度小,抗拉伸性能好,透明度高,抗應(yīng)力開裂和耐化學(xué)性能好,耐高溫,并具有極好的注塑性能,可以與其他材料共混改性等優(yōu)點(diǎn),因此PP的應(yīng)用范圍越來越廣,而且在2003年中國已經(jīng)超過美國成為世界上最大的PP市場.PP主要用于生產(chǎn)纖維編織,注塑制品,薄膜,片材,板材,電纜及護(hù)套料,吹塑制品以及管材等,具有廣泛的應(yīng)用前景.1.2 聚丙烯成核劑工業(yè)的概述聚丙烯PP是合成樹脂中的相當(dāng)重要的品種,開展前景十分廣闊.聚丙烯PP具有機(jī)械性能好,無毒,密度小,耐高溫,耐化學(xué)品,加工成型方便等優(yōu)點(diǎn),并且價格廉價,能通過加工改性賦予其突出的物理機(jī)械性能,在取代工程塑料時可優(yōu)

2、先考慮聚丙烯,PP的用量占全球通用合成樹脂的1/4左右,是五大通用合成樹脂中用量增速最快新品種研究最活潑的品種.PP具有無毒、耐熱、耐化學(xué)藥品、相對密度低、容易加工、成型力學(xué)性能好等特性,而且丙烯原料豐富,且性價比高,被廣泛地在建筑、化纖、化工、輕工等領(lǐng)域.1954年意大利的Natta教授合成具有高度立體規(guī)整性的聚丙烯,然后PP在1957年由意大利的Montecatini公司實(shí)現(xiàn)工業(yè)化以來,已經(jīng)成為通用合成樹脂中開展最快、品種最多的品種.1.3 我國聚丙烯成核劑工業(yè)的現(xiàn)狀隨著近些年來工業(yè)的快速開展和人民生活水平的提升,我國的成核劑市場開展很快,很多科研機(jī)構(gòu)和企業(yè)都在進(jìn)行成核劑的相關(guān)研究.蘭州石

3、化研究院在國內(nèi)率先開發(fā)出第一代DB皺核透明劑,然后繼續(xù)開發(fā)了第二和第三代DBSK核劑.此后還有許多企業(yè)進(jìn)行了成核劑的相關(guān)研究,并使技術(shù)不斷進(jìn)步.但與國外相比,我國科學(xué)研究根底薄弱,現(xiàn)階段國內(nèi)企業(yè)從事生產(chǎn)的時候還是借鑒國外的專利技術(shù),主要是由于國內(nèi)的研究機(jī)構(gòu)對成核劑的成核機(jī)理沒有完全摸清楚,雖然在努力追趕的過程中,但生產(chǎn)出來的產(chǎn)品與國外產(chǎn)品質(zhì)量還是有差距,導(dǎo)致我國生產(chǎn)的成核劑產(chǎn)品在出口方面情況不容樂觀.所以說我們要力爭上游,在成核劑對聚丙烯結(jié)晶形態(tài),性能和加工工藝等方面進(jìn)行更加深入詳細(xì)的研究,盡快形成自己的專利技術(shù),使自己的成核劑產(chǎn)品的性能能夠媲美國外產(chǎn)品.1.4 硫酸的幾種不同的生產(chǎn)工藝1.4

4、.1 以硫鐵礦含伴生硫鐵礦為原料硫鐵礦這種資源在我國一直就存在,從國家平安與經(jīng)濟(jì)開展的長遠(yuǎn)考慮,保持一定的硫鐵礦采礦選礦水平和硫鐵礦制取硫酸的水平是非常有必要的.由于受到各種因素的制約,建國以來我國有很長一段時間是應(yīng)用自有原料,即硫鐵礦生產(chǎn)硫酸.然而采用硫鐵礦生產(chǎn)硫酸具有其自身的局限性,主要表現(xiàn)為：(1)生產(chǎn)硫酸的技術(shù)本身比擬復(fù)雜,而且建設(shè)裝置的投資本錢較高；(2)硫鐵礦礦山的勘探、采選本錢較大；(3)我國硫鐵礦資源相比照擬分散,并且貧礦多、富礦少,平均采選本錢較高；(4)硫鐵礦的運(yùn)輸通常需要鐵路來實(shí)現(xiàn),偏遠(yuǎn)地區(qū)會限制其運(yùn)力.因此在合理應(yīng)用硫鐵礦資源的思路上應(yīng)該考慮如何能夠節(jié)約應(yīng)用,恰當(dāng)?shù)倪M(jìn)口

5、國外的硫資源.目前我國已經(jīng)是國際經(jīng)濟(jì)市場的重要組成局部,因此更加需要研究好、把握好國際市場,為長期開展硫酸工業(yè)爭取有利條件,硫鐵礦制硫酸起到了重要的平衡、調(diào)節(jié)作用.如果將硫鐵礦制硫酸變?yōu)榱蚧侵屏蛩?將大大刺激國際硫磺市場的消費(fèi)需求,保持現(xiàn)在的硫鐵礦采選水平而且能夠穩(wěn)步增長不僅有利于國家經(jīng)濟(jì)平安,并且能夠穩(wěn)定國際硫磺市場,反過來對我國的硫磺的進(jìn)口也有利,大體上對于穩(wěn)定我國的制酸工業(yè)發(fā)展有利.穩(wěn)定和開展硫鐵礦制取硫酸首要任務(wù)是開展硫鐵礦的采選水平和開展硫鐵礦制酸的技術(shù)水平和生產(chǎn)裝備的提升.1.4.2 以硫磺為原料從世界范圍硫磺的供、需關(guān)系來看,硫的供給根本上是能夠滿足現(xiàn)有市場對硫的需求.上從世紀(jì)9

6、0年代以來由于從石油和天然氣中回收硫磺數(shù)量的迅速增長,國際硫磺市場出現(xiàn)供大于求的態(tài)勢,硫磺價格走低.這時期我國正處于磷復(fù)肥高速開展時期,對硫酸需求量較大,單單用國內(nèi)的硫鐵礦為原料用來生產(chǎn)硫酸已滿足不了需求,而硫磺正是硫酸生產(chǎn)最好的原料：干凈、投入較小、效益好、方便大型化設(shè)置.采用國際市場的硫磺生產(chǎn)硫酸,以補(bǔ)充我國生產(chǎn)硫酸的原料的缺乏,促進(jìn)我國硫酸工業(yè)無論從產(chǎn)量上還是技術(shù)上都有了長足的開展.1.4.3 冶煉煙氣和其他原料冶煉煙氣主要是冶煉金屬時金屬礦中含有的硫轉(zhuǎn)化為二氧化硫煙氣,冶煉煙氣制取硫酸其實(shí)是企業(yè)的副產(chǎn)品,是冶金工業(yè)開展的產(chǎn)物.目前我國冶煉煙氣制取硫酸已經(jīng)得到高速開展,并且形成較大的生產(chǎn)

7、水平,其硫酸產(chǎn)量也穩(wěn)步增長.磷石膏、石膏是我國硫酸工業(yè)中潛在的硫資源,目前已有小批量生產(chǎn)的水平,但是近期大規(guī)模開展目前條件尚不成熟.“十一五期間,隨著煤制甲醇、煤制油、煤制天然氣及煤制烯爛等大型煤化工工程的推進(jìn),在煤化工行業(yè)中也有越來越多的硫磺回收裝置.將這些硫資源合理應(yīng)用勢在必行.第二章硫磺制取硫酸的工藝流程現(xiàn)如今,工藝上通常采用快速熔硫、機(jī)械過濾液硫、霧化焚硫技術(shù).現(xiàn)今多采用“3+1兩轉(zhuǎn)兩吸階段.并且使用中壓鍋爐回收焚硫階段產(chǎn)生的廢熱,運(yùn)用省煤器來利用轉(zhuǎn)化工序的廢熱.兩個裝置都能產(chǎn)生中壓過熱蒸汽.將經(jīng)過空氣凈化階段處理后的干燥、潔凈的空氣與處理后熔融態(tài)的硫在焚硫爐內(nèi)燃燒.產(chǎn)生高溫二氧化硫氣

8、體,通過余熱鍋爐使得氣體溫度降低到650680C,之后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器.本次設(shè)計采用了轉(zhuǎn)化工序經(jīng)過兩大步驟完成,第一次轉(zhuǎn)化通過一、二、三段觸媒,第二次通過第四段觸媒.一次轉(zhuǎn)化的三個階段全部采用外部換熱,二次轉(zhuǎn)換的一個階段采用空氣激冷的換熱方式.2.1 硫磺制取硫酸的特點(diǎn)以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸,爐氣不需要凈化,當(dāng)降溫至適宜溫度便可進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序,轉(zhuǎn)化后用酸吸收即可等到產(chǎn)品.此方法沒用廢渣、廢水的產(chǎn)生,流程簡易,投資較少.2.2硫磺制取硫酸工藝流程以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸的工藝流程主要有：原料的預(yù)處理、焚硫與轉(zhuǎn)化、枯燥及產(chǎn)品的輸出.用硫磺味原料來生產(chǎn)硫酸工藝流程的簡述如下：2.1.1 原料預(yù)處理工段原料預(yù)處理工

9、段通常包括硫磺的預(yù)處理和空氣的預(yù)處理.硫磺的預(yù)處理階段主要是為了將固體的硫磺通過加熱使之變?yōu)槿廴趹B(tài),之后將其進(jìn)行過濾處理以便于濾去原料硫磺中的雜質(zhì),從而能夠得到反響所需要的液態(tài)硫磺.空氣的預(yù)處理的主要目的是為了將空氣中所含有的水蒸氣進(jìn)行除去,通常將外界的空氣通過鼓風(fēng)機(jī)通入濃硫酸枯燥塔中,濃硫酸具有吸水性,能夠很好的將空氣中的少量水蒸氣吸收從而能夠得到枯燥的空氣.2.1.2 焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫轉(zhuǎn)化工段是整個以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸工藝中最為重要的組成局部.焚硫轉(zhuǎn)化工段包括兩大局部內(nèi)容,焚硫工序的主要目的是為了將原料預(yù)處理工段處理過的硫磺和空氣一起送入焚硫爐中進(jìn)行充分燃燒,燃燒后產(chǎn)生的二氧化硫氣體經(jīng)過降

10、溫后再送入轉(zhuǎn)化塔中.完成焚硫工序的主要設(shè)備是焚硫爐,通常為了是通入焚硫爐中的硫磺燃燒的更加充分,在焚硫爐中再增加二次空氣入口,使得在焚硫爐中沒有充分燃燒的微量硫磺與二次空氣做進(jìn)一步燃燒反響.轉(zhuǎn)化工序主要為了完成二氧化硫的催化氧化從而能夠生成三氧化硫.二氧化硫的催化氧化是在轉(zhuǎn)化塔中完成的,轉(zhuǎn)化塔中裝填的五氧化二鈾是加快反響進(jìn)程的催化劑.現(xiàn)如今通常將轉(zhuǎn)化塔中的催化劑分段設(shè)置,本設(shè)計中采用四段催化劑層.將在焚硫工序生成的高溫二氧化硫氣體經(jīng)過降溫至適宜溫度后通入轉(zhuǎn)化塔一段催化反響層,之后依次通入第二段和第三段反響層.在經(jīng)過前三段反響后產(chǎn)生的三氧化硫首先通入硫酸吸收塔.在第四段轉(zhuǎn)化后產(chǎn)生的三氧化硫也同樣

11、通入最終吸收塔.因在本設(shè)計中采用兩次轉(zhuǎn)化和兩次吸收,并且在轉(zhuǎn)化塔中分為前三段和最后一段轉(zhuǎn)換層分別完成催化氧化反響,通常將轉(zhuǎn)化和吸收流程簡稱為“3+1兩轉(zhuǎn)兩吸流程.2.1.3 吸收工段吸收工段主要是為了完成將轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的三氧化硫充分吸收生成產(chǎn)品硫酸.三氧化硫和水結(jié)合后能夠生成硫酸,然而在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)中通常是用濃硫酸來吸收三氧化硫來生成發(fā)煙硫酸.完成吸收工段的主要設(shè)備是吸收塔,在吸收塔上部進(jìn)行濃硫酸的噴淋,將三氧化硫在吸收塔的下部通入,與濃硫酸逆流接觸充分吸收生成發(fā)煙硫酸.產(chǎn)品輸出時可以依據(jù)市場所需的硫酸的濃度對發(fā)煙硫酸稀釋即可.2.3廢熱回收工藝為了使反響階段產(chǎn)生的熱量不被白白浪費(fèi)掉,可以

12、使液硫燃燒熱、轉(zhuǎn)化反響產(chǎn)生的熱量集中處理產(chǎn)生中壓過熱蒸汽.在焚硫爐的出口處設(shè)置余熱鍋爐產(chǎn)生中壓飽和蒸汽,將高溫過熱器配備在轉(zhuǎn)化塔的第一段,在轉(zhuǎn)化三段,進(jìn)入第一吸收塔之前設(shè)置省煤器,在轉(zhuǎn)化四段后設(shè)置省煤器和低溫過熱器.對于兩次轉(zhuǎn)化而言將中溫過熱器配備在第四段的出口.在整個的硫磺制取硫酸的過程中,硫磺和空氣反響產(chǎn)生二氧化硫、二氧化硫轉(zhuǎn)化為為三氧化硫、三氧化硫被吸收形成硫酸,這三個主體反響都是放熱反響.在不考慮裝置本身的散熱的前提下,上述三個反響所釋放的熱量在理論上是可以完全回收利用的.在焚硫轉(zhuǎn)化工段產(chǎn)生的廢熱占總體熱量的60%吸收工段的占40%然而在我國,由于國產(chǎn)化的制酸裝置廢熱回收的技術(shù)起步相對

13、較晚,在上世紀(jì)70年代時制酸裝置中廢熱回收存在裝置只能回收高溫廢熱,而且廢熱回收裝置會經(jīng)常發(fā)生事故等缺陷.之后我國在引進(jìn)國外先進(jìn)的制酸技術(shù)和生產(chǎn)裝置后,廢熱回收的狀況得到明顯的改善.在焚硫轉(zhuǎn)化工段中,廢熱鍋爐、省煤器和過熱器為主要的廢熱回收裝置.通常將廢熱鍋爐設(shè)置在焚硫爐的后端,目前較多的采用火管鍋爐.在轉(zhuǎn)化工段通常配備有省煤器和過熱器.由于吸收工段的廢熱品級較低,所以回收的技術(shù)相對較復(fù)雜.上世紀(jì)80年代以后,我國自主研發(fā)了以下幾種回收低溫廢熱的技術(shù)和方法.A.用熱的脫鹽水來升高進(jìn)入除氧器的水溫,這樣能夠降低蒸汽消耗.B.生產(chǎn)的熱水供給到居民生活區(qū),讓居民有效的利用C.生產(chǎn)熱水供給到其他的生產(chǎn)

14、裝置中第三章物料衡算3.1設(shè)計要求:設(shè)計任務(wù)：年產(chǎn)10萬噸硫酸的制備;年生產(chǎn)日：按300天計算;生產(chǎn)原料：以硫磺為原料;尾氣排放形式：生產(chǎn)過程中含硫尾氣以二氧化硫的形式排放到大氣中；吸收標(biāo)準(zhǔn)：依據(jù)?大氣污染物的綜合排放國家標(biāo)準(zhǔn)?(GB16297-1996)之規(guī)定,限定二氧化硫的最高排放標(biāo)準(zhǔn)為960mg/n3,吸收率不小于99.5%;建廠地址：湖南省長株潭地區(qū).3.2 物料衡算3.2.1 物料衡算的緣由(1)根據(jù)下達(dá)的任務(wù)書中所確定的方案、產(chǎn)品的的生產(chǎn)規(guī)模、年運(yùn)行時間和具體的操作方法.(2)在本次設(shè)計中所涉及的主要化學(xué)反響式、投料的比例、轉(zhuǎn)化率、總收率、選擇性、催化劑的狀態(tài)以及催化劑是否能夠回收

15、利用.(3)原料的進(jìn)料方式、產(chǎn)品的輸出別離方式、每一工段的轉(zhuǎn)化率和回收率.(4)特殊化學(xué)物質(zhì)的物性參數(shù),例如熔沸點(diǎn)、飽和蒸汽壓等.3.2.2 衡算任務(wù)這次設(shè)計的任務(wù)為年產(chǎn)10萬噸硫酸的生產(chǎn),生產(chǎn)方式為連續(xù)化生產(chǎn),物料衡算的主要任務(wù)為：(1)確定硫酸的實(shí)際生產(chǎn)質(zhì)量,最終產(chǎn)品的規(guī)格和指標(biāo)；(2)確定空氣和硫磺的消耗量,硫酸的最終收率；(3)確定最終的“三廢排放量；(4)各個工段的物料衡算,并以此數(shù)據(jù)來進(jìn)行主題運(yùn)行設(shè)備的設(shè)計與選型；(5)制作總物料衡算表,數(shù)據(jù)可以用來完成后續(xù)的物料流程圖的繪制.3.3 每個工段的物料衡算3.3.1 硫磺燃燒工段的物料衡算本次設(shè)計的任務(wù)為年產(chǎn)10萬噸硫酸的生產(chǎn),產(chǎn)品硫

16、酸的濃度為98.8%,因而硫酸的13722.22Kg/h年產(chǎn)量t1000100000100098.8%30024生產(chǎn)日24以一小時為基準(zhǔn),因硫磺和硫酸中硫原子的個數(shù)比為1:1,那么由硫酸的質(zhì)量為13722.22Kg,可以推算出理論上需要的硫磺的質(zhì)量為4667.42Kg.然而實(shí)際原料中,因硫磺中還含有雜質(zhì),取硫磺的含量為96%那么所需硫磺的質(zhì)量為：y?M硫磺?MIVI硫酸13722.223296%984667.42Kg3.3.2轉(zhuǎn)化工段的物料衡算在第二章中我們已經(jīng)詳細(xì)的對硫磺制取硫酸工藝過程中各個參數(shù)和物性指標(biāo)都得到了優(yōu)化,現(xiàn)利用這些數(shù)據(jù)進(jìn)行詳細(xì)的計算.(1)標(biāo)準(zhǔn)通氣量有上述計算可知硫酸的產(chǎn)量為

17、13722.22Kg/h,在第二章經(jīng)論證決定在轉(zhuǎn)化工段進(jìn)氣組成中,二氧化硫的濃度定為9%氧氣的濃度定為8.6%,總轉(zhuǎn)化率為99.5%,吸收率為0.99975.進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的氣量以一小時為基準(zhǔn),那么有標(biāo)準(zhǔn)通氣量y22.498x?13722.2222.4980.9550.999750.09_335033.97m3/h1564.02Kmol進(jìn)入第一段轉(zhuǎn)化器的溫度為420C,負(fù)壓為10Kpa,那么實(shí)際通氣量273tt100000100000H出2734201000001564.02273100000100003505.11Kmol爐氣成分:SQ的量4SQ的含量1564020.0914076Kmol900

18、876KgO2的量V標(biāo)Q的含量1564020.08613406Kmol430418KgN2W量V標(biāo)VSO2VO15640214Q761340612892Kmol依據(jù)已有的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn),一般冷激氣體是氣體總量的16%fc右可以計算出爐氣的分配表,見表3-2表3-2爐氣的分配比氣體進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段爐氣/Kmol冷激爐氣/Kmol二氧化硫140.7622.52氧氣134.0621.45氮?dú)?289.2206.27合計1564.02247.36(2)物料衡算這次設(shè)計使用兩轉(zhuǎn)兩吸方案,轉(zhuǎn)化以“3+1模式分四段進(jìn)行,第一次轉(zhuǎn)化有三段,第二次轉(zhuǎn)化只有一段.通入轉(zhuǎn)化器的時候,二氧化硫的濃度為9%氧氣的濃度為8.6%,

19、第一段轉(zhuǎn)化率為60%第二段為80%第三段為90%第四段也就是最終轉(zhuǎn)化率到達(dá)99.5%?第一次轉(zhuǎn)化時：SO2的含量140.7610.656.30Kmol；SO3的含量140.760.684.46Kmol；O2的含量134.0684竺91.83Kmol；2N2的含量1289.2Kmol.?第二次轉(zhuǎn)化時：SO2的含量140.7610.828.15Kmol；SO3的含量140.760.8112.61Kmol；112.61O2的含重134.0677.76Kmol；2N2的含量1289.2Kmol.?第三次轉(zhuǎn)化時：SO2的含量140.7610.914.08Kmol；SO羽含量140.760.9126.68

20、Kmol；O2的含量134.06126.6870.72Kmol；2N2的含量1289.2Kmol.?第四次轉(zhuǎn)化時：SO2的含量140.7610.9950.70Kmol；SO3的含量140.760.995126.680.920.41Kmol；140.06O2的含重134.0664.03Kmol；2N2的含量1289.2Kmol.在第二次吸收時,二次吸收的總吸收率可以到達(dá)99.975%.出口氣體組成如表3-3所示表3-3出口氣體組成成分表氣體二氧化硫三氧化硫氧氣氮?dú)鈿饫?kmol0.720.4164.031289.2百分比%0.05090.14854.64993.5083.3.3吸收工段的物料衡算

21、1.第一吸收塔所需工藝水及硫酸的量98.3%硫酸去第四轉(zhuǎn)化段N2O2SO2SO3硫酸水溶液工藝水圖3-1第一吸收塔物料衡算簡圖上圖為吸收工段第一吸收塔的流程簡圖,由圖可以計算出硫酸和工藝水的用量.(1)硫酸的使用量的計算三氧化硫的總物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)化工段第一、第二、第三階段的產(chǎn)生的三氧化硫的總和.nSO3總nSO31nSO32nSO3384.46112.61126.68323.75Kmol由反響式SO3H2OH2sO4,那么有:nH2so4產(chǎn)生Hh2o需要nSO3總323.75Kmol那么反響所產(chǎn)生硫酸的質(zhì)量為31727.5Kg,所需水的質(zhì)量為5827.5Kg.吸收所需要的濃度為98.3%的硫酸的

22、質(zhì)量mH2SO43342794.118Kg2198.3%那么第一吸收塔出口處硫酸混合液的質(zhì)量為m昆mH2SO498.3%叫2SO4產(chǎn)生mH2O消耗34279411831727.55827.536869412Kg(2)工藝水的計算設(shè)所需水的量為X,那么由下式98.3%342794.11898.3%31727.5x368694.12解得所需工藝水的量為6376.4Kg02.第二吸收塔所需的硫酸級工藝水的計算98.3%硫酸放六第一,吸收SO2O2N2SO3塔硫酸溶工藝水圖3-2第二吸收塔衡算示意圖上圖為吸收工段第二吸收塔的流程簡圖,由圖可以計算出硫酸和工藝水的用量.(2)硫酸的使用量的計算三氧化硫的

23、總物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)化工段第一四階段的產(chǎn)生的三氧化硫的總和.批3總03414.64Kmol由反響式SO3H2OH2SO4,那么有：2SO4產(chǎn)生也.需要豆總14.64Kmol那么反響所產(chǎn)生硫酸的質(zhì)量為1434.72Kg,所需水的質(zhì)量為263.52Kg.吸收所需要的濃度為98.3%的硫酸的質(zhì)量mH2SO42著1550176Kg1 98.3%那么第一吸收塔出口處硫酸混合液的質(zhì)量為m昆mH2sO498.3%mH2sO4產(chǎn)生mH2O消耗15501.1761434.72263.521667296Kg(2)工藝水的計算設(shè)所需水的量為x,那么由下式15501.17698.3%1434.7298.3%x16672.9

24、6解得所需工藝水的量為287.75Kg03.3.4物料衡算表上述各個工段的物料衡算見表3-4所示表3-4各個工段的物料衡算匯總表進(jìn)料出料工段物料名稱組成質(zhì)量或體積物料名稱組成質(zhì)量或體積硫磺燃燒工段硫磺96%4667.42Kg二氧化硫9%140.76Kmol氧氣21%274.76Kmol氧氣21%134.06Kmol氮?dú)?8%1289.2Kmol氮?dú)?8%1289.2Kmol轉(zhuǎn)化工段二氧化硫9%140.76Kmol二氧化硫0.051%0.7Kmol氧氣21%134.06Kmol三氧化硫0.149%20.41Kmol氮?dú)?8%1289.2Kmol氧氣4.65%64.03Kmol氮?dú)?3.51%12

25、89.2Kmol吸收工段工藝水6376.4Kg硫酸混合液368694.12Kg工藝水287.75Kg硫酸混合液16672.96Kg第四章熱量衡算4.1 熱量衡算的依據(jù)熱量衡算主要圍繞熱力學(xué)第一定律來進(jìn)行,即能量守恒定律.然而在本設(shè)計中具體計算中,還需要參照化工熱力學(xué)中的熱力學(xué)定律,以及查閱無機(jī)化學(xué)和化工工藝手冊中的物性參數(shù)等綜合來完成熱量衡算.4.2 確定熱力學(xué)參數(shù)本設(shè)計中所涉及物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)見表3-1所示:表3-1物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)一覽表物質(zhì)溫度/K2986.657277.17236.7167.82927.3298-296.8-300.1248.239.9298-395.7-371.1256

26、.850.72988.680205.15229.42988.670191.60929.1298-285.83-237.17869.9175.2914.2.2等壓熱容各個工段的熱量衡算可以依據(jù)等壓熱容的定義式(式4-1)計算CpABTCT2DT3(4-1)表4-2參與反響物質(zhì)的Cp一覽表物質(zhì)ABCD氧氣6.713-8.79E-074.17E-06-2.54E-09二氧化硫5.6971.60E-02-1.19E-053.17E-09三氧化硫7.5861.72E-02-1.89E-055.27E-09氮?dú)?.44-3.24E-036.40E-06-2.79E-094.3 計算依據(jù)4.3.1 衡算數(shù)據(jù)

27、在本設(shè)計中,焚硫爐所需要的氧氣的物質(zhì)的量為140.02Kmol;轉(zhuǎn)化器所需要的氧氣的物質(zhì)的量為134.06Kmol,由于氧氣的來源為空氣凈化車間,因此在輸送氧氣時后續(xù)工段所需要的氧氣都是在凈化之后全部先通入焚硫工段.那么氧氣的通入量為274.08Kmolo氮?dú)獾奈镔|(zhì)的量一直為1289.2Kmol.進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的三氧化硫的物質(zhì)的量為140.76Kmol.(注：以上數(shù)據(jù)都是以一小時為基準(zhǔn))4.3.2 計算過程依據(jù)在本設(shè)計中涉及到了換熱設(shè)備,其遵循平衡方程式Q1Q2Q3Q4Q5(4-2)式中：Q1進(jìn)入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量,Kj;Q2反響過程的熱效應(yīng),Kj;Q3離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量,Kj;Q4加

28、熱或冷卻設(shè)備時所消耗的熱量,Kj;Q5裝置向外界所散失的熱量,Kj.4.4 每個工段的熱量衡算4.4.1 焚硫工段(1) Q的計算(進(jìn)入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量)Q1nCpT(4-3)通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-3所示：表4-3物質(zhì)的Cp一覽表溫度A氧氣B氮?dú)?40c6.7046.997單位為j/mol?K每種物質(zhì)所帶入的熱量的計算Q1A274.086.704140273758859.584KjQib1289.26.9971402733725479.88KjQ1Q1AQ1B758859.5783725479.8

29、84484339.43Kj計算時忽略雜質(zhì)的Q1.（2） Q的計算反響過程的熱效應(yīng)焚硫工段的過程的熱效應(yīng)為在焚硫爐內(nèi)的熱效應(yīng).通常以0c為基準(zhǔn)來進(jìn)行反響過程的熱量衡算.在反響過程中難免會有副反響的發(fā)生,然而副反響的存在對整個過程的熱量衡算來說幾乎可以忽略不計.每次都只計算主反響的熱量,對于副反響那么忽略.查化學(xué)工程手冊可以得到在25c時各個物質(zhì)的生成始見表4-4所示表4-4物質(zhì)的生成始一覽表溫度A硫磺B氧氣C二氧化硫25C277.070-296.8單位為Kj/mol.由生成始的計算式T2HnCpdT4-4T1焚硫工段所發(fā)生的反響為S.2燃燒SQ.那么在140c時硫的生成始為H140.021402

30、523.7381624.51Kj在140c時二氧化硫的生成熱為H140.021402539.9642481.77KjQ2HsHSO2381624.54642481.771024106.31Kj（3） Q的計算離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量在焚硫爐內(nèi)硫磺與氧氣充分燃燒生成二氧化硫,此時還有氮?dú)夂脱鯕獾氖Ｓ?此反應(yīng)為放熱反響,但焚硫爐內(nèi)的溫度一直保持在140c左右.Q3nCpT4-5通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-5所示:表4-5物質(zhì)的Cp一覽表溫度A氧氣B二氧化硫C氮?dú)?40c6.70410.5076.997單位為j/

31、mol?K各物質(zhì)的Q的計算Q3a140.026.704140273387680.655KjQ3b140.7610.507140273610812.677KjQ3c1289.26.9971402733725479.88KjQ3Q3AQ3bQ3c387680.6553725479.88610812.6774723973.21Kj其中雜質(zhì)的Q忽略不計.（4） Q4Q5的計算QiQ2Q3Q4Q5Q4Q5QiQ2Q3(4-6)由式4-6可以計算Q4Q5的值為3485846.1Kj.（5） .2轉(zhuǎn)化工段的計算轉(zhuǎn)化工段的反響式為SO2.2催化劑SO3（1） Q1的計算(進(jìn)入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量)QinCp

32、T(4-7)通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-3所示：表4-6物質(zhì)的Cp一覽表溫度A氧氣B氮?dú)釩二氧化硫430c6.7147.3567.356單位為j/mol?K每種物質(zhì)所帶入的熱量的計算Qia274.086.7144302731293641.7KjQ1B1289.27.9984302736666798.7KjQic140.767.98943027379045.74KjQ1Q1AQ1BQ1c8750977.14Kj計算時忽略雜質(zhì)的Q1.（2） Q2的計算反響過程的熱效應(yīng)轉(zhuǎn)化工段的過程的熱效應(yīng)為在轉(zhuǎn)化塔內(nèi)的熱效應(yīng).通

33、常以0c為基準(zhǔn)來進(jìn)行反響過程的熱量衡算.在反響過程中難免會有副反響的發(fā)生,然而副反響的存在對整個過程的熱量衡算來說幾乎可以忽略不計.每次都只計算主反響的熱量,對于副反響那么忽略.查化學(xué)工程手冊可以得到在25c時各個物質(zhì)的生成始見表4-7所示表4-8物質(zhì)的生成始一覽表溫度A二氧化硫B氧氣C三氧化硫25C-296.80-395.7單位為Kj/mol.由生成始的計算式T2HnCpdT4-8T1那么在430c時二氧化硫的生成始為H140.764302539.92274611.22Kj在430c時二氧化硫的生成熱為H140.764302550.72890295.46KjQ2HSO3HSC25164906

34、.68Kj（3） Q3的計算離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量在焚硫爐內(nèi)二氧化硫催化氧化為三氧化硫,此時還有氮?dú)夂脱鯕獾氖Ｓ?此反響為放熱反響,但焚硫爐內(nèi)的溫度一直保持在430c左右.Q3nCpT4-9通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-5所示:溫度A氧氣B二氧化硫C氮?dú)釪三氧化硫430c6.7147.9897.35612.152表4-9物質(zhì)的Cp一覽表單位為j/mol?K各物質(zhì)的Q的計算Q3a64.036.714430273302217.886KjQ3b0.77.9894302733931.387KjQ3c1289.27.

35、3564302736666798.71KjQ3d140.7612.1524302731202497.41KjQ3Q3aQ3bQ3cQ3d8175445.39Kj其中雜質(zhì)的Q忽略不計.（4） Q4Q5的計算Q1Q2Q3Q4Q5Q4Q5Q1Q2Q3(4-10)由式4-10可以計算Q4Q5的值為5740438.43Kj.（5） .3吸收工段的熱量衡算吸收工段的反響式為nSO3H2OH2SO4n1SO3Q1Qi的計算進(jìn)入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量Q1nCpT4-11通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-11所示：表4-11物質(zhì)的C

36、p一覽表溫度A氧氣B二氧化硫C氮?dú)釪三氧化硫150C6.71310.5857.00411.874單位為j/mol?K每種物質(zhì)所帶入的熱量的計算Q1A70.726.713150273202112.441KjQ1B123.6810.585150273567203.999KjQ1C1289.27.0041502733819502.53KjQid126.6811.874150273636275.889KjQiQiaQibQiCQiD5223798.86Kj計算時忽略雜質(zhì)的Q1.2Q2的計算反響過程的熱效應(yīng)Q2nfH4-12由式4-12可得吸收工段的熱效應(yīng)為Q288126.6814.64Kj14193.

37、23Kj（3） Q3的計算離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量在吸收塔內(nèi)三氧化硫被硫酸吸收生成硫酸產(chǎn)品,此時還有氮?dú)夂脱鯕獾氖Ｓ?此反應(yīng)為放熱反響,但焚硫爐內(nèi)的溫度一直保持在150c左右.Q3nCpT4-13通常用0c作為反響的標(biāo)準(zhǔn).Cp的計算Cp的計算可以應(yīng)用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算,經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp見表4-12所示：表4-12物質(zhì)的Cp一覽表溫度A氧氣B二氧化硫C氮?dú)釪三氧化硫150C6.71310.5857.00411.874單位為j/mol?K各物質(zhì)的Q的計算Q3A64.386.713150273182813.38KjQ3b0.710.5851502733133.92KjQ3c1289

38、.27.0041502733819502.53KjQ3d14.6411.87415027373532.36Kj其中雜質(zhì)的Q忽略不計.（4） Q4Q5的計算Q1Q2Q3Q4Q5Q4Q5Q1Q2Q3(4-10)由式4-10可以計算Q4Q5的值為1159009.9Kj第五章主要設(shè)備的設(shè)計與選型在以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸的裝置中,焚硫和轉(zhuǎn)化是最為重要的關(guān)鍵流程.雖然現(xiàn)有的生產(chǎn)技術(shù)和運(yùn)行裝置都相比照擬先進(jìn),然而當(dāng)在實(shí)際的工業(yè)化生產(chǎn)中更加需要進(jìn)一步的技術(shù)革新,同時更加應(yīng)該與時俱進(jìn),時刻遵循“環(huán)境保護(hù)和“節(jié)能減排這兩大主旨.在本次設(shè)計中,重點(diǎn)對焚硫轉(zhuǎn)化工段中的主要設(shè)備進(jìn)行詳細(xì)闡述,這樣可以更加直接、方便的指導(dǎo)硫

39、酸的實(shí)際生產(chǎn).5.1 熔硫工段包括原料準(zhǔn)備工段空氣凈化工段的主要設(shè)備有空氣鼓風(fēng)機(jī),熔硫工段的主要配備有輸送機(jī)、熔硫槽、過濾助慮槽、液體硫磺過濾器、液硫貯槽、精硫槽、硫磺泵等,主題管道采用夾套管.以下對主要的設(shè)備進(jìn)行簡述.5.1.1 空氣鼓風(fēng)機(jī)空氣鼓風(fēng)機(jī)是以硫磺生產(chǎn)硫酸的比擬關(guān)鍵的設(shè)備之一,其運(yùn)行是否良好直接關(guān)系到此工藝的穩(wěn)定性和連續(xù)性,也是開車階段最為重要的限制部位.評價一臺鼓風(fēng)機(jī)的性能是否良好,除了要看它是否滿足工藝條件,還要綜合其是否能長期運(yùn)行和有良好的操作彈性,另外還需考慮其本錢低、噪聲小等因素.大型鼓風(fēng)機(jī)主要有離心式和軸流式兩種類型.由于軸流式鼓風(fēng)機(jī)的結(jié)構(gòu)相對復(fù)雜,造價、安裝本錢較高,

40、因而在國外生產(chǎn)硫酸的裝置中一般采用離心式空氣鼓風(fēng)機(jī).空氣鼓風(fēng)機(jī)的驅(qū)動方式有電驅(qū)動和蒸汽驅(qū)動兩種方式.蒸汽驅(qū)動使用的設(shè)備是背壓式蒸汽透平直接驅(qū)動鼓風(fēng)機(jī),蒸汽是用設(shè)備在運(yùn)行時附帶產(chǎn)生的中壓過熱蒸汽.優(yōu)點(diǎn)是直接利用了一局部生產(chǎn)裝置所產(chǎn)生的蒸汽,使得另一部分的蒸汽送入發(fā)電系統(tǒng)進(jìn)行發(fā)電,這樣減少發(fā)電機(jī)組的負(fù)荷和整個硫酸生產(chǎn)裝置的用電負(fù)荷.雖然蒸汽驅(qū)動方式的裝置本錢比電驅(qū)動方式的本錢高,但是綜合總的投資效益,這種方式的選擇是合理的.5.1.2 液體硫磺泵在熔硫工段的設(shè)備中,液體硫磺的輸送擬選用屏蔽泵.熔融態(tài)的硫磺輸送時溫度在140c左右,為了不產(chǎn)生主軸密封滲油現(xiàn)象,采用屏蔽泵型式.5.1.3 液體硫磺過濾

41、器本次設(shè)計使用臥式葉片液體硫磺過濾器.熔融態(tài)的硫磺中摻雜硅藻土一起進(jìn)入臥式葉片過濾器,在葉片過濾網(wǎng)外表上形成硅藻土濾餅層,到達(dá)標(biāo)準(zhǔn)的液體硫磺在葉片框架內(nèi)流動,最后一起輸出.每次在一定時間清理硅藻土濾餅層時,在頂蓋配備的自動液壓將頂蓋翻開,葉片框架直接能移出設(shè)備的外面,當(dāng)在處理濾餅的時候,清理完畢后,自動放進(jìn)設(shè)備和頂蓋關(guān)閉.該設(shè)備具有結(jié)構(gòu)緊湊,過濾效果好的優(yōu)點(diǎn).5.2 焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫轉(zhuǎn)化工段的主要設(shè)備有焚硫爐、熱力設(shè)備主要包括過濾器、廢熱鍋爐、省煤器等、轉(zhuǎn)化塔、熱熱換熱器、冷熱換熱器.主題管道是用來輸送氣體,大局部管道是鋼板現(xiàn)場卷制或是直接購置的螺旋管.本次設(shè)計的焚硫爐內(nèi)部要配備耐火磚,換熱器

42、、熱力設(shè)備、轉(zhuǎn)化器和管道都需要保溫.5.2.1 焚硫爐硫磺和空氣燃燒的反響速率較快,焚硫爐的結(jié)構(gòu)相比照擬簡單,本設(shè)計使用臥式焚硫爐.用的最多的是噴霧焚硫爐.焚硫爐的構(gòu)造為最外層設(shè)置鋼殼,里面配備有二層隔熱磚,二層耐火磚.爐內(nèi)的硫磺噴槍使用高壓噴嘴型式,增設(shè)空氣導(dǎo)流裝置用以增強(qiáng)霧化效果.進(jìn)口枯燥空氣和霧化后液體硫磺同方向進(jìn)入焚硫爐爐內(nèi),爐子中部設(shè)有二次空氣以便燃燒更加充分.爐體上部設(shè)有遮雨棚,預(yù)防熱量的散失,支座為鞍式支座,設(shè)有固定支座和活動支座.圖5-1焚硫爐的結(jié)構(gòu)示意圖焚硫爐的燃燒水平的彈性較大,一般限制在12.5之間.在實(shí)際生產(chǎn)過程中,由經(jīng)驗(yàn)可得,容積為1m3的焚硫爐,大概能夠每天能夠燃燒

43、1t左右的硫磺,可以用來生產(chǎn)3t的硫酸.燃燒水平較高的焚硫爐一天可以燃燒2t的硫磺.但一般的規(guī)律顯示,大型爐水平偏大,小型爐的水平偏小.主要原因是爐體內(nèi)氣速和霧化情況不同造成的.5.2.2 轉(zhuǎn)化塔轉(zhuǎn)化塔是保證二氧化硫催化氧化為三氧化硫的核心設(shè)備.轉(zhuǎn)化塔長期在高溫環(huán)境下作業(yè),還要處理腐蝕性氣體在轉(zhuǎn)化塔的各個階段溫度的不同所產(chǎn)生的不同膨脹熱應(yīng)力.在各個轉(zhuǎn)化階段絕對不能允許有毒氣體的逸出,另外還要滿足最終的生產(chǎn)要求而到達(dá)一定的轉(zhuǎn)化率.因此,轉(zhuǎn)化塔需要綜合各個因素來選擇.目前轉(zhuǎn)化塔在結(jié)構(gòu)上有中央筒式結(jié)構(gòu)和積木式結(jié)構(gòu)兩種形式.中央筒式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化塔中設(shè)置兩個同心立式圓筒,內(nèi)部直接使用中央管,既可以支撐隔板和

44、催化劑的重量,又可以作為局部反響的氣體通道.積木式結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)化塔平地球冠蓋立式回筒形容器,內(nèi)部結(jié)構(gòu)為自下而上的假設(shè)干支撐柱和樁柱支撐隔板和格柵.以上兩種形式的轉(zhuǎn)化塔在國內(nèi)大型制酸裝置中都有所應(yīng)用.圖5-2轉(zhuǎn)化塔的結(jié)構(gòu)示意圖在轉(zhuǎn)化反響中,因在每一轉(zhuǎn)化階段需保持適宜的溫度,所以需要在反響時設(shè)置換熱設(shè)備來及時移走熱量使得反響順利進(jìn)行.通常采用兩種方法來到達(dá)換熱的目的一種是絕熱操作,這是通常普遍采用的方法.另外一種是恒溫操作,該方法受到反響設(shè)備體積的限制通常采用的較少.5.2.3 廢熱鍋爐廢熱鍋爐也是硫酸生產(chǎn)裝置中最為重要的設(shè)備之一,有時鍋爐發(fā)生故障是導(dǎo)致開車不順利的重要原因,因而性能良好的鍋爐是硫酸生產(chǎn)

45、工藝長期、平安運(yùn)行的必要條件.硫磺生產(chǎn)硫酸裝置中廢熱鍋爐有兩種形式,一種是火管鍋爐,另外一種是水管鍋爐.這兩種形式的鍋爐在國內(nèi)形成成熟的設(shè)計經(jīng)驗(yàn).在國內(nèi)的硫磺生產(chǎn)硫酸裝置中,大多采用火管鍋爐.火管鍋爐具有無爐氣滯留區(qū)、氣流分布均勻、能過承受較高的氣體壓力、不易發(fā)生局部腐蝕、平安可靠.火管鍋爐的管板采用繞性管板用以吸收火管的熱膨脹,為了減小管板和火管的焊縫應(yīng)力,在前管板增設(shè)特殊材料加以保護(hù).為了降低管板兩側(cè)的溫差應(yīng)力,可以采用特殊管套加以保護(hù).為了保證焊縫的可靠性,可以采用特殊的焊接形式.廢熱鍋爐有雙鍋殼單汽包和單鍋殼單汽包兩種形式,雙鍋殼單汽包造價高、占地較大,并且對煙氣的限制要求較高.因此一

46、般選用單鍋殼單汽包廢熱鍋爐.因焚硫爐出口爐氣的溫度較高.用來降低進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段的氣體溫度的高溫調(diào)控閥和高溫副線都需要內(nèi)襯,而在實(shí)際生產(chǎn)過程中因溫度較高其損耗也較嚴(yán)重.此時可以將焚硫爐的出口和廢熱鍋爐的進(jìn)口直接連接,把廢熱鍋爐直接分為兩段式,轉(zhuǎn)化器一段的高溫副線在廢熱鍋爐的兩端引出,此時閥門和管道的溫度易于限制,選用普通閥門和不銹鋼管段就能滿足生產(chǎn)要求.圖5-3第一廢熱鍋爐水管廢熱鍋爐結(jié)構(gòu)圖圖5-4第二廢熱鍋爐低溫過熱器結(jié)構(gòu)圖5.2.5 過熱器一般在轉(zhuǎn)化器一段爐氣出口設(shè)置高溫過熱器,由于爐氣的溫度較高,那么應(yīng)考慮高溫?zé)釕?yīng)力的影響.在硫磺生產(chǎn)硫酸裝置中,高溫過熱器有立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)和臥式懸吊管

47、內(nèi)襯結(jié)構(gòu).臥式懸吊管內(nèi)襯結(jié)構(gòu)的過熱器,爐氣進(jìn)口與轉(zhuǎn)化器的出口直接相連,底部配備有固定支座.立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)的過熱器設(shè)置為垂直煙道橫向沖刷式,外形為箱式結(jié)構(gòu),煙道流向是側(cè)進(jìn)上出.過熱器本身包括外殼、中溫過熱管束、高溫過熱管束、噴水降溫器和支座組成.將水平支撐蛇形螺旋翅片管結(jié)構(gòu)作為過熱器的受熱面,蒸汽的流向?yàn)樯线M(jìn)下出,正好與煙道氣逆流換熱,過熱器的管束安裝在其內(nèi)部的管板上,可以自由膨脹.高溫過熱器在進(jìn)口前煙道管道上設(shè)置有噴水降溫器,可以調(diào)節(jié)過熱蒸汽的溫度,噴水采用鍋爐給水,這種結(jié)構(gòu)的過熱器平安可靠、占地小.省煤器、高溫過熱器和低溫過熱器的換熱管和焊縫,既需要進(jìn)行100%勺超聲波探傷,還需要有1

48、00%勺渦流探傷檢驗(yàn).5.3 干吸工段5.3.1 干吸塔高效干吸塔系統(tǒng)是將高效填料塔、高效除霧器、高效分酸器、填料支承結(jié)構(gòu)形式與塔的尺寸、噴淋酸的噴淋密度等因素統(tǒng)一考慮,優(yōu)勢互補(bǔ),從而形成高效率、高強(qiáng)度吸收塔.用以到達(dá)最終的工藝要求.般使用干吸塔屬于塔結(jié)構(gòu)的范疇,塔體采用立式圓筒型結(jié)構(gòu),碳鋼內(nèi)襯耐酸磚,高鋁制耐酸瓷填料支撐結(jié)構(gòu),有的那么采用高開孔率、大跨度的耐酸高鋁瓷條梁干吸塔一般采用進(jìn)口網(wǎng)墊式或國產(chǎn)抽屜式金屬絲除霧器.第一吸收塔的酸的溫度高、顆粒較小、霧量大,為了預(yù)防后面的換熱設(shè)備不被損耗,可采用高效纖維除霧器,在第二吸收塔為了使尾氣能夠到達(dá)國家標(biāo)準(zhǔn),也采用高效纖維除霧器.圖5-6干吸塔的結(jié)

49、構(gòu)示意圖5.4 焚硫爐的設(shè)計和計算5.4.1 焚硫爐的根本性能包括：(1)耐高溫,能保證爐膛內(nèi)有足夠高的熱強(qiáng)度；(2)霧化效果較好；(3)隔熱效果較好,能保證焚硫爐的外側(cè)溫度低于60C；(4)耐腐蝕性能良好,不易堵塞；(5)消耗材料較少,制造與安裝方便.5.4.2 焚硫爐的設(shè)計根底本設(shè)計采用臥式噴霧式焚硫爐,爐體的大體結(jié)構(gòu)都比擬簡單,只有噴嘴的結(jié)構(gòu)相對較復(fù)雜.由于本設(shè)計在焚硫爐之前還設(shè)有鼓風(fēng)機(jī),那么噴嘴選用低壓噴嘴即可到達(dá)生產(chǎn)要求.圖5-7是焚硫爐的設(shè)計簡圖.圖5-7焚硫爐的設(shè)計簡圖5.4.3 焚硫爐的設(shè)計要求表5-1焚硫爐的主要工藝參數(shù)和特性爐膛操作溫度/c爐膛操作壓力/kPa霧化方式101

50、4140機(jī)械霧化2.32空氣流量/空氣溫度/c液流溫度/c設(shè)備外殼溫度/c35034103.5140<605.4.4 焚硫爐主體尺寸計算5.4.4.1 爐膛容積焚硫爐的爐膛容積,依照總的有效容積來計算,由式5-1所示;Q,、V(5-1)q式中:V焚硫爐的爐膛容積,吊Q焚硫爐的有效熱量,Kj/h;q爐膛容積熱強(qiáng)度,Kj/(m3h)5.4.3.2 容積熱強(qiáng)度當(dāng)焚硫爐的爐膛容積一定時,爐膛容積熱強(qiáng)度越高,焚硫爐的生產(chǎn)水平越大.但生產(chǎn)水平過大會使?fàn)t膛溫度超過正常的范圍,在操作上產(chǎn)生不利因素.如表5-2所示表5-2焚硫爐的容積熱強(qiáng)度爐型容積熱強(qiáng)度噴嘴形式臥式293000377000低壓噴嘴臥式24

51、0000380000低壓噴嘴臥式(古巴毛阿饃廠)515000機(jī)械噴嘴臥式(日本三井)670000機(jī)械噴嘴5.4.3.2硫磺燃燒時的熱效應(yīng)硫磺在焚硫爐內(nèi)的燃燒過程中,先是液態(tài)硫磺蒸發(fā),空氣與硫磺蒸氣混合,氣流中氧氣與硫磺發(fā)生反響,產(chǎn)生二氧化硫之后向外逸出,該反響是放熱反響.由熱對流和熱輻射向硫磺傳熱,使得硫磺繼續(xù)蒸發(fā)從而開始反響.液態(tài)硫磺在周圍的燃燒反響速率是以硫磺的蒸發(fā)速率為主要的限制因素的.采用提升霧化質(zhì)量、增大液態(tài)硫磺的蒸發(fā)外表積、增強(qiáng)空氣的湍流程度、提升空氣的溫度等都可以加速液態(tài)硫磺的蒸發(fā)速度.對改善和提升硫磺的燃燒速率起到重要作用.硫磺燃燒的熱效應(yīng)是焚硫爐的有效熱量,硫磺與氧氣燃燒的反

52、響式為S正交硫.2SO2H(5-2)QG?H(5-3)式中：Q-液流消耗量,Kg/h;H硫磺的燃燒熱,9282Kj/Kg;5.4.3.4 焚硫爐爐膛的容積由第三章物料衡算的結(jié)果可知,硫磺的消耗量為G=4667.42Kg/h,那么由式6-3可得：QG?H4667.42928243322992.4Kj/h本設(shè)計選用低壓噴嘴,查表5-2可得爐膛的容積帶入式5-1可得爐膛容積按式5-1可以計算爐膛容積V,熱強(qiáng)度取q=322500Kj/m3h,將Qq43322992.43134.33m3225005.4.3.4焚硫爐的長度和直徑焚硫爐的長度和直徑內(nèi)徑的比值是由焚硫爐的爐型和噴嘴的型式?jīng)Q定,算出焚硫爐的有

53、效容積后,根據(jù)所選定的爐型和噴嘴型式來決定焚硫爐的長徑比.常見的幾種焚硫爐的長徑比見表5-2所示：表5-2常見的幾種焚硫爐的長徑比爐型長徑比L/D備注臥式3.24低壓噴嘴臥式美國1.52.5低壓噴嘴臥式古巴毛阿饃廠2.75機(jī)械噴嘴臥式日本三井2.8機(jī)械噴嘴臥式及立式蓄熱型0.80.9硫化氫燃燒爐由上表選擇本設(shè)計的長徑比為L/D=3.6,那么由爐膛容積V,可由-D2?LV帶入數(shù)據(jù)解得D=3.6m,L=12.96mo5.4.3.5 進(jìn)氣和出氣孔徑的計算爐氣和枯燥空氣的流速依據(jù)20m/s計算,有物料衡算的數(shù)據(jù)可知,焚硫爐的進(jìn)氣量為9.73m3/s,出氣量為33.65m7s.由此可得進(jìn)氣口的截面積§GUi9.7320.49m20進(jìn)氣口的直徑d1,4S140.49八0.79m3.14出氣口的截面積S2-U233,6521.68m220出氣口的直徑d2,恪.4681.46m23.145.4.3.6 二次風(fēng)進(jìn)口口徑在低負(fù)荷操作條件下,爐膛的溫度較低,此時燃燒不夠充分,反響時間延長.設(shè)置二次風(fēng)的作用是能夠向焚硫爐中補(bǔ)充氧氣,并且能夠?qū)⒒鹧嫦驙t頭方向壓縮,促使燃燒反響完全,使得液態(tài)硫磺不會剩余.此時,爐口溫度高于爐膛溫度,調(diào)節(jié)二次風(fēng)的流量可以起到降溫