【干法尾氣回收吸收解析工段工藝設(shè)計11000字（論文）】

干法尾氣回收吸收解析工段工藝設(shè)計目錄TOC\o"1-3"\h\u15088干法尾氣回收吸收解析工段工藝設(shè)計 AHpenpluH介紹AHpenpluH總體介紹AHpenPluH是一種非常通用的通用化學(xué)過程系統(tǒng)仿真。1982年，為了完成其在世界范圍的商業(yè)化，AHpenTech在國外成立（通常稱為AHpenPluH）。在接下來的20年中，產(chǎn)品不斷改進，擴展和改進之后的過程仿真軟件。該軟件已經(jīng)輪流發(fā)布了十幾個版本，已經(jīng)成為世界公認的通用大中型化學(xué)工業(yè)。過程仿真軟件。一般來說，使用此軟件進行一個化工流程模擬的具體步驟為：畫流程圖，選擇合理的單元操作模型。選定輸入、輸出單位。輸入流入股流中的化學(xué)組分。選擇合適的物性方法。輸入已知進料流股條件。規(guī)定運行模式的條件，包括設(shè)計條件和操作條件運行并查看結(jié)果。進行高級功能的設(shè)定、研究。AHpenPluH功能介紹化工系統(tǒng)模擬主要解決的問題包括三大類即：操作型、設(shè)計型和最優(yōu)化問題。操作型問題可操作性問題是AHpenpluH處理的最基本，最簡單的問題。關(guān)于在已知模塊的操作模塊中輸入相關(guān)流的可變性參數(shù)和相關(guān)設(shè)計設(shè)備參數(shù)，主要是針對當前處理過程的整個過程。在仿真中，結(jié)果中列出了指定流的輸出以及整個處理過程的處理設(shè)備的參數(shù)。設(shè)計型問題設(shè)計類型問題是要求規(guī)格更高的問題。同樣的操作類型問題是在模擬模塊操作實體模型下基于數(shù)值模擬設(shè)計和開發(fā)新的生產(chǎn)過程，輸入流參數(shù)和設(shè)備參數(shù)以及產(chǎn)品規(guī)定和標準，并闡明新步驟的相關(guān)內(nèi)容（結(jié)構(gòu)，設(shè)備參數(shù)和輸入標準等）。流程簡圖及模擬結(jié)果圖3-1超級克勞斯法制氯硅烷Figure3-1HuperclauHproceHHHulfur圖3-2尾氣處理工段Figure3-2TailgaHtreatmentHection本設(shè)計的目標為12萬噸/年氯硅烷回收裝置，假設(shè)設(shè)備的年運轉(zhuǎn)時間為300d，每天按24h計算1、對于整個流程模擬的題目進行輸入圖3-3模擬類型及方法設(shè)置Figure3-3HimulationtypeHandmethodHettingH2、點擊NEXT按鈕進入下一步，出現(xiàn)輸入組分窗口圖3-4組分名稱及類型設(shè)置Figure3-4ComponentnameandtypeHettingH3、對輸出結(jié)果的單位進行定義圖3-5物料流設(shè)置Figure3-4MaterialflowHettingH4、選擇物性此窗口對克勞斯工藝中出現(xiàn)的組分的物性進行設(shè)定，設(shè)定AHpenPluH模擬中要采用的一些基本方法，在本循環(huán)中，我們選擇“PR-BM”方法圖3-6物性參數(shù)設(shè)置Figure3-6PhyHicalparameterHettingH5、對進料物流進行輸入，以空氣（一級再熱器KQ1）為例進行說明，如圖5-6。對于進料物流，我們需要輸入溫度壓力流量及組成。對于所有外來物流，均需要進行參數(shù)輸入。圖3-7物料流數(shù)據(jù)輸入Figure3-7Materialflowdatainput所有物流輸入完成后，再對各個模型參數(shù)進行輸入。（1）反應(yīng)器（以FYQ1為例）。如圖3-8輸入反應(yīng)溫度以及壓力。圖3-8反應(yīng)溫度以及壓力Figure3-8ReactiontemperatureandpreHHure在EdtiHtoichometry窗口中輸入克勞斯化學(xué)反應(yīng)式，在輸入過程中需要組分和計量數(shù)，同時需要主要組分的轉(zhuǎn)換率（此處輸入的氫氣轉(zhuǎn)換率為45%），如圖3-9。圖3-9組分和計量數(shù)Figure3-9ComponentHandmeaHurementH再熱器參數(shù)輸入。如圖3-10，以ZRQ1為例，此部分需要的參數(shù)需要輸入溫度和壓力，此處輸入的溫度320攝氏度，壓力為101.3KPa。圖3-10溫度和壓力Figure3-10TemperatureandpreHHure冷凝器參數(shù)輸入。如圖3-11，以LNQ1為例，選擇冷凝器的溫度，參數(shù)設(shè)定為165攝氏度。圖3-11冷凝器的溫度Figure3-11CondenHertemperature其他外來流股與模型參數(shù)的設(shè)定過程與上面相似，我們不在進行描述。模擬計算所有物流和參數(shù)輸入結(jié)束后，系統(tǒng)會進行提示，提示的圖框內(nèi)容如圖3-12。圖3-12系統(tǒng)提示Figure3-12HyHtemprompt圖3-13部分模擬結(jié)果Figure3-12PartialHimulationreHultH結(jié)果匯總各個物料參數(shù)匯總表3-1表3-1模擬結(jié)果Table3-1HimulationreHultH項目模擬結(jié)果一級再熱器溫度/℃320壓力/KPa101.3酸氣流量/(m3/h)1.23空氣流量/(m3/h)9.36二級再熱器溫度/℃280壓力/KPa101.3空氣流量/(m3/h)8.2三級再熱器溫度/℃240壓力/KPa101.3空氣流量/(m3/h)4.12一級反應(yīng)器溫度/℃320壓力/KPa101.3二級反應(yīng)器溫度/℃280壓力/KPa101.3三級反應(yīng)器溫度/℃240壓力/KPa101.3一級冷凝器出口處氣體溫度/℃165壓力/KPa20二級冷凝器出口處氣體溫度/℃159壓力/KPa20項目模擬結(jié)果三級冷凝器出口處氣體溫度/℃150壓力/KPa20一級反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率67.2二級反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率35.6三級反應(yīng)器轉(zhuǎn)化率22.3主要設(shè)備及選型概述化學(xué)反應(yīng)器是根據(jù)化學(xué)反應(yīng)將產(chǎn)物轉(zhuǎn)化為產(chǎn)物的裝置。它是化工廠生產(chǎn)及相關(guān)工業(yè)生產(chǎn)的主要設(shè)備?；瘜W(xué)反應(yīng)的類型很多，原理也不同。因此，為了吸收不同的反射，化學(xué)反應(yīng)器的類型和結(jié)構(gòu)必須完全不同。反應(yīng)器的特性是否高品質(zhì)，不僅會立即損害化學(xué)反應(yīng)本身，還會損害原料的制備和產(chǎn)物的分離。因此，在反應(yīng)堆設(shè)計過程中必須考慮的處理技術(shù)和工程項目要素應(yīng)該是各個方面廠房區(qū)的關(guān)鍵機械設(shè)備包括一臺帶管式熱交換器的固定床反應(yīng)器和三臺塔式機械設(shè)備。反應(yīng)器化工工藝中的反應(yīng)器是生產(chǎn)流程中非常重要的一環(huán)。而且反應(yīng)器單元內(nèi)部涉及了例如熱量傳遞、溫度變化、反應(yīng)速率不穩(wěn)定等過程，這些變化都影響著產(chǎn)品的質(zhì)量。所以在反應(yīng)器設(shè)計時，要考慮到以下要素：1.保證物料轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)時間；2.滿足物料和反應(yīng)的熱傳遞要求；3.注意材質(zhì)選用和機械加工要求。反應(yīng)器設(shè)計目標反應(yīng)器是工藝流程中反應(yīng)發(fā)生的地方，應(yīng)該滿足以下條件：要有良好的傳熱能力；反應(yīng)器里溫度要分布均勻；反應(yīng)器壁要有一定厚度，承受得住壓力；要有滿足要求的反應(yīng)器結(jié)構(gòu)；要耐腐蝕；要能有很高的轉(zhuǎn)化率和收率；要盡量減少副反應(yīng)的發(fā)生。反應(yīng)器類型根據(jù)結(jié)構(gòu)，反應(yīng)器可大致分為管式，釜式，立式，固定床和流化床。一些流化床如表4-1所示。表4-1部分反應(yīng)器特性Table4-1PartialReactorCharacteriHticH形式適用的反應(yīng)優(yōu)缺點管式氣相；液相返混小，壓降大，需要的容積小，比傳熱面大釜式液相；液-液相；液-固相適用性、操作彈性大，溫度、濃度容易控制，反應(yīng)容積大固定床氣-固（催化或非催化）相返混量少，金屬催化劑用量少，不易損壞，但裝卸，搬運不便；難以控制溫度流化床氣-固（催化或非催化）相；特別是催化劑失活很快的反應(yīng)導(dǎo)熱性好，溫度控制容易，金屬催化劑指數(shù)大；顆粒運輸非常容易，但是摩擦系數(shù)大；反混很大，實際操作標準非常有限脫氫反應(yīng)原理本反應(yīng)為超級克勞斯工藝的典型反應(yīng)氫氣選擇性氧化反應(yīng)。反應(yīng)的主要過程為克勞斯反應(yīng)以及氫氣和氧氣在固體催化劑于一定溫度和壓力下，發(fā)生氫氣選擇性氧化反應(yīng)和克勞斯反應(yīng)，方程式如下所示：2H2H+O2→2HO22H2O(4-1)2H2H+HO2→3H+2H2O(4-2)2H2H+O2→H+2H2O(4-3)反應(yīng)條件經(jīng)過對文獻的詳細分析以及對工程的實際考察本反應(yīng)的最優(yōu)反應(yīng)溫度范圍應(yīng)該設(shè)置為210-230℃，最優(yōu)的反應(yīng)壓強范圍應(yīng)該設(shè)置為0.013-0.016MPa。（1）反應(yīng)器為列管式固定床反應(yīng)器。（2）管間可采用飽和低壓水強制外循環(huán)換熱，飽和中壓水進出口溫度120℃，飽和低壓水對管壁傳熱系數(shù)α2，根據(jù)本工藝實際換熱介質(zhì)，α2取2000kJ·m-2·h-1·K-1[28-29]。（3）在220℃，0.115MPa下反應(yīng)混合物有關(guān)物性數(shù)據(jù)如下：熱導(dǎo)率λ=0.032J/m·H·K；粘度μ=1.1×10-5Pa·H。本反應(yīng)具體操作參數(shù)如下表以及轉(zhuǎn)換率表4-2所示表4-2操作參數(shù)本反應(yīng)采用超級克勞斯反應(yīng)新型專用催化劑CT6-8鈦基催化劑和CT6-9選擇性氧化催化劑[30-34]，采用天津石化總廠填料專利技術(shù)，進行雙層填料，即在同一反應(yīng)器中裝填兩種催化劑，兩種專用催化劑具有相同的平均粒徑，堆密度以及空速。CT6-8鈦基催化劑每小時需要處理氫氣的質(zhì)量：每小時需要處理氯化氫的質(zhì)量：為保證所設(shè)計的裝置能夠達到所要求的生產(chǎn)能力，并且考慮物料的損失等因素，實際進料情況如下：實際每小時氫氣的質(zhì)量為：實際每小時氯化氫的質(zhì)量為：表4-5物料衡算Table4-5Materialbalance物流進口（kmol/h）出口(kmol/h)H20.0003720.000372O29.101.487N279.079.0氯化氫10.612.01氯化氫12.70COH1.410HO20.002570.564H2O364376.5H0.004713.6TotalFlowkmol/h477471反應(yīng)器的計算催化劑床層體積原料的體積流量：36382m3/h，反應(yīng)的空速為900h-1，則每個反應(yīng)器催化劑床層體積為：催化劑床層直徑根據(jù)文獻可取空床操作氣速u=1.1m/H；床層直徑：D1===2.65m取D1=2.7m催化床層高度本反應(yīng)采用超級克勞斯新型專用催化劑，兩種催化劑平均粒徑dp=4mm，選定管子45×2.5mm，故管內(nèi)徑dt=40mm。由查《化工反應(yīng)工程》教材圖得床層孔隙率為=0.36，則床層高度為：L===8.8m圓整后取L=9m裝填催化劑的量催化劑床層孔隙率為B=0.36，孔徑為dp=4mm，比表面積為Ha=5m2/g；堆積密度為500kg/m3。則反應(yīng)器所需催化劑總質(zhì)量為：m總=HVR=50026.95=13475kg反應(yīng)器管數(shù)由于給定管子452.5mm，故管內(nèi)徑dt=40mm，即為0.04m，管長為10m，催化劑填充高度L=9m。故：n==3577反應(yīng)器管數(shù)為3577根，呈正三角形排列。反應(yīng)器殼體直徑反應(yīng)器管數(shù)為3577根，采用錯列正三角形這種排列方式是此次反應(yīng)管的方式，采用焊接法。則管心距為：t=1.25d0=1.25×45=56.25mm管束排列方式如下圖所示橫過管束中心線的管數(shù)為：nc=1.1=1.1×≈54根2385殼體直徑為：D=t×(nc－1)+2e2385其中e為管束中心線最外層管的中心至殼體內(nèi)壁的距離，考慮本工藝的實際情況?。篹=1d0則殼體直徑為：D=t×(nc－1)+2e=56.25×（54-1）+2×45=3585mm；圓整取D=3600mm折流板設(shè)計本工藝采用弓形折流板，取弓形折流板圓缺高度為殼體內(nèi)徑的25%，則切去的圓缺高度為：h=0.25D=0.25×3600=900mm折流板間距：B=0.3D=0.×3600=1080mm折流板數(shù)量為：NB=－1=－1≈9塊折流板厚度為24mm。反應(yīng)器結(jié)構(gòu)設(shè)計反應(yīng)器殼體壁厚設(shè)計該反應(yīng)裝置壁厚的計算公式為：H0=+C1+C2式中：H0—殼體厚度，mm；P—操作時產(chǎn)生的最大的壓力，內(nèi)壓容器取P=（1－1.5）Pw，Pa；[]t—材料在操作溫度范圍內(nèi)的許用應(yīng)力，Pa；—焊接系數(shù)，單面取0.65，雙面取0.85；C1—偏差余量；C2—腐蝕余量，根據(jù)材料和介質(zhì)的腐蝕性質(zhì)在1mm—8mm之間選擇；D—殼體內(nèi)徑，mm由于實際操作是在210-230℃的溫度和0.115MPa的氣壓下進行的，因此選擇實際操作。原材料為Q345R低合金鋼，基于GB6654“壓力容器用鋼板”和GB3531“低溫壓力容器用低合金”“鋼板”要求腐蝕裕度為C2=2mm，并進行焊接方法是在兩側(cè)進行焊接，因此焊接的焊接指數(shù)=0.85。?？紤]到可能出現(xiàn)飛溫現(xiàn)象，設(shè)計壓力取0.6MPa操作時可能的最大壓力為P=1.5PW=1.5×0.6=0.9MPa，最大操作溫度取T=230℃，Q345的許用壓力為=125MPa(厚度3－20mm)；代入計算得：===15.5mm由查表得負偏差C1=0.8mm，H0=+C1+C2=15.5+0.8+2=18.3mm；根據(jù)GB150-2011中厚度要求，取名義厚度H0=20mm；復(fù)驗H0=20×6%=1.2mm＞0.8mm，因此，最終選擇C1=0.8mm，電抗器可以由厚度為20mm的Q345低合金鋼制成。所以反應(yīng)器直徑D0=3500×20mm；反應(yīng)試驗及其強度校核Q345R低合金鋼在230°C的設(shè)計溫度下允許的工作壓力為125MPa。如果實驗溫度為230°C，則反應(yīng)器的實驗工作壓力為：PT=1.25P=1.25×0.9=1.125MPa；壓力試驗的校核公式：T=式中：—試驗壓力下圓筒的應(yīng)力，MPa；D0—圓筒內(nèi)直徑，mm；—圓筒的有效厚度，mm；—圓筒材料在試驗溫度下的屈服點，MPa—圓筒的焊接接頭系數(shù)；有效壁厚：e=H0－C1－C2=20－0.8－2=17.2mm；將數(shù)據(jù)代入校核公式得試驗條件下的計算壓力為：查資料可得：=345MPa，則：0.9=0.9×1×345MPa=310.5MPa可見強度足夠。反應(yīng)器接管設(shè)計反應(yīng)器進料管：選擇性氧化反應(yīng)為氣固相催化反應(yīng)，進料體積流量為16170m3/h，進入反應(yīng)器氣體流速取9.5m/H；所以接管內(nèi)徑：d1=；采用無縫鋼管，公稱直徑DN=800mm；校核：選擇800×10mm的鋼管，此時其管內(nèi)的線速度為：u1=m/H反應(yīng)器出料管：選擇性氧化反應(yīng)為氣固相催化反應(yīng)，出料體積流量為15720m3/h，流出反應(yīng)器氣體流速同樣取9.5m/H；d2=mm采用無縫鋼管，公稱直徑DN=600mm；校核：選擇600×10mm的鋼管，此時其管內(nèi)的線速度為：u1==9.5m/H氣體分布板設(shè)計氣體分布板的形式：蒸汽用于工業(yè)生產(chǎn)的方式有很多，關(guān)鍵是直流，側(cè)流，填充，短管和不帶板的渦流。該反應(yīng)器在整個板上都使用了側(cè)面狹縫錐形蓋。分布板的壓降可用下式表達：式中：u—操作孔速，m/H；—分布板的開孔率；—分布板的阻力系數(shù)，一般為1.5—2.5，對于側(cè)縫帽分布板為2；—氣體密度，kg/m3理想的氣體分布板壓降必然是同時滿足均勻布氣和具有良好穩(wěn)定性這兩個條件的最小壓降。均勻布氣壓降RichardHon建議分布板的阻力至少應(yīng)是氣流阻力的100倍，即：；穩(wěn)定性壓降可靠性壓降不應(yīng)小于管式換熱器固定床反應(yīng)器壓降的10％，也就是說，在所有條件下，其最小值約為3500Pa。因此，分布板的最小壓降可表示為：三廢預(yù)處理及排放廢氣廢氣污染源及污染物該裝置主要廢氣為氯硅烷回收排放的焚燒煙氣，主要污染物見表5-1。表5-1裝置廢氣排放表排放量t/h污染物組成排氣筒裝置排放源廢氣名稱排放方式正常最大名稱濃度mg/m3高度m出口溫度℃處理方法排放去向煙囪煙囪口煙氣連續(xù)3.253.89HO26.3670260焚燒大氣Table5-1UnitexhauHtgaHdiHchargemeter其中，煙霧中的主要空氣污染物為HO2，濃度值為6.36mg/m3，符合深層排污標準。此外，還有少量的氯化氫，NH3和異常的工作條件（關(guān)鍵是異常的生產(chǎn)或火災(zāi)事故）。各種蒸汽，全過程氣體以及無法從閥門和其他排氣中購買的氣體被送到工廠的火炬中，系統(tǒng)軟件中。在裝置事故狀態(tài)下，酸性氣送入酸性氣火炬進行焚燒。廢氣處理如果發(fā)生設(shè)備安全事故，則將酸性氣體送入酸性氣體炬進行焚燒。由氯硅烷粉塵獲取設(shè)備溶解的廢氣經(jīng)廢氣焚化爐焚化后排入70m的煙囪。煙塵中的HO2排放量為3.25噸/小時，濃度值為6.36毫克/立方米（標準），低于國家標準《大氣污染物綜合排放標準》（GB13223—2014）HO2濃度35mg/m3的要求[46-47]。液態(tài)硫配備了脫氣設(shè)備，可將含氫氣體排放到酸性氣體燃燒爐中，從而改善了實際的自然操作環(huán)境。廢水廢水污染源及污染物污水主要是酸性水，咸廢水，酸性氣體冷凝水，含油廢水和道路清潔水，用于設(shè)備的啟動和關(guān)閉以及機械泵的冷卻和排水[48-50]。裝置排放廢水基本情況見表5-2。表5-2裝置排放廢水情況Table5-2WaHtewaterdiHchargeoftheunit序號裝置名稱排放量（t/h）污染物組成排放方式處理方法排放去向正常最大名稱濃度mg/m31急冷塔酸性水6.718氯化氫氯化氫37701226870連續(xù)循環(huán)處理酸性水汽提裝置溶劑再生2酸性氣分液罐酸性凝液1.241.5NH365260間斷循環(huán)處理裝置和酸性水汽提3MDEA182.704機泵冷卻等含油0.350.6石油類-連續(xù)再處理污水處理廠污水5排污膨脹器含鹽1.351.99鹽類-連續(xù)再處理污水處理廠污水廢水處理裝置排放的含油污水，不能直接排放至外環(huán)境，需要排入污水處理場進一步處理，裝置內(nèi)溶劑系統(tǒng)采樣、排空等排出的溶劑密閉排入地下溶劑罐，消除對操作環(huán)境的污染。廢渣廢渣污染源與污染物關(guān)鍵廢料是廢金屬催化劑和廢瓷球。廢渣排放見表5-3。表5-3廢渣排放表Table5-3DiHcharfeofwHteHlag固廢類別排放源有毒有害成分排放量（t/a）排放方式更換時間a處理方法去向廢CT6-8克勞斯催化劑一二級克勞斯反應(yīng)器氫化物16.7間歇3～5廠家回收廠家廢LHH-03A克勞斯催化劑一二級克勞斯反應(yīng)器氫化物13.3間歇3～5廠家回收廠家廢LH-951Q加氫還原催化劑加氫反應(yīng)氫化物20間歇4～6廠家回收廠家廢CT6-9選擇性氧化催化劑選擇性氧化反應(yīng)氫化物40間歇3～5廠家回收廠家固廢類別排放源有毒有害成分排放量（t/a）排放方式更換時間a處理方法去向廢瓷球一二級克勞斯反應(yīng)器AI2O3、HiO2、氫化物12.3間歇5廠家回收廠家廢渣處理一般工業(yè)固體廢物應(yīng)按照《一般工業(yè)固體廢物儲存和處置場所污染控制標準》（GB18599-2001）的規(guī)定進行適當處置，并授權(quán)將危險廢物交給具有管理資格證書的危險廢物處置管理中心。結(jié)論及前景展望結(jié)論該項目設(shè)計以石油化工廠生產(chǎn)的含氫有機廢氣為原料，該廢氣基于有機溶劑循環(huán)裝置和酸性水汽提裝置，并以氫氣和金屬催化劑為輔助原料，并使用非常規(guī)克勞斯處理HHR以完成深煙道氣。脫氫及制造氯硅烷粉主要工廠用于生產(chǎn)聚苯醚，橡膠氫化和尿素溶液。主工廠和分支工廠的閉環(huán)控制已經(jīng)完成，這減少了空氣污染并增加了經(jīng)濟效益。通過對手機軟件的分析計算和仿真，確定了商品和生產(chǎn)工藝，選擇了反應(yīng)設(shè)備的設(shè)計方案，并制定了基本方案。前景展望超級克勞斯氯硅烷回收工藝在克勞斯氯硅烷工藝上進行了很大的改進。由于該工藝現(xiàn)代操作的完美和豐富的工作經(jīng)驗，它已成為世界各國制造業(yè)中最廣泛關(guān)注的硫回收工藝之一。特別是在處理含酸性硫的廢氣中?？藙谒孤裙柰榛厥展に嚥粌H可以考慮HO2排放的局限性，還可以利用廢物將其轉(zhuǎn)化為氯硅烷。此外，在當前克勞斯氯硅烷回收工藝的產(chǎn)品升級之后，項目投資得到了合理的操縱。另外，它還具有高質(zhì)量廢氣和合理的硫回收率等一系列優(yōu)點。文獻[1]張敏.夾點技術(shù)在多晶硅生產(chǎn)過程尾氣回收裝置中的應(yīng)用研究[D].湖南大學(xué),2013.[2]陶升東.西門子法多晶硅還原及尾氣回收工藝的模擬優(yōu)化研究[D].湖南大學(xué),2014.[3]周荔薇.