科技學(xué)院-硫留餾2設(shè)計(jì)集07創(chuàng)新性說明

1、目錄1. 工藝方案創(chuàng)新11.1 MVR 結(jié)晶工藝11.2MVR 結(jié)晶技術(shù)原理11.3MVR 蒸汽再壓技術(shù)的應(yīng)用22.CO2 超臨界熱泵技術(shù)應(yīng)用. 42.1 熱泵技術(shù)42.2 熱泵技術(shù)工作原理42.3超臨界熱泵技術(shù)53.亞硫酸銨鼓泡氧化塔創(chuàng)新63.1 亞硫酸銨氧化塔設(shè)計(jì)63.2 新型專利的. 63.3 反應(yīng)工藝條件73.4 反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱84新型固液輸送泵的. 114.1 技術(shù)背景. 114.2 工作原理. 114.3優(yōu)勢. 125.新型耐腐蝕換熱管的. 135.1 傳統(tǒng)換熱管弊端135.2 換熱管原理135.3 技術(shù)優(yōu)勢141. 工藝方案創(chuàng)新本項(xiàng)目的產(chǎn)品為利用未達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)的含硫煙氣運(yùn)用氨法

2、脫硫的技術(shù)，年產(chǎn) 4.8 萬噸硫酸銨和年產(chǎn) 12 萬噸。產(chǎn)品結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，增強(qiáng)了抗風(fēng)險(xiǎn)能力。本項(xiàng)目共分為四個(gè)工段，分別是二氧化硫捕集工段，亞硫酸銨氧化工段，MVR 結(jié)晶工段和1.1 MVR 結(jié)晶工藝MVR 結(jié)晶工藝在該項(xiàng)目過程中接受由上一工段來的硫酸銨溶液，經(jīng)抽真空、預(yù)熱后進(jìn)入奧斯陸結(jié)晶器，含硫酸銨晶體的溶液進(jìn)入離心設(shè)備進(jìn)行固液分離，分離得到的硫酸銨進(jìn)入捕集工段。干燥室干燥后裝袋。母液一部分回流增加硫酸銨濃度，一部分回流至母液槽。由蒸發(fā)結(jié)晶器頂部出來的蒸汽經(jīng)壓縮機(jī)壓縮后，與一部分生蒸汽混合后作為熱源預(yù)熱原料，達(dá)到節(jié)約生蒸汽目的。圖 1-1 反應(yīng)精餾塔模型1.2MVR 結(jié)晶技術(shù)原理MVR 結(jié)晶技術(shù)的

3、原理是溶液在一個(gè)降膜蒸發(fā)器里，通過物料循環(huán)泵在加熱管內(nèi)循環(huán)。初始蒸汽用新鮮蒸汽在管外給熱，將溶液加熱沸騰產(chǎn)生二次蒸汽，產(chǎn)生的二次蒸汽由渦輪增壓風(fēng)機(jī)吸入，經(jīng)增壓后，二次蒸汽溫度提高，作為加熱熱源進(jìn)入加熱室循環(huán)蒸發(fā)。正常啟動(dòng)后，渦輪壓縮機(jī)將二次蒸汽吸入，經(jīng)增壓后變?yōu)榧訜嵴羝?，就這樣源源不斷進(jìn)行循環(huán)蒸發(fā)。蒸發(fā)出的水分最終變成冷凝水排出多效蒸發(fā)過程中，蒸發(fā)器某一效的二次蒸汽不能直接作為本效熱源，只能作為次效或次幾效的熱源。如作為本效熱源必須額外給其能量，使其溫度(壓力)提高。蒸汽噴射泵只能壓縮部分二次蒸汽，而 MVR 蒸發(fā)器則可壓縮蒸發(fā)器中所有的二次蒸汽.從蒸發(fā)器出來的二次蒸汽，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮，壓力、溫

4、度升高，熱焓增加，然后送到蒸發(fā)1器的加熱室當(dāng)作加熱蒸汽使用，使料液維持沸騰狀態(tài)，而加熱蒸汽本身則冷凝成水。這樣，原來要廢棄的蒸汽就得到了充分的利用，回收了潛熱，又提高了熱效率，生蒸汽的經(jīng)濟(jì)性相當(dāng)于多效蒸發(fā)的 30 效。為使蒸發(fā)裝置的制造盡可能簡單和操作方便，經(jīng)常使用單效離心再壓縮器，也可以是高壓風(fēng)機(jī)或透平壓縮器。這些機(jī)器在 1：1.2 到 1：2 壓縮比范圍內(nèi)其體積流量較高。對于低的蒸發(fā)速率，也可用活塞式壓縮機(jī)、滑片壓縮機(jī)或是螺桿壓縮機(jī)。 蒸發(fā)設(shè)備緊湊，占地面積小、所需空間也小。又可省去冷卻系統(tǒng)。對于需要擴(kuò)建蒸發(fā)設(shè)備而供汽，供水能力，場地不夠的現(xiàn)有工廠，特別是低溫蒸發(fā)需要冷凍水冷凝的場合，可以

5、收到既節(jié)省投資又取得較好的節(jié)能效果。1.3MVR 蒸汽再壓技術(shù)的應(yīng)用對于硫酸銨結(jié)晶工段，普通的結(jié)晶技術(shù)一般為蒸發(fā)結(jié)晶，誘導(dǎo)結(jié)晶，大都存在能耗過高，所以本項(xiàng)目采用 MVR 蒸汽再壓縮技術(shù)，以蒸發(fā)出來的蒸汽作為工作介質(zhì)，經(jīng)壓縮機(jī)壓縮提高蒸汽品位，作為熱源利用蒸汽潛熱預(yù)熱原料，此技術(shù)除了第一次加入熱介質(zhì)后，不會(huì)再消耗其他能量，大大節(jié)約了能耗。圖 1-2 三效蒸發(fā)技術(shù)對比了三效蒸發(fā)技術(shù)和MVR 結(jié)晶技術(shù)，可以發(fā)現(xiàn)MVR 結(jié)晶技術(shù)的優(yōu)勢，如下圖所示：表 1-1MVR 蒸汽再壓縮技術(shù)前后對比結(jié)果2采用熱 MVR 蒸汽再壓縮技術(shù)，雖然多一個(gè)壓縮機(jī)，一個(gè)換熱器，以及真空泵的能耗，但是任由一定的節(jié)能效果?？梢詫?/p>

6、需要冷凝的二次蒸汽通過壓縮再次利用，以替代新鮮蒸汽，不但避免了使用新鮮蒸汽，而且徹底摒棄了冷卻塔，大大降低了運(yùn)行費(fèi)用，真正做到了環(huán)保節(jié)能，節(jié)水，節(jié)約費(fèi)用。具有結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行平穩(wěn)，自動(dòng)化程度高的特點(diǎn)。通過對比可以發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過本團(tuán)隊(duì)的在該工段創(chuàng)新使用 MVR 蒸汽壓縮技術(shù)，節(jié)能效率達(dá)到 132%。3項(xiàng)目三效蒸發(fā)MVR 在壓縮技術(shù)消耗蒸汽量 Kg/h6035.21500操作溫度/10370操作壓力/bar0.50.25壓縮機(jī)負(fù)荷/kW/702總能耗/kW38621667.5節(jié)能132%2. CO2 超臨界熱泵技術(shù)應(yīng)用本團(tuán)隊(duì)再設(shè)計(jì)時(shí)為充分利用過程中的熱量，真正達(dá)到降低能耗，節(jié)約資源的目的，在二氧化碳捕集

7、工段應(yīng)用超臨界熱泵技術(shù)。2.1 熱泵技術(shù)熱泵是一種制熱裝置，該裝置以消耗少量電能或能為代價(jià)，將環(huán)境中蘊(yùn)含的大量免費(fèi)熱能或生產(chǎn)過程中的無用低溫廢熱變?yōu)闈M足用戶要求的高溫?zé)崮?，熱泵的工即熱泵獲得的有用熱能總是大于所消耗的電能或能，而用燃燒加熱或電加熱等裝置制熱時(shí)，獲得的熱能一般小于所消耗的電能或的燃燒能，這是熱泵與普通加熱裝置的根本區(qū)別，也是熱泵制熱最明顯的優(yōu)點(diǎn)。熱泵按其工作原理可分為蒸汽壓縮式熱泵、吸收式熱泵、化學(xué)熱泵、蒸汽噴射式熱泵、熱電熱泵等。其中，蒸汽壓縮式熱泵也稱為機(jī)械壓縮式熱泵，其主要特點(diǎn)是利用電或內(nèi)燃機(jī)等動(dòng)力機(jī)械驅(qū)動(dòng)壓縮機(jī)使工質(zhì)在熱泵中循環(huán)并發(fā)生狀態(tài)變化，實(shí)現(xiàn)熱泵的連續(xù)高效制熱。2.

8、2 熱泵技術(shù)工作原理熱泵系統(tǒng)的工作原理與制冷系統(tǒng)的工作原理是一致的。要搞清楚熱泵的工作原理，首先要懂得制冷系統(tǒng)的工作原理。制冷系統(tǒng)（壓縮式制冷）一般由四部分組成：壓縮機(jī)、冷凝器、節(jié)流閥、蒸發(fā)器。其工作過程為：低溫低壓的液態(tài)制冷劑（例如氟利昂），首先在蒸發(fā)器（例如空調(diào)室內(nèi)機(jī)）里從高溫?zé)嵩矗ɡ绯乜諝猓┪鼰岵饣傻蛪赫魵?。然后制冷劑氣體在壓縮機(jī)內(nèi)壓縮成高溫高壓的蒸氣，該高溫高壓氣體在冷凝器內(nèi)被低溫?zé)嵩矗ɡ缋鋮s水）冷卻凝結(jié)成高壓液體。再經(jīng)節(jié)流元件（毛細(xì)管、熱力膨脹閥、電子膨脹閥等）節(jié)流成低溫低壓液態(tài)制冷劑。如此就完成一個(gè)制冷循環(huán)。熱泵的性能一般用制冷系數(shù)（COP 性能系數(shù)）來評價(jià)。制冷系數(shù)的定

9、義為由低溫物體傳到高溫物體的熱量與所需的動(dòng)力之比。通常熱泵的制冷系數(shù)為 3-4 左右，也就是說熱泵能夠?qū)⒆陨硭枘芰康?3 到 4 倍的熱能從低溫物體傳送到高溫物體。所以熱泵實(shí)質(zhì)上是一種熱量裝置，工作時(shí)它本身消耗很少一部分電能，卻能從環(huán)境介質(zhì)（水、空氣、土壤等）中提取 4-7 倍于電能的裝置，溫度進(jìn)行利用，這也是熱泵節(jié)能的原因。歐美日都在競相開發(fā)新型的熱泵。據(jù)報(bào)導(dǎo)新型的熱泵的制冷系數(shù)可 6 到 8。如果這一數(shù)值能夠得到普及的話，這4意味著能源將得到更有效的利用。熱泵的普及率也將得到驚人的提高。2.3超臨界熱泵技術(shù)在工段，塔所需要的溫度較高，采用普通的工質(zhì)的熱泵循環(huán)會(huì)導(dǎo)致COP 較低，熱泵效率不

10、高，但是本身就可以作為一種制冷工質(zhì)，近年來由于二氧化碳作為天然工質(zhì)，對環(huán)境無害性逐漸受到人們的重視。同時(shí) C02 絕熱指數(shù)大，因此壓縮機(jī)排的臨界溫度很低，只有 311，因此二氣溫度較高，比較適合產(chǎn)生較高的溫度。氧化碳循環(huán)必然在接近或超過臨界點(diǎn)的區(qū)域運(yùn)行，在超臨界壓力下具有比熱大、導(dǎo)熱系數(shù)高、動(dòng)力黏度小的特點(diǎn)。由于工質(zhì)的蒸發(fā)溫度較高，所以整個(gè)熱泵循環(huán)將為超臨界C02 循環(huán)，因此可以用C02 熱泵對流程的富液預(yù)熱，并對解吸塔提供 105的高溫?zé)崮?。圖 2-1超臨界熱泵技術(shù)由于工段需要大量的生蒸汽，故采用熱泵技術(shù)以達(dá)到節(jié)能的目的，本廠有具有前熱泵設(shè)計(jì)中可選用的循環(huán)工質(zhì)有 HCFCS、副廠品二氧碳，并

11、且超臨界HCS、 HFCS、天然工質(zhì)、混合工質(zhì)等幾類。本文選取 C02 作為工質(zhì)，這是由于 C02 作為天然制冷工質(zhì)，除了對環(huán)境無害，還具有較高的絕熱指數(shù)，較低的黏度，較好的傳熱性能等優(yōu)點(diǎn)，因此能產(chǎn)生較高的溫度，保證解吸所需高溫?zé)崮堋?3. 亞硫酸銨鼓泡氧化塔創(chuàng)新傳統(tǒng)的亞硫酸銨的氧化過程即是亞硫酸銨與氧氣結(jié)合生成硫酸銨的過程，低濃度的亞硫酸銨較容易氧化，具有較高的氧化速率，但在亞硫酸銨或硫酸銨濃度較高的溶液中，亞硫酸銨的氧化速率較低，受漿液溫度、值、比、氣液接觸面積、鹽濃度、氧氣溶解速率等多種因素影響。該項(xiàng)目在傳統(tǒng)的亞硫酸銨鼓泡氧化塔引入了一項(xiàng)新型專利，改變了傳統(tǒng)普通鼓泡塔氧化率低同時(shí)易出現(xiàn)返

12、混現(xiàn)象。3.1 亞硫酸銨氧化塔設(shè)計(jì)本團(tuán)隊(duì)在設(shè)計(jì)亞硫酸銨氧化塔之前，詳細(xì)了解了亞硫酸銨的氧化過程的影響主要包括溫度、pH、亞硫酸銨的初始濃度、空氣流量，硫酸銨的初始濃度等幾個(gè)方面。同時(shí)許多學(xué)者都得到了相對同樣的結(jié)論，即亞硫酸銨的氧化率隨其濃度的增大而降低，隨著硫酸銨濃度，隨氧氣濃度，溫度升高而提高，反應(yīng)最適 pH 值在 5-8 之間。該反應(yīng)器用于實(shí)現(xiàn)液相單相反應(yīng)過程和液液、氣液、液固、氣液固等多相反應(yīng)過程。器內(nèi)常設(shè)有攪拌（機(jī)械攪拌、氣流攪拌等）裝置。在高徑比較大時(shí)，可用多層攪拌槳葉。在反應(yīng)過程中物料需加熱或冷卻時(shí)，可在反應(yīng)器壁處設(shè)置夾套，或在器內(nèi)設(shè)置換熱面，也可通過外循環(huán)進(jìn)行換熱。反應(yīng)器的類型多

13、種多樣，按其結(jié)構(gòu)來分大致可以分為管式、釜式、塔式、固定床和流化床等類型。每種反應(yīng)器均有其自身的特點(diǎn)，選型時(shí)需要結(jié)合反應(yīng)器的特性進(jìn)行綜合分析，做出合理選擇，具體反應(yīng)器類型及特征。3.2 新型專利的通過莫建松等人的專利 CN103212348A一種亞硫酸銨的氧化裝置與工藝發(fā)明一種氧化高濃度亞酸銨的裝置，控制反應(yīng)物的pH 值在 7-8，反應(yīng)器頂部壓力控制在 0.01-0.3Mp，多孔板間距 2-5m，底部氧化風(fēng)管距底部 30-60mm，氧化率可達(dá) 99.9%。6圖 3-1 反應(yīng)器結(jié)構(gòu)簡圖1- 氧化反應(yīng)器；2-氧化風(fēng)機(jī)；3-多孔板；4-氧化風(fēng)管；5-來料漿液管道；6-加氨管道；7-漿液排出泵；8-壓力

14、表；9-空氣控制閥。裝置包括底部帶有漿液排出泵的氧化槽，還包括與所述氧化槽頂部連通的加氨管道，氧化風(fēng)管位于氧化槽下部，氧化槽內(nèi)布置若干層的多孔板。將亞硫酸銨漿液送入漿液槽中，加氨水調(diào)節(jié)亞硫酸銨漿液的 Ph 值為 8，再從氧化槽的頂部送入氧化槽中，所述亞硫酸銨漿液從氧化槽的頂部緩慢流向氧化槽的底部，氧化空氣經(jīng)氧化風(fēng)管射流成小氣泡進(jìn)入硫酸銨漿液中，再經(jīng)多孔板破碎后與硫酸銨漿液接觸進(jìn)行氧化反應(yīng)，氧化反應(yīng)結(jié)束后由漿液排出泵泵出。本發(fā)明能快速氧化高濃度硫酸銨溶液中亞硫酸銨，降低硫酸銨回收成本，氧化過程中不存在氨逃逸和二氧化硫逃逸。3.3 反應(yīng)工藝條件反應(yīng)器溫度：65進(jìn)料溫度：65 出料溫度：65 進(jìn)料漿

15、液 pH：8.2出料漿液 pH：6.8反應(yīng)器反應(yīng)壓力：1.1bar氧氣的進(jìn)料壓力：2.4bar氧氣進(jìn)料體積流量：1183.06m3/h液體進(jìn)料體積流量：19.01 m3/h7反應(yīng)器中的液體平均密度： L 1165.78 kg m ，液體的平均黏度：3.88875104 Pa s ，液體的平均表面張力：.007 N m ；反應(yīng)器中氣體的平LL，氣體的黏度： G .21152 10 Pa s 。5均密度： G .2033 kgm 33.4 反應(yīng)器的傳質(zhì)傳熱通過對比亞硫酸銨鼓泡氧化塔，發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)鼓泡塔反應(yīng)器內(nèi)的傳質(zhì)過程中，一般氣膜的傳質(zhì)阻力較小，可以忽略，而液膜傳質(zhì)的阻力的大小決定了傳質(zhì)速度的快慢。在

16、湍動(dòng)區(qū)操作時(shí)，液體的擴(kuò)散系數(shù)、液體性質(zhì)、氣泡當(dāng)量比表面積以及氣體表面張力等成為影響傳質(zhì)系數(shù)的主要。鼓泡床中由于氣泡的運(yùn)動(dòng)，床層中的液體劇烈擾動(dòng)。流體對換熱器壁的傳質(zhì)系數(shù)比自然對流傳熱系數(shù)大 10 余倍之多，通常它不成為熱交換中的主要阻力。本團(tuán)隊(duì)根據(jù)專利設(shè)計(jì)的亞硫酸銨鼓泡氧化塔，通過了應(yīng)器器工藝校核，反應(yīng)條件確定，反應(yīng)體積估算完畢后，選用倪瓊等人實(shí)驗(yàn)得到的宏觀反應(yīng)動(dòng)力學(xué)，通過COMSOLMultiphysics化學(xué)反應(yīng)工程模塊對其進(jìn)行擬合，模擬結(jié)果如下：圖 3-2 亞硫酸銨氧化反應(yīng)器濃度反應(yīng)體積關(guān)系8圖 3-3 亞硫酸銨氧化反應(yīng)器濃度停留時(shí)間關(guān)系其中 A 為亞硫酸銨；B 為氧氣；C 為硫酸銨?？?/p>

17、見在反應(yīng)時(shí)間為 6 小時(shí)時(shí)，反應(yīng)基本達(dá)到要求，繼續(xù)延長時(shí)間，反應(yīng)變化不大。由于在 COMSOL 的模擬過程中是以擬均相反應(yīng)，無需在考慮反應(yīng)反應(yīng)床層中的氣泡體積。反應(yīng)器尺寸確定后，用 COMSOL 模擬了硫酸銨在反應(yīng)器中的濃度變化，模擬結(jié)果如下：圖 3-4 反應(yīng)器中硫酸銨的濃度分布圖9通過本團(tuán)隊(duì)的模擬結(jié)果顯示，亞硫酸銨氧化鼓泡反應(yīng)器設(shè)計(jì)合理，氧化率達(dá)到96.65%。詳細(xì)設(shè)計(jì)見設(shè)備設(shè)計(jì)文檔。104新型固液輸送泵的4.1 技術(shù)背景目前市場上流水輸送泵種類繁多。但能夠通用一個(gè)種不同性質(zhì)流體，如粘稠、易結(jié)晶、含固體雜質(zhì)的泵不常見，對于流體輸送不同流體和輸送工藝通常要求采用不同類型的泵。如離心水泵、齒輪泵

18、等等，只能于一種或幾種流體傳輸，當(dāng)需要在不同場合和不同時(shí)段傳輸不同特性的流體時(shí)，如果實(shí)施更換泵，不僅需要準(zhǔn)備許多不同泵而且更換也是非常難以實(shí)現(xiàn)。本團(tuán)隊(duì)經(jīng)多方面研究，決定在 MVR 結(jié)晶車間采用新型固液輸送泵來實(shí)現(xiàn)本項(xiàng)目的實(shí)現(xiàn)要求。4.2 工作原理這種固液混合物輸送泵其特征在于：其包括分配器、混合裝置、供料槽、主體安裝、液體壓強(qiáng)機(jī)殼、液體壓強(qiáng)管道、散熱裝置、行路驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)、建模型運(yùn)動(dòng)輸送、中控箱、馬達(dá)驅(qū)動(dòng)控制、壓力輸送管道拖拉機(jī)所訴主體安裝架的一側(cè)設(shè)有拖拉架。另一側(cè)有要所述設(shè)有混合裝置。所述主體安裝架上安裝有驅(qū)動(dòng)器簡和液體油罐。所述馬達(dá)驅(qū)的上部設(shè)有控制系統(tǒng)。所述壓力輸送管，通過管道以后和裝置相連接。所述供料槽前端安裝有分派器。所述拖拉機(jī)下側(cè)設(shè)有接地輪。圖 4-1 固液輸送泵結(jié)構(gòu)圖114.3優(yōu)勢通過本團(tuán)隊(duì)研究發(fā)現(xiàn)本實(shí)用新型