畢業(yè)設(shè)計--300kta硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段-焚硫爐工藝設(shè)計

1、<p><b>　　化學(xué)化工學(xué)院</b></p><p><b>　　畢業(yè)論文(設(shè)計)</b></p><p><b>　　(2013年)</b></p><p>　　課題名稱 300kt/a硫磺制酸裝置 </p><p>　　焚硫轉(zhuǎn)化工段-焚硫爐工藝設(shè)計

2、</p><p>　　專業(yè)名稱 化學(xué)工程與工藝 </p><p>　　學(xué)生姓名 XX </p><p>　　學(xué) 號 1001090314 </p><p>　　指導(dǎo)教師 XXX </p><

3、p>　　300kt/a硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段-焚硫爐工藝設(shè)計</p><p><b>　　摘要</b></p><p>　　本文論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的工藝流程與建設(shè)意義。本文介紹了使用Aspen Plus流程模擬軟件模擬主要裝置的方法，并對整個流程進(jìn)行了模擬，對整個流程進(jìn)行了物料衡算和能量衡算。焚硫工段是本文的重點研究對象，本文給出了焚硫爐的主體尺寸的計算方

4、法和過程，并對焚硫爐進(jìn)行了詳細(xì)設(shè)計。此外，本文對主要設(shè)備進(jìn)行了選型，介紹了焚硫工段的設(shè)備布置和配管設(shè)計，以及該工段的DCS控制系統(tǒng)。</p><p>　　300 kt / a sulfuric acid plant burning sulfur conversion section - burning sulfur furnace process design</p><p><b&

5、gt;　　Abstract</b></p><p>　　This article discusses the sulfuric acid production plant processes and construction of importance. This paper describes the use of Aspen Plus process simulation software to

6、simulate the main device, and the entire process was simulated, the entire process has been the material balance and energy balance. Burning sulfur section is the focus of this study, this paper presents the sulfur burni

7、ng furnace body size calculation method and process, and the burning of sulfur furnace designed in detail.</p><p>　　Key words: Sulfuric acid production; Aspen Plus process simulation; burning sulfur furnace&

8、lt;/p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p>　　第一章 文獻(xiàn)綜述1</p><p>　　1.1 硫酸簡介1</p><p>　　1.2 國內(nèi)外硫

9、酸工業(yè)概況1</p><p>　　1.3 硫酸市場分析2</p><p>　　1.4 硫磺制酸3</p><p>　　1.4.1 硫磺制酸的工藝流程3</p><p>　　1.4.2 焚硫工段3</p><p>　　1.4.3 轉(zhuǎn)化工段平4</p><p>　　1.4.4干吸工段5

10、</p><p>　　1.4.5 廢熱回收6</p><p><b>　　第二章 總論8</b></p><p>　　2.1 項目概述8</p><p>　　2.2 設(shè)計依據(jù)8</p><p>　　2.3 設(shè)計原則8</p><p>　　2.3.1 環(huán)境保護(hù)條例

11、8</p><p>　　2.3.2 約束條件9</p><p>　　2.4 項目建設(shè)意義9</p><p>　　2.5 原料及產(chǎn)品方案10</p><p>　　2.6 主要物料規(guī)格及消耗10</p><p>　　2.7 主要危險品性質(zhì)11</p><p>　　第三章 工藝流程11&l

12、t;/p><p>　　3.1 設(shè)計目標(biāo)12</p><p>　　3.1.1概述12</p><p>　　3.1.2 生產(chǎn)規(guī)模12</p><p>　　3.2 工藝路線選擇12</p><p>　　3.2.1 工藝路線選擇原則12</p><p>　　3.2.2 工藝路線的比較及選擇12&

13、lt;/p><p>　　3.3 工藝流程介紹14</p><p>　　3.3.1 焚硫轉(zhuǎn)化工段14</p><p>　　3.3.2 干吸工段15</p><p>　　第四章 流程計算與模擬17</p><p>　　4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算17</p><p>　　4.1.1 已知基礎(chǔ)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)1

14、7</p><p>　　4.1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算17</p><p>　　4.2 組分設(shè)置18</p><p>　　4.3 物性方法的選擇19</p><p>　　4.4 化學(xué)反應(yīng)19</p><p>　　4.5 各模塊模型的選擇與設(shè)置19</p><p>　　4.5.1 干燥塔T40

15、119</p><p>　　4.5.2 吸收塔T402，T40320</p><p>　　4.5.3 焚硫爐F30121</p><p>　　4.5.4轉(zhuǎn)化器R1-522</p><p>　　4.6 全流程模擬23</p><p>　　第五章 物料與能量衡算25</p><p>　　

16、5.1 物料衡算25</p><p>　　5.1.1 物料衡算依據(jù)25</p><p>　　5.1.2 衡算方法25</p><p>　　5.1.3 衡算任務(wù)26</p><p>　　5.1.4 總物料衡算26</p><p>　　5.2 能量衡算27</p><p>　　5.2.1

17、 衡算依據(jù)27</p><p>　　5.2.2 衡算任務(wù)28</p><p>　　5.2.3 全流程熱量衡算28</p><p>　　第六章 焚硫爐設(shè)計與計算30</p><p><b>　　6.1概述30</b></p><p>　　6.2 設(shè)計目標(biāo)30</p><

18、;p>　　6.3 焚硫爐設(shè)計基礎(chǔ)30</p><p>　　6.3.1 焚硫爐簡介30</p><p>　　6.3.2 焚硫爐的設(shè)計要求31</p><p>　　6.4 焚硫爐主體尺寸計算31</p><p>　　6.4.1 爐膛容積31</p><p>　　6.4.2 容積熱強度32</p>

19、;<p>　　6.4.3 硫燃燒熱效應(yīng)32</p><p>　　6.4.4 爐膛容積32</p><p>　　6.4.5 爐子長度與直徑33</p><p>　　6.4.6 進(jìn)氣和出氣孔徑的計算33</p><p>　　6.4.7 二次風(fēng)進(jìn)口孔徑34</p><p>　　6.4.8 人孔34&

20、lt;/p><p>　　6.5 焚硫爐詳細(xì)設(shè)計34</p><p>　　6.5.1 爐墻設(shè)計34</p><p>　　6.5.2 擋墻設(shè)計38</p><p>　　6.5.3 旋流裝置39</p><p>　　6.5.4 鞍座設(shè)計39</p><p>　　6.5.5 硫磺噴槍40<

21、/p><p>　　6.6 焚硫爐設(shè)計條件匯總41</p><p>　　6.7 鼓風(fēng)機選型43</p><p>　　6.7.1 概述43</p><p>　　6.7.2 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)43</p><p>　　6.7.3 設(shè)計原則44</p><p>　　6.7.3 鼓風(fēng)機C301選型44<

22、;/p><p>　　第七章 焚硫工段設(shè)備布置45</p><p>　　7.1 車間布置設(shè)計依據(jù)45</p><p>　　7.1.1相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)45</p><p>　　7.1.2 基礎(chǔ)資料45</p><p>　　7.2 設(shè)備布置設(shè)計原則45</p><p>　　7.3 焚硫工段設(shè)備布置

23、46</p><p>　　第八章 焚硫工段的配管設(shè)計47</p><p>　　8.1 設(shè)計依據(jù)47</p><p>　　8.1.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)47</p><p>　　8.1.2 基礎(chǔ)資料47</p><p>　　8.2 焚硫工段配管設(shè)計47</p><p>　　8.2.1 管徑計算

24、47</p><p>　　8.2.2 管道材料48</p><p>　　8.2.3 閥門及管件48</p><p>　　8.2.4 管道連接49</p><p>　　8.3 焚硫爐工段管道布置49</p><p>　　8.3.1 管道敷設(shè)原則49</p><p>　　8.3.2 焚硫爐

25、管道布置49</p><p>　　8.3.3管廊上的管道布置50</p><p>　　8.3.4 其它管道布置50</p><p>　　第九章 自動控制及儀表51</p><p>　　9.1 設(shè)計依據(jù)51</p><p>　　9.2 控制系統(tǒng)的選擇51</p><p>　　9.3 轉(zhuǎn)

26、化工段控制方案51</p><p>　　9.3.1 鼓風(fēng)機51</p><p>　　9.3.2 焚硫爐51</p><p>　　9.3.3 廢熱鍋爐52</p><p>　　9.4 焚硫工段儀表控制點52</p><p>　　9.5 焚硫工段主要儀表選型52</p><p>　　9.

27、5.1 壓力儀表52</p><p>　　9.5.2 溫度儀表52</p><p>　　9.5.3 調(diào)節(jié)閥53</p><p>　　9.6 儀表防護(hù)和防暴53</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)54</b></p><p><b>　　致謝55</b></

28、p><p><b>　　第一章 文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　1.1 硫酸簡介</b></p><p>　　硫酸（分子式：H2SO4）作為廣泛用于化肥、纖維、制藥等化學(xué)工業(yè)及鋼鐵、有色金屬、食品等各種工業(yè)的基礎(chǔ)原料，有工業(yè)之母之稱。 </p><p>　　硫酸按濃度分，一般分為稀硫酸（

29、密度小于1.5g/m3）、濃硫酸（密度約為1.84g/m3）和發(fā)煙硫酸（密度大于1.84g/m3）。</p><p>　　常用的稀硫酸濃度為15%和20%左右，濃硫酸濃度一般為93%和98%酸，發(fā)煙酸濃度常用為104.5%和106.75%。</p><p>　　生產(chǎn)硫酸的原料主要有硫鐵礦、硫磺、石膏、硫化氫、有色金屬冶煉煙氣、廢酸和各種含硫排放物，全世界硫資源近90%用于生產(chǎn)硫酸[1]。&

30、lt;/p><p>　　1.2 國內(nèi)外硫酸工業(yè)概況</p><p>　　硫酸作為傳統(tǒng)的無機基本化工原料， 自18世紀(jì)中葉工業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著炸藥、染料工業(yè)的興起而迅速發(fā)展， 現(xiàn)今隨化肥工業(yè)、有色冶金、石油化工、紡織和國防工業(yè)、輕工業(yè)及其它有關(guān)工業(yè)的發(fā)展而不衰[2]。</p><p>　　世界硫酸的產(chǎn)量增長很快，在20世紀(jì)初，其總產(chǎn)量只有幾百萬噸，到1997年，其產(chǎn)量達(dá)1

31、55163kt，最近40年的年平均遞增率為5.2%[1]。全球硫酸產(chǎn)量近十多年均是正增長，而到2006年的總產(chǎn)量約196000kt[2]。</p><p>　　生產(chǎn)硫酸的原料以硫磺為主， 冶煉煙氣次之， 兩者共占所用原料總量的90%以上，而使用硫鐵礦制酸在逐年減少[2]。如:1996年，英國占總產(chǎn)量82.9%的硫酸以硫磺為原料、美國占82.0%。1995年，以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20000kt 左右，占硫酸總

32、產(chǎn)量的13%；1997年，除中國以外，其余地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了8%[3-4]；1998年全球硫鐵礦產(chǎn)量6270kt(折100%硫，</p><p>　　下同)，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量約18000kt；t 2006年全球硫鐵礦產(chǎn)量降至5730kt，僅為所有形態(tài)硫總生產(chǎn)量的8.4%[2]。</p><p>　　我國的硫酸工業(yè)起始于19世紀(jì)70年代，當(dāng)時產(chǎn)量很少。新中國建立后，尤其是20

33、世紀(jì)80年代以后，硫酸工業(yè)獲得了快速地發(fā)展[6]。隨著中國高濃度磷復(fù)肥和有色金屬的發(fā)展， 硫酸產(chǎn)量迅速增加。2002年硫酸產(chǎn)量突破3000萬噸，達(dá)到3051. 9萬噸[5]。</p><p>　　我國是硫鐵礦的最大消費國，20世紀(jì)我國硫酸工業(yè)主要以硫鐵礦為原料。至2000年我國以硫鐵礦為原料的產(chǎn)酸量，仍占國內(nèi)硫酸產(chǎn)量的3/ 4左右[1]。</p><p>　　但是，20世紀(jì)90年代以后，隨

34、著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，我國硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，硫磺制酸和冶煉煙氣制酸的比例逐漸提高，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量雖然下降不大，但其所占比例已越來越小，由20世紀(jì)七八十年代的80%～90%，到2002年降到50%以下。至2010年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，2006—2010年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0%，10.8%。預(yù)計到“十二五

35、”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到47000~50000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a[7]。</p><p>　　目前世界各國硫酸工程都趨向于大型化發(fā)展， 進(jìn)入21世紀(jì)的幾年中， 全球建成規(guī)模最大的硫酸生產(chǎn)裝置， 在硫磺制酸方面，單系列最大規(guī)模已達(dá)4500t/d。我國硫磺制酸也正在向大型化發(fā)展。到2010年底，我國硫磺制酸單系列最大規(guī)模已達(dá)到1000kt/a[7]。</p><p>　　隨

36、著產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的優(yōu)化和引進(jìn)國外先進(jìn)的技術(shù)，我國在硫酸工業(yè)上得技術(shù)裝備水平不斷在提高。</p><p>　　1.3 硫酸市場分析</p><p>　　世界上肥料工業(yè)是硫酸的最大用戶，約占60%，而磷肥生產(chǎn)又是硫酸的最大消耗部分。我國硫酸的消費主要用于化肥生產(chǎn)，至1995年的前10年，我國磷酸鹽消費量平均年增長率為12.2%。1995年化肥生產(chǎn)用酸占硫酸總產(chǎn)量的73.2%(其中磷肥占66.1%、硫

37、酸銨占71.5%) ，1997年占全年硫酸總產(chǎn)量的72.2%。1998年全國化肥產(chǎn)量273616萬噸 ，比上年增長7.2%，其中磷肥51515929萬噸 ，前7個月磷酸鹽產(chǎn)量增長4%，全年硫酸產(chǎn)量比上年增長4.2%。1999年國家化肥生產(chǎn)計劃安排3000萬噸 (折純) ，其中磷肥660萬噸 [1]。自21世紀(jì)有關(guān)部門人士到含硫化肥在糧食生產(chǎn)中的重要作用，并將發(fā)展含硫化肥放在了重要地位。2002年國產(chǎn)和進(jìn)口硫酸資源總量為323412萬噸，

38、 消費量為323118萬噸?；氏M硫酸232319萬噸， 占硫酸消費量的71.9%[5]。2007年我國硫酸裝置總產(chǎn)能約68000k，t 生產(chǎn)量57000k，t 占全球產(chǎn)量的25. 7%[2]。</p><p>　　綜上，我們看以看到，硫酸工業(yè)自誕生以來，其規(guī)模就一直快速發(fā)展。21世紀(jì)的這十年中，特別是我國的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾樱蛩岙a(chǎn)品會有更廣的市場前景。&l

39、t;/p><p><b>　　1.4 硫磺制酸</b></p><p>　　正如上一節(jié)所提到的，隨著我國際硫磺價格的下降和硫磺回收量的增加，硫磺制酸在硫酸產(chǎn)量中所占的比例也越來越大。特別是我國，硫磺回收和硫磺制酸發(fā)展迅速，2010年我國硫磺回收產(chǎn)能在4000~5000kt/a，產(chǎn)量為2870kt[7]。同時硫磺制酸還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣體SO2濃度較高，制

40、酸工藝簡單和氣體流程簡單等優(yōu)點[8]。</p><p>　　1.4.1 硫磺制酸的工藝流程</p><p>　　硫磺制酸一般包括：原料處理，焚硫，SO2轉(zhuǎn)化和干吸工序[9]。</p><p>　　圖1.1 硫磺制酸流程框圖</p><p>　　Fig 1.1 Flow diagram of sulfuric acid from sulfuri

41、c</p><p>　　1.4.2 焚硫工段</p><p>　　焚硫工段的目的是將硫氧化生成SO2，將精制液硫通過精硫泵加壓后，經(jīng)硫磺噴槍機械霧化而噴入焚硫爐焚燒，所需的干燥空氣來自干燥塔[10]。液體硫磺霧化、燃燒采用帶有機械霧化噴嘴的焚硫爐，具有結(jié)構(gòu)簡單、容積熱強度高，不需另設(shè)加壓風(fēng)機等優(yōu)點，節(jié)省了動力消耗，簡化了流程[11]。</p><p>　　根據(jù)空氣鼓

42、風(fēng)機的布置不同可分為：塔前流程，即鼓風(fēng)機布置在干燥塔上游，風(fēng)機進(jìn)口為濕空氣，它對鼓風(fēng)機的耐腐蝕要求低；塔后流程，即將鼓風(fēng)機布置在干燥塔下游，風(fēng)機進(jìn)口為干燥空氣（含微量酸霧），它對鼓風(fēng)機耐腐性要求較高，氣量比塔前流程大，相應(yīng)的干燥塔直徑稍大。塔后流程的優(yōu)點是鼓風(fēng)機的壓縮熱帶入焚硫爐，可多產(chǎn)生蒸汽，同時可以減少干燥塔循環(huán)水的用量[12] 。這兩種路程目前都有使用，南化公司硫磺制酸裝置采用的是塔后流程。</p><p>

43、;　　1.4.2.1 焚硫爐</p><p>　　焚硫爐一般為鋼制圓筒內(nèi)襯耐火磚和保溫磚的臥式結(jié)構(gòu)，爐內(nèi)設(shè)置多道擋墻及二次風(fēng)入口，以增強空氣與液硫霧化顆粒的混合，確保液硫在爐內(nèi)完全燃燒。</p><p>　　目前國內(nèi)焚硫爐主要有兩種形式，一種是圓筒形臥式焚硫爐，爐頭每只磺槍分別配有空氣旋流裝置；另一種是一次擴(kuò)大型臥式焚硫爐，空氣進(jìn)口采用雙螺旋結(jié)構(gòu)的進(jìn)氣裝置，爐頭設(shè)有大蝸形旋流裝置，旋流裝置

44、中間放置數(shù)根磺槍。在保證液硫充分燃燒的前提下，提高了焚硫爐的容積熱強度[12]。</p><p>　　1.4.2.2 焚硫爐布置[12]</p><p>　　焚硫爐和廢熱鍋爐是相關(guān)設(shè)備，需要統(tǒng)一布置，由于兩臺設(shè)備的整體長度都比較長，可根據(jù)場地的情況將兩臺設(shè)備平行布置或呈“L”形布置。由于焚硫爐出口至廢熱鍋爐的氣體的溫度很高（可達(dá)到1100℃左右），該管道一般采用碳鋼襯磚結(jié)構(gòu)，施工難度大，因

45、此焚硫爐和廢熱鍋爐應(yīng)盡量靠近以縮短該管道的長度。</p><p>　　1.4.3 轉(zhuǎn)化工段平</p><p>　　轉(zhuǎn)化工段的任務(wù)是將SO2轉(zhuǎn)化成SO3，由焚硫爐出來的含有SO2的高溫氣體，首先進(jìn)入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在催化劑上反應(yīng)生成SO3。</p><p>　　自從20世紀(jì)60年代以來，硫酸生產(chǎn)中SO2轉(zhuǎn)化工藝的技術(shù)進(jìn)步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收

46、工藝，簡稱兩轉(zhuǎn)兩吸。與傳統(tǒng)的一轉(zhuǎn)一吸工藝相比，兩轉(zhuǎn)兩吸工藝具有以下特點：</p><p><b>　　最終轉(zhuǎn)化率高：</b></p><p>　　能夠處理(SO2)較高的爐氣；</p><p>　　可以減少尾氣中SO2的排放量；</p><p>　　所需的換熱面積較大；</p><p>　　系統(tǒng)阻

47、力比一轉(zhuǎn)一吸工藝增加4~5kPa。</p><p>　　兩轉(zhuǎn)兩吸工藝也有多種流程，常見的有“3+2”五段轉(zhuǎn)化，“3+1”四段轉(zhuǎn)化，“2+2”四段轉(zhuǎn)化，“2+1”三段轉(zhuǎn)化。目前國內(nèi)硫磺制酸裝置大多采用前兩種。分析比較“3+2”五段轉(zhuǎn)化和“3+1”四段轉(zhuǎn)化工藝，研究表明在較高(SO2)的原料氣下獲得同樣高的最終轉(zhuǎn)化率，前者對催化劑的要求更低一些，并且前者對達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障[13]。南化公司硫磺制酸裝置采用

48、的是“3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝。</p><p><b>　　1.4.4干吸工段</b></p><p>　　干吸工段設(shè)有一個干燥塔和兩個吸收塔，干燥塔的任務(wù)是干燥空氣，除去空氣中的水分。吸收塔用來吸收由轉(zhuǎn)化器出來的SO3?；侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設(shè)備配置的不同，可分為三大類：三塔三槽循環(huán)流程，三塔兩槽循環(huán)流程和三塔一槽循環(huán)流程[14]。</p><

49、p>　　三塔三槽為三塔各自設(shè)循環(huán)槽，循環(huán)流程有：三塔各自獨立循環(huán)流程；二吸塔獨立循環(huán)，干燥塔和一吸塔交叉循環(huán)流程；一吸塔獨立循環(huán)，二吸塔和干燥塔交叉循環(huán)流程；干燥塔獨立循環(huán)，一吸塔和二吸塔交叉循環(huán)流程。</p><p>　　三塔兩槽循環(huán)流程有：干燥塔、一吸塔共槽，二吸塔單獨一槽循環(huán)流程；干燥塔、二吸塔共槽，一吸塔單獨一槽循環(huán)流程；兩個吸收塔共槽，干燥塔單獨一槽循環(huán)流程。</p><p&g

50、t;　　三塔一槽循環(huán)流程有：循環(huán)槽不加隔墻的流程；中間加一道隔墻的流程及中間加兩道隔墻的流程。中間加一道隔墻流程是由三塔兩槽流程演變而來，中間加兩道隔墻流程是由三塔三槽循環(huán)流程演變而來。</p><p>　　關(guān)于各種循環(huán)流程工藝的詳細(xì)講解請參照相關(guān)文獻(xiàn)[15]。南化公司硫磺制酸裝置采用的是三塔兩槽循環(huán)流程，其中干燥塔單獨一槽，兩個吸收塔共槽。</p><p>　　1.4.5 廢熱回收<

51、;/p><p>　　在硫磺制酸過程中，從硫磺燃燒生產(chǎn)二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸，每一步反應(yīng)都是放熱的，總得反應(yīng)熱約500kJ/mol硫酸。除裝置散熱、平排氣等損失外，其余熱量理論上均可回收利用。回收的熱量中焚硫和轉(zhuǎn)換部分的高溫廢熱約占60%，干吸部分的低溫廢熱約占40%[16]。</p><p>　　我國在硫磺制酸裝置的廢熱回收技術(shù)方面起步較晚。70年代我國硫

52、磺制酸裝置廢熱回收狀況：a.只回收高溫廢熱；b.廢熱回收設(shè)備的使用可靠性差，事故率較高。80年代我國相繼引入國外全套廢熱利用設(shè)備，提高了硫磺制酸裝置廢熱回收的效率[17]。</p><p>　　焚硫和轉(zhuǎn)化工段高中溫廢熱的回收系統(tǒng)一般設(shè)置，廢熱鍋爐，過熱器和省煤器。具體根據(jù)裝置規(guī)模的不同，其系統(tǒng)設(shè)置也有所差異。一般在焚硫爐后設(shè)有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉(zhuǎn)化工段設(shè)有過熱器和省煤器。</p>&l

53、t;p>　　對于干吸工段低溫廢熱的回收，由于品味較低，回收利用在技術(shù)上比較困難。我國80年代前這些熱量都是由淋灑式鑄鐵排管冷卻后隨冷卻水帶到環(huán)境中。80年代后期，我國開發(fā)了幾種回收利用低溫廢熱的方法和技術(shù)：</p><p>　　加熱脫鹽水，提高進(jìn)除氧器的水溫，從而減少除氧器蒸汽消耗。</p><p>　　生產(chǎn)熱水用于其它裝置，如：用于磷酸濃縮或氨蒸發(fā)等，但這種方法必須是磷酸和磷酸或合

54、成氨等裝置的聯(lián)合化工企業(yè)。</p><p>　　生產(chǎn)熱水用于居民生活。</p><p>　　孟山都環(huán)境化學(xué)公司在80年代后期開發(fā)了硫酸高溫吸收產(chǎn)生低壓蒸汽的系統(tǒng)（簡稱HRS）。該系統(tǒng)主要由HRS熱回收塔、HRS酸循環(huán)泵、HRS鍋爐及HRS稀釋器4臺設(shè)備組成。該裝置的應(yīng)用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的70%提高到93%[18]。</p><p>　　1.5 論文設(shè)計項

55、目內(nèi)容與意義</p><p>　　本文設(shè)計項目為300 kt/a硫磺制酸裝置，原料為揚子石化等裝置回收下來的液體硫磺。</p><p>　　作為重要的無機基礎(chǔ)化工原料，自其工業(yè)化生產(chǎn)以來，其生產(chǎn)工藝不斷改善和提高，產(chǎn)量更是迅速增長。到20世紀(jì)90年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。至2010年我國硫磺制酸

56、產(chǎn)能已達(dá)到38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，2006—2010年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0%，10.8%。預(yù)計到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到47000~50000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。</p><p>　　本裝置的建成可以吸收周邊石油化工裝置回收的硫磺，同時可以緩解國內(nèi)硫酸供給相對緊張的形勢。國內(nèi)硫酸工業(yè)的重心正由硫鐵礦制酸一步步轉(zhuǎn)移到硫磺制酸上來，該裝置的設(shè)計與

57、建成不僅是響應(yīng)該行業(yè)的趨勢，更是本著保護(hù)環(huán)境節(jié)能減排的現(xiàn)代工業(yè)責(zé)任心。</p><p><b>　　第二章 總論</b></p><p><b>　　2.1 項目概述</b></p><p>　　本文設(shè)計一套年產(chǎn)30萬噸的硫磺制酸裝置，本裝置的原料采用樣子石化等裝置硫回收下來的液體硫磺，原料的質(zhì)量和數(shù)量有保障。本裝置焚硫采

58、用機械噴嘴霧化的噴霧式焚硫爐，采用國產(chǎn)催化劑、“3+2”兩次轉(zhuǎn)化工藝。采用中壓余熱回收器、過熱器和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工段的廢熱產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。本裝置的產(chǎn)品是符合一等品指標(biāo)濃度為98%的濃硫酸。該裝置技術(shù)成熟，設(shè)備先進(jìn)，產(chǎn)品收率髙，同時該裝置還有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水等優(yōu)點，符合科學(xué)發(fā)展觀。</p><p>　　本文設(shè)計裝置年產(chǎn)98%工業(yè)硫酸30萬噸，裝置運轉(zhuǎn)市場為8000小時/年。</p>

59、<p><b>　　2.2 設(shè)計依據(jù)</b></p><p>　　化工工廠初步設(shè)計文件內(nèi)容深度 HG/T20688-2000</p><p>　　2013年南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計任務(wù)書</p><p>　　該裝置的可行性評估報告</p><p>　　本項目的環(huán)境影響報告書及

60、其批復(fù)文件</p><p>　　職業(yè)病危害預(yù)評價報告及其批復(fù)原文件</p><p><b>　　2.3 設(shè)計原則</b></p><p>　　由于化工廠的投資建設(shè)，要考慮到環(huán)境、國家標(biāo)準(zhǔn)、技術(shù)可行性、人員等各方面的因素，所以參照以下設(shè)計原則。</p><p>　　2.3.1 環(huán)境保護(hù)條例</p><p

61、>　?。?）地面水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3838-88</p><p>　?。?）大氣環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn) GB3095-82</p><p>　?。?）城市區(qū)域環(huán)境噪聲標(biāo)準(zhǔn) GB3096-82</p><p>　?。?）污水綜合排放標(biāo)準(zhǔn)

62、 GB8978-88</p><p>　?。?）工業(yè)“三廢”排放試行標(biāo)準(zhǔn) GBJ4-73</p><p>　?。?）鍋爐煙塵排放標(biāo)準(zhǔn) GB3841-83</p><p>　　2.3.2 約束條件</p><p>　?。?）設(shè)計考慮的外部約束條件：</

63、p><p>　　1）政府制定的各種法律、規(guī)定和要求；</p><p><b>　　2）各種自然規(guī)律；</b></p><p><b>　　3）安全要求；</b></p><p><b>　　4）衛(wèi)生要求；</b></p><p><b>　　5）資

64、源情況；</b></p><p>　　6）各種必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范；</p><p>　　7）經(jīng)濟(jì)要求，經(jīng)濟(jì)可行。</p><p>　?。?）設(shè)計考慮的內(nèi)部約束條件：</p><p>　　1）生產(chǎn)技術(shù)：技術(shù)軟硬件的來源、技術(shù)成熟程度、價格和使用條件；</p><p>　　2）材料：原材料、建筑材料、關(guān)鍵設(shè)備

65、等供應(yīng)的難易；</p><p>　　3）時間：允許和需要的設(shè)計時間；</p><p>　　4）人員：素質(zhì)和數(shù)量；</p><p><b>　　5）產(chǎn)品規(guī)格；</b></p><p>　　6）建設(shè)單位的具體要求；</p><p>　　7）建廠地區(qū)的具體情況。</p><p>

66、　　2.4 項目建設(shè)意義</p><p>　　作為重要的無機基礎(chǔ)化工原料，自其工業(yè)化生產(chǎn)以來，其生產(chǎn)工藝不斷改善和提高，產(chǎn)量更是迅速增長。到20世紀(jì)90年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴(yán)格，硫磺制酸在制酸工業(yè)中占據(jù)了非重要的地位。至2010年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到38000kt/a，產(chǎn)量為32980kt/a，2006—2010年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為10.0

67、%，10.8%。預(yù)計到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到47000~50000kt/a，產(chǎn)量約40000kt/a。</p><p>　　本裝置的建成可以吸收周邊石油化工裝置回收的硫磺，同時可以緩解國內(nèi)硫酸供給相對緊張的形勢。國內(nèi)硫酸工業(yè)的重心正由硫鐵礦制酸一步步轉(zhuǎn)移到硫磺制酸上來，該裝置的設(shè)計與建成不僅是響應(yīng)該行業(yè)的趨勢，更是本著保護(hù)環(huán)境節(jié)能減排的現(xiàn)代工業(yè)責(zé)任心。</p><p>　　2

68、.5 原料及產(chǎn)品方案</p><p>　　本套裝置的原料采用揚子石化等裝置硫回收下來的液體硫磺，原料經(jīng)精硫槽處理后可以直接使用。</p><p>　　產(chǎn)品規(guī)格為98%的工業(yè)硫酸，98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國家標(biāo)準(zhǔn)GB534/T-2002一等品指標(biāo)。具體如表2.1。</p><p>　　表2.1 工業(yè)一等品98%硫酸指標(biāo)</p><p>　　Tab

69、 2.1 The indicator of industrial Grade sulfuric acid with 98%w/w</p><p>　　本裝置每年生產(chǎn)符合該標(biāo)準(zhǔn)的濃硫酸30萬噸（折100%硫酸計）</p><p>　　2.6 主要物料規(guī)格及消耗</p><p>　　本工藝所需要的原料用量以及公用工程的消耗量列于表2.2。</p><

70、p>　　表2.2 主要物料消耗表</p><p>　　Tab 2.2 The main material consumption</p><p>　　2.7 主要危險品性質(zhì)</p><p>　　該工藝中所涉及的原料和產(chǎn)品有一定的危險性，其主要危險物品德性質(zhì)見表2.3。</p><p>　　表2.3 主要危險物品性質(zhì)表</p>

71、<p>　　Tab 2.3 Main properties of dangerous goods</p><p><b>　　第三章 工藝流程</b></p><p><b>　　3.1 設(shè)計目標(biāo)</b></p><p><b>　　3.1.1概述</b></p><

72、p>　　本文設(shè)計論述的是一套硫磺制酸裝置，本裝置采用機械霧化焚硫，采用“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝流程。該套裝置可以將揚子石化等裝置硫回收下來的液硫轉(zhuǎn)化成98%的硫酸產(chǎn)品。盡量采取可行的措施回收工藝流程中的余熱。</p><p>　　3.1.2 生產(chǎn)規(guī)模</p><p>　　本文設(shè)計30萬噸/年硫磺制酸裝置以滿足各個行業(yè)日益增長的需求，同時緩解我國過去以硫鐵礦制酸帶來的環(huán)境和產(chǎn)量的壓力。&

73、lt;/p><p>　　3.2 工藝路線選擇</p><p>　　3.2.1 工藝路線選擇原則</p><p>　　原料來源的可靠性。化工生產(chǎn)過程大部分是連續(xù)的生產(chǎn)過程，原料數(shù)量及質(zhì) 量的穩(wěn)定可靠地供應(yīng)是進(jìn)行正常生產(chǎn)的基本條件。</p><p>　　盡可能選擇當(dāng)?shù)鼗蚋浇脑稀?lt;/p><p>　　經(jīng)濟(jì)性。工藝路線

74、影響到擬建廠的技術(shù)方案、廠址、環(huán)境保護(hù)等多個方面，從而對項目的投資、成本、利潤產(chǎn)生影響。</p><p>　　資源利用的合理性。這種合理性是從國民經(jīng)濟(jì)角度來考察的，因為國家的資</p><p>　　源有限，要用有限的資源來獲得好的經(jīng)濟(jì)效益。</p><p>　　工藝技術(shù)的先進(jìn)性。技術(shù)的先進(jìn)是指項目建設(shè)投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、</p><p&g

75、t;　　產(chǎn)量、運轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國家標(biāo)準(zhǔn)。</p><p>　　3.2.2 工藝路線的比較及選擇</p><p>　　目前硫磺的生產(chǎn)工藝主要有硫鐵礦制酸、WSA濕法制酸、硫磺制酸、磷石膏制酸等。</p><p>　　硫鐵礦制酸是我國硫酸工業(yè)最重要的硫酸生產(chǎn)方法之一。硫鐵礦制酸工藝包括焙燒、凈化、轉(zhuǎn)化等若干工序，制酸過程中，焙燒工序和吸收工序會排放大量

76、干燥廢棄、增濕廢氣和制酸尾氣，嚴(yán)重地危害著周邊的環(huán)境。</p><p>　　磷石膏是磷化工生產(chǎn)的最大固體廢棄物，每生產(chǎn)1t磷酸會產(chǎn)生5~6t磷石膏。據(jù)中國磷肥工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計，2009我國磷石膏排放量約5000萬噸占工業(yè)副產(chǎn)石膏的70%以上[19]。所以磷石膏制酸可謂是緩解磷石膏污染的一種有效途徑。1969年Linz化學(xué)公司建成第一家利用磷石膏制硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的工廠[20]。1986年Lurgi公司開發(fā)成功循環(huán)流化床

77、節(jié)能型磷石膏熱分解法制硫酸和聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)并進(jìn)行了中試，其磷石膏分解率達(dá)99%。之后國內(nèi)外均在磷石膏生產(chǎn)硫酸的技術(shù)上有所發(fā)展。但是到目前為止該生產(chǎn)工藝還存在很多實際問題，工藝技術(shù)和設(shè)備都不夠成熟難以大量生產(chǎn)工業(yè)所需求得硫酸，并且生產(chǎn)成本也比較高。c</p><p>　　在最近15年中，托普索公司的WSA（濕法制酸）技術(shù)在低濃度SO2氣體（SO2不產(chǎn)過6%~7%）制酸方面得到了廣泛的應(yīng)用。WSA工藝是一種能有效地脫除

78、各種廢棄中硫并將其轉(zhuǎn)化成工業(yè)成品濃硫酸的工藝。全世界簽的WSA裝置已超80套，主要用于石油煉制、煤化工和煤氣化、焦化、冶金、粘膠纖維生產(chǎn)等行業(yè)[21]。與傳統(tǒng)制酸工藝相比，WSA工藝具有能效高和沒有副產(chǎn)品產(chǎn)生的優(yōu)點，WSA工藝中氣體不需要干燥，因而生產(chǎn)中沒有酸損失，也不產(chǎn)生酸性廢水。但是WSA工藝也有其局限性。一是原料氣體濃度受限制，考慮到WSA冷卻器的結(jié)構(gòu)和材料，不可能處理硫酸露點高于260℃的氣體，這相當(dāng)于進(jìn)轉(zhuǎn)化器的SO2不能高于6

79、%~7%。二是SO2轉(zhuǎn)化率受限制，最為一轉(zhuǎn)一吸工藝，WSA工藝的SO2/SO3的平衡曲線將SO2轉(zhuǎn)化率限制在99.4%~99.7%。</p><p>　　隨著世界石油化工的發(fā)展，化工生產(chǎn)中硫磺的回收量不斷增加，硫磺的市場價格也隨之下降，在這種環(huán)境下，硫磺制酸由于其裝置操作簡單，并且擁有原料清潔，不產(chǎn)生礦渣或酸性污水，氣體SO2濃度較高等優(yōu)點，因此硫磺制酸在硫酸工業(yè)中所占的比重越來越大。</p>&l

80、t;p>　　本文的設(shè)計選擇使用硫磺生產(chǎn)硫酸，生產(chǎn)原料為揚子石化等裝置回收的液體硫磺。目前硫磺制酸工藝的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，本文所設(shè)計的裝置，采用南化公司所使用硫磺制酸技術(shù)和設(shè)備。</p><p>　　3.3 工藝流程介紹</p><p>　　3.3.1 焚硫轉(zhuǎn)化工段</p><p>　　精制液體硫磺由精硫泵連續(xù)送往焚硫爐（F301）前端的兩只硫磺噴槍。液硫經(jīng)噴槍

81、霧化后噴入爐內(nèi)，干空氣由前端進(jìn)氣口進(jìn)入，與霧化后的硫磺充分接觸燃燒。焚硫爐內(nèi)設(shè)置三道擋墻，以強化硫磺與空氣的混合和確保停留時間。為防止硫磺燃燒不完全，設(shè)有二次風(fēng)，用于補充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。爐膛內(nèi)操作溫度控制在1000℃左右。</p><p>　　出焚硫爐（F301）的爐氣進(jìn)入火管型余熱回收器（B301），回收熱量后降溫至415℃，再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器（R301）一段催化劑層，進(jìn)轉(zhuǎn)化的SO2爐氣

82、濃度控制在9.5%（摩爾濃度）左右。余熱回收器回收熱量后產(chǎn)生的3.82MPa的中壓飽和蒸汽送轉(zhuǎn)化工序低溫過熱器、中溫過熱器和高溫過熱器過熱繼續(xù)回收熱量。</p><p>　　出余熱回收器（B301）溫度約415℃、SO2濃度～9.5%（摩爾濃度）的爐氣依次分別進(jìn)入轉(zhuǎn)化器（R301）Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ段催化劑層，進(jìn)行SO2的催化氧化反應(yīng)，生成SO3。進(jìn)轉(zhuǎn)化器Ⅰ段催化劑層爐氣溫度可通過余熱回收器旁路調(diào)節(jié)，SO2濃度可以通過調(diào)

83、節(jié)空氣風(fēng)機（C301）出口旁路來控制。</p><p>　　出轉(zhuǎn)化器（R301）Ⅰ段催化劑層約595℃的爐氣進(jìn)入高溫過熱器（B302），在此加熱出中溫過熱器（B303）的蒸汽至3.82MPa、450℃送蒸汽集汽聯(lián)箱，經(jīng)高溫過熱器換熱后的爐氣降溫至約455℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器Ⅱ段催化劑層繼續(xù)進(jìn)行SO2的催化氧化反應(yīng)；出Ⅱ段催化劑層約517℃的爐氣進(jìn)入熱熱換熱器（E301），與來自第一吸收塔并經(jīng)冷熱換熱器（E302）預(yù)熱的S

84、O2爐氣換熱，降溫至440℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器Ⅲ段催化劑層反應(yīng)，出三段催化劑層約458℃的爐氣依次進(jìn)入冷熱換熱器（E302）和省煤器Ⅱ（B303）降溫至175℃，然后送入第一吸收塔吸收SO3，則SO2完成一次轉(zhuǎn)化。</p><p>　　經(jīng)第一吸收塔吸收SO3后的爐氣依次通過冷換熱器（E302）和熱換熱器（E301），利用轉(zhuǎn)化器Ⅱ、Ⅲ段的反應(yīng)熱升溫至約420℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器Ⅳ段催化劑層反應(yīng)，出Ⅳ段約438℃的爐氣進(jìn)入中溫過

85、熱器（B303），在此加熱出低溫過熱器（B304）的蒸汽，經(jīng)中溫過熱器換熱后的爐氣降溫至約420℃進(jìn)入轉(zhuǎn)化器Ⅴ段催化劑層繼續(xù)進(jìn)行SO2的催化氧化反應(yīng)；出Ⅴ段催化劑層約422℃的爐氣進(jìn)入低溫過熱器（B304）和省煤器Ⅰ（B306），降溫至160℃后進(jìn)第二吸收塔（T402），則完成二次轉(zhuǎn)化和吸收（SO2最終設(shè)計轉(zhuǎn)化率為99.8%），經(jīng)第二吸收塔（T403）吸收后的尾氣可直接通過尾氣煙囪（S401）排放。</p><p&g

86、t;　　3.3.2 干吸工段</p><p>　　空氣通過空氣過濾器過濾后由干燥塔下部進(jìn)入干燥塔，95％濃硫酸從干燥塔上部進(jìn)入干燥塔，與空氣逆向接觸，95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約94.74%左右，從塔底部流入干燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在0.1g/Nm3以下，進(jìn)入空氣風(fēng)機升壓后進(jìn)入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。</p><p>　　濃硫酸吸收水分的過程是一個放熱反應(yīng)

87、，所以，干燥塔出塔酸溫高于塔進(jìn)口酸溫。為了維持干燥塔酸循環(huán)槽內(nèi)95%酸濃，由吸收系統(tǒng)串入一部分98%濃硫酸，在干燥塔循環(huán)槽內(nèi)，干燥塔下塔94.74％酸和吸收系統(tǒng)串來的98%酸混合，混合后，一部分由干燥塔酸循環(huán)泵送入干燥塔酸冷卻器，冷卻至50℃后送到干燥塔塔頂噴淋；多出的一部分酸串入第一吸收塔內(nèi)。</p><p>　　吸收系統(tǒng)是用濃硫酸吸收由焚硫轉(zhuǎn)化工段來的SO3氣體。轉(zhuǎn)化工段分兩次轉(zhuǎn)化，吸收過程也有兩次吸收過程:

88、</p><p>　　一次轉(zhuǎn)化來的SO3氣體，從第一吸收塔下部進(jìn)入，第一吸收塔上部噴淋98%濃硫酸，氣體與液體逆向接觸，98％酸吸收爐氣中SO3后，濃度達(dá)到約98.7%，自塔底排至吸收塔酸循環(huán)槽中。二次轉(zhuǎn)化來的SO3氣體，從第二吸收塔下部進(jìn)入，第二吸收塔上部噴淋98%濃硫酸，氣液逆向接觸，98％酸吸收爐氣中SO3后，濃度升高到98.06%,自塔底也排至吸收塔酸循環(huán)槽中，第一吸收塔和第二吸收下塔酸在吸收塔酸循環(huán)槽中

89、混合.</p><p>　　為了維持吸收塔循環(huán)槽的濃度為98%，向吸收酸循環(huán)槽中加入工藝水進(jìn)行混合，混合后的酸，一部分通過吸收塔酸循環(huán)泵送入吸收塔酸冷卻器冷卻至70℃后分別送到第一吸收塔和第二吸收塔頂進(jìn)行噴淋，多于的成品酸從吸收循環(huán)泵出口引出，經(jīng)成品酸冷卻器冷卻至40℃后送成品酸貯罐貯存。</p><p>　　圖3.1是本工藝的流程簡。</p><p>　　圖3.1

90、 30萬噸/年硫磺制酸工藝流程簡圖</p><p>　　Fig 3.1 Process flow diagram of 300kt/a sulfuric acid from sulfuric</p><p>　　第四章 流程計算與模擬</p><p><b>　　4.1基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算</b></p><p>　　4.1.1

91、 已知基礎(chǔ)文獻(xiàn)數(shù)據(jù)</p><p>　?。?）產(chǎn)品規(guī)格：98％硫酸</p><p>　　（2）產(chǎn)品規(guī)模：900噸/天(折100％硫酸)</p><p>　?。?）工藝流程：“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸，塔后風(fēng)機</p><p>　?。?）當(dāng)?shù)卮髿鉁囟龋?8℃</p><p>　　（5）當(dāng)?shù)卮髿鈮海?00.79kPa</p&

92、gt;<p>　?。?）當(dāng)?shù)啬昶骄鄬穸龋?1％</p><p>　?。?）焚硫爐出口氣體濃度：SO2濃度：9.5％； SO3 ：0.1％</p><p>　?。?）干燥塔上塔酸濃：95％；上塔酸溫：50℃；噴淋密度：18m3/m2.h</p><p>　?。?）第一吸收塔上塔酸濃：98％；上塔酸溫70℃；噴淋密度：23m3/m2.h</p&g

93、t;<p>　　（10）第二吸收塔上塔酸濃：98％；上塔酸溫70℃；噴淋密度：18m3/m2.h</p><p>　?。?1）轉(zhuǎn)化各段轉(zhuǎn)化率：64％、87％、94％、99.1％、99.75％</p><p>　?。?2）轉(zhuǎn)化各段進(jìn)口溫度：420℃、455℃、440℃、420℃、420℃</p><p>　?。?3）吸收率：99.99％</p>

94、;<p>　　4.1.2 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算</p><p>　?。?）液硫進(jìn)料量Fs（kg/h）</p><p>　　根據(jù)產(chǎn)品規(guī)模900噸/天（折100%硫酸計），SO2最終轉(zhuǎn)化率為99.75%，SO3總的吸收率為99.99%，可計算出液硫進(jìn)料量為：</p><p>　　(4-1) </p><p>　　所得結(jié)果與南化

95、公司提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)12277kg/h相當(dāng)一致，這里取南化公司提供的數(shù)據(jù)。</p><p>　?。?）干空氣量FAir</p><p>　　已知焚硫爐出口SO2的濃度為9.5%，SO3為0.1%，可由式4-1計算工藝所需的干空氣進(jìn)料量。該式計算的是燃燒1t硫磺所需的干空氣量。</p><p><b>　　(4-2)</b></p>

96、<p>　　將硫磺用量12.277t/h帶入式4-1，計算出V（空氣）（硫）=90371.5Nm3/h，與南化公司所提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)87737Nm3/h有一定的出入，這里取南化公司所提供的數(shù)據(jù)。FAir=V（空氣）（硫）/22.4=3916.83kmol/h。</p><p>　?。?）濕空氣中的水含量FH2O</p><p>　　查物化數(shù)據(jù)表得：28℃時飽和水蒸汽的蒸汽壓

97、為3.78kPa?？諝庵兴靠捎墒?-3算得。</p><p><b>　　(4-3)</b></p><p>　　所得數(shù)據(jù)與南化公司所提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù)122kmol/h很接近，計算時取南化公司所提供的數(shù)據(jù)。</p><p><b>　　4.2 組分設(shè)置</b></p><p>　　因為體系含有

98、電解質(zhì)，使用Aspen Plus模擬時，輸入S，SO2等基礎(chǔ)組分后，需要使用電解質(zhì)向?qū)lec Wizard進(jìn)行組分設(shè)置。Electrolytes Expert System用于生成離子和離子反應(yīng)。H3O+為酸性離子，H2O和H2SO4為電解質(zhì)系統(tǒng)，SO2，O2，N2為亨利組分。此外，為方便模擬及閱讀，計算結(jié)果表達(dá)方式為表觀組分。模擬中體系的真實組分見圖4.1。</p><p>　　圖4.1模擬體系中的真實組分&

99、lt;/p><p>　　Fig 4.1 The real component of the model system </p><p>　　4.3 物性方法的選擇</p><p>　　硫磺制酸體系含有電解質(zhì)，故全局物性方法選擇“ELECNRTL”。ELECNRTL 物性方法是最通用的電解質(zhì)物性方法，它能處理很低和很高濃度的電解質(zhì)溶液，也能處理水溶液和混合溶劑系統(tǒng)。ELE

100、CNRTL利用Electrolyte-NRTL活度系數(shù)方程計算非理想電解質(zhì)溶液的物性。此外，亨利定律用于計算SO2，O2，N2在硫酸中的氣體溶解度。</p><p>　　IDEAL用于計算反應(yīng)單元和換熱單元中氣相的物性。</p><p>　　STEAM-TA物性方法使用1967 ASME蒸汽表關(guān)聯(lián)式來計算熱力學(xué)性質(zhì)，使用水蒸氣國際協(xié)會（IAPS）關(guān)聯(lián)式來計算傳遞性質(zhì)。該物性方法用于計算純水

101、和水蒸氣性質(zhì)，溫度范圍為273.15~1073K，最大壓力為1000bar。本設(shè)計涉及公用工程為冷卻水和蒸汽，溫度和壓力滿足該物性方法使用范圍，故選擇STEAM-TA計算水與水蒸氣所有的熱力性質(zhì)。</p><p><b>　　4.4 化學(xué)反應(yīng)</b></p><p>　　該工藝中所涉及到的主要化學(xué)反應(yīng)和主要的離子反應(yīng)式見表4.1。</p><p&g

102、t;　　表4.1 硫磺制酸中的主要化學(xué)反應(yīng)</p><p>　　Tab 4.1 The main chemical reaction of sulfuric acid from sulfric</p><p>　　4.5 各模塊模型的選擇與設(shè)置</p><p>　　4.5.1 干燥塔T401</p><p><b>　?。?）模型選

103、擇</b></p><p>　　濃硫酸干燥濕空氣實質(zhì)上是一個物理吸收過程，本設(shè)計選擇Radfrac模型模擬計算干燥塔。Radfrac是嚴(yán)格精餾模擬中最常用的模型，能夠準(zhǔn)確地確定各級上的溫度、壓力、流率、相平衡和傳熱速率，它可以模擬精餾塔，吸收塔和汽提塔等。</p><p><b>　?。?）模型設(shè)置</b></p><p>　　干燥

104、塔為常壓操作，全塔壓降為300mmH2O，經(jīng)優(yōu)化后確定塔板數(shù)為6塊，濕空氣從第六塊塔板下方進(jìn)料，硫酸由塔頂進(jìn)料。</p><p>　　Radfrac模擬物理吸收過程時，需要對其進(jìn)行設(shè)置，在Setup頁面中將收斂基礎(chǔ)由Standard改為Custom；在Convergence|Adavanced頁面將Radfrac改為吸收塔，具體見圖4.2。</p><p><b>　　圖4.2干

105、燥塔設(shè)置</b></p><p>　　Fig 4.2 The drying column setting</p><p>　　4.5.2 吸收塔T402，T403</p><p><b>　?。?）模型選擇</b></p><p>　　工藝流程中的兩個吸收塔T402，T403均選用Radfrac模型進(jìn)行模擬。

106、</p><p><b>　?。?）模型設(shè)置</b></p><p>　　兩吸收塔均為常壓操作，T402塔頂操作壓力設(shè)置為2000mmH2O-g，全塔壓降為550mmH2O；T403塔頂操作壓力設(shè)置為1000mmH2O-g，全塔壓降為350mmH2O。兩塔塔板數(shù)均為6塊，氣體均從第6塊板下方進(jìn)料，98%硫酸均為塔頂噴淋。此外，第一吸收塔T402還是用95%硫酸進(jìn)行吸收

107、，第3塊板進(jìn)料。</p><p>　　由于吸收過程發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，即SO3和H2O反應(yīng)生成硫酸，故需要對Radfrac進(jìn)行特別設(shè)置，具體設(shè)置如圖4.3和4.4所示。</p><p>　　圖4.3 吸收塔Reactions設(shè)置</p><p>　　Fig 4.3 Reactions settings in Absorber </p><p>　　

108、圖4.4 吸收塔反應(yīng)C-1設(shè)置</p><p>　　Fig 4.4 Reaction C-1 setting in absorber</p><p>　　4.5.3 焚硫爐F301</p><p><b>　?。?）模型選擇</b></p><p>　　硫磺燃燒機理比較復(fù)雜，是一個連鎖反應(yīng)，過程中產(chǎn)生低級硫氧化物（中間產(chǎn)

109、物）、SO2和SO3等，而具體的可能發(fā)生的反應(yīng)不能確定。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設(shè)計選擇RGibbs反應(yīng)器模擬焚硫爐。RGibbs反應(yīng)器根據(jù)系統(tǒng)的Gibbs自由能趨于最小值的原則，計算同時達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成和相分布。當(dāng)已知（或未知）化學(xué)反應(yīng)式而不知道反應(yīng)歷程和動力學(xué)可行性時，可以使用RGibbs反應(yīng)器估算可能達(dá)到的化學(xué)平衡和相平衡結(jié)果。</p><p><b>　?。?）模型設(shè)置<

110、/b></p><p>　　硫磺燃燒反應(yīng)條件為恒壓絕熱，產(chǎn)物為SO2和SO3等。模擬中，反應(yīng)器設(shè)置如圖4.5和4.6。</p><p>　　圖4.5 反應(yīng)條件設(shè)置</p><p>　　Fig 4.5 Reaction conditions setting</p><p>　　圖4.6 反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)置</p><p&g

111、t;　　Fig 4.6 Reaction products setting</p><p>　　4.5.4轉(zhuǎn)化器R1-5</p><p><b>　?。?）模型選擇</b></p><p>　　轉(zhuǎn)化器分五段轉(zhuǎn)化，實際反應(yīng)時各段催化劑之間對化學(xué)反應(yīng)無影響，所以模擬時可采用五個反應(yīng)器來代替轉(zhuǎn)化器。本設(shè)計選擇5個RStoic反應(yīng)器模擬轉(zhuǎn)化器。RSto

112、ic反應(yīng)器按照化學(xué)反應(yīng)方程式的計量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)，分別指定每個反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，不考慮熱力學(xué)可能性和動力學(xué)可行性。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和進(jìn)口氣體溫度見表4.2。</p><p>　　表4.2 各段轉(zhuǎn)化率和進(jìn)口氣體溫度</p><p>　　Tab 4.2 The temperature of paragraphs conversion rate and inlet gas</p>

113、<p><b>　?。?）模型設(shè)置</b></p><p>　　轉(zhuǎn)化器各段壓降均為150mmH2O，以第一段轉(zhuǎn)化為例說明Rstoic的設(shè)置，其它反應(yīng)器設(shè)置類似。第一段轉(zhuǎn)化器的設(shè)置如圖4.7和圖4.8。</p><p>　　圖4.7 第一段轉(zhuǎn)化器操作條件設(shè)置</p><p>　　Fig 4.7 Operating condition

114、of the first reformer paragraph setting</p><p>　　圖4.8 第一段轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)設(shè)置</p><p>　　Fig 4.8 The first paragraph converter set of chemical reactions</p><p><b>　　4.6 全流程模擬</b><

115、;/p><p>　　完成焚硫爐、轉(zhuǎn)化器、干燥塔和吸收塔等關(guān)鍵設(shè)備的模擬后，并根據(jù)南化公司所提供的余熱回收系統(tǒng)，進(jìn)行了全流程工藝模擬。圖4-9為全流程模擬截圖。</p><p>　　圖4.9 全流程模擬截圖</p><p>　　Fig 4.9 Whole process simulation</p><p>　　第五章 物料與能量衡算</p&

116、gt;<p><b>　　5.1 物料衡算</b></p><p>　　5.1.1 物料衡算依據(jù)</p><p>　　（1）設(shè)計任務(wù)書中確定的技術(shù)方案、產(chǎn)品生產(chǎn)能力、年工作時及操作方法。 </p><p>　?。?）南化公司所提供的要求、設(shè)計參數(shù)及實驗室試驗或中式等數(shù)據(jù)，主要有：</p><p>　　1)