克勞斯法硫磺尾氣回收裝置畢業(yè)設計

1、<p><b>　　本科畢業(yè)設計</b></p><p>　　題 目 4.5萬噸/年三級克勞斯 </p><p>　　煉油廠尾氣硫磺回收設計 </p><p><b>　　學院名稱　 </b></p><p><b>　　專業(yè)班級　 </b></p

2、><p><b>　　學生姓名　 </b></p><p><b>　　導師姓名　 </b></p><p>　　二〇一四年五月三十日</p><p>　　4.5萬噸/年三級克勞斯</p><p>　　煉油廠尾氣硫磺回收設計</p><p>　　作 者

3、 姓 名 </p><p>　　專 業(yè) </p><p>　　指導教師姓名 </p><p>　　專業(yè)技術職務 </p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要1</b></p>

4、<p><b>　　第一章 概述3</b></p><p><b>　　1.1設計描述3</b></p><p>　　1.2產(chǎn)品性能和用途3</p><p>　　1.2.1理化特性3</p><p>　　1.2.2產(chǎn)品特性4</p><p>　　1.

5、3產(chǎn)品生產(chǎn)方法和特點4</p><p>　　1.3.1產(chǎn)品生產(chǎn)方法4</p><p>　　1.3.2生產(chǎn)方法特點4</p><p>　　第二章 工藝方法確定5</p><p><b>　　2.1工藝原理5</b></p><p><b>　　2.2流程敘述5</b&g

6、t;</p><p>　　第三章Aspen Plus方法介紹6</p><p>　　3.1 方法簡述6</p><p>　　3.1.1Aspen Plus 總體介紹6</p><p>　　3.1.2 Aspen Plus功能介紹7</p><p>　　第四章 模擬計算9</p><p>

7、;　　4.1模型選擇及模擬計算9</p><p>　　4.1.1模型選擇9</p><p>　　4.1.2模擬計算11</p><p>　　第五章 換熱器計算20</p><p>　　5.1換熱器的計算選型20</p><p>　　5.1.1所選換熱器參數(shù)匯總表。28</p><p>

8、;　　5.2換熱器的選型28</p><p>　　5.3 浮頭式換熱器的介紹29</p><p>　　第六章 其他設備的選材30</p><p>　　6.1硫磺回收裝置設備腐蝕類型30</p><p><b>　　6.2工業(yè)爐30</b></p><p>　　6.2.1酸性氣燃燒爐30

9、</p><p>　　6.2.2燃燒爐廢熱鍋爐31</p><p>　　6.2.3反應器選擇31</p><p>　　6.3各設備重要接管口口徑確定33</p><p>　　參 考 文 獻35</p><p><b>　　致 謝36</b></p><p>&l

10、t;b>　　附錄37</b></p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本設計采用三級克勞斯法，該法中全部酸氣進入反應爐，要求嚴格配給空氣量，以使酸氣中的全部烴完全燃燒，而H2S僅有1/3氧化成SO2，使剩余2/3的H2S與氧化成的SO2在理想的配比下進行催化轉(zhuǎn)化，以獲取更高的轉(zhuǎn)化率。該類工藝流程經(jīng)過三級轉(zhuǎn)化器、四級冷凝器以

11、出去最后生成的硫，分離出液態(tài)硫后的尾氣通過捕集器，進一步捕集液態(tài)硫后進入尾氣處理裝置進一步處理后排放。各級冷凝器及捕集器中分離出來的液態(tài)硫流入硫儲罐，經(jīng)造粒成型后即為硫磺產(chǎn)品。</p><p>　　關鍵詞：硫磺 回收 三級克勞斯 催化轉(zhuǎn)化</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　This design uses

12、 three levels of Chronos law, all in the Act of acid gas into the reactor, calls for strict rationing of air volume to allow complete combustion of all hydrocarbons in the acid gas, just one-third oxidized to SO2 and H2S

13、, the remaining two-thirds oxidized to SO2 and H2S in an ideal ratio of the catalytic converter to obtain a higher conversion rate. Process flow of the class, after a three-level converter, four-level condenser resulting

14、 sulfur, separating out of liquid sulfur exh</p><p>　　Key words: sulfur recovery grade Chronos condenser</p><p><b>　　第一章 概述</b></p><p><b>　　1.1設計描述</b></

15、p><p>　　隨著我國國民經(jīng)濟的快速增長,我國的石油、天然氣工業(yè)也得到高速發(fā)展。與此同時,含硫原油加工量和含硫天然氣處理量隨之相應增加,因此,伴隨著產(chǎn)生的脫硫與硫磺回收技術問題是不容忽視的。在該技術領域,我國經(jīng)過幾十年的發(fā)展,在依靠自身力量開發(fā)脫硫、硫磺回收及尾氣處理工藝的同時,先后全套或部分引進國外先進技術。經(jīng)過消化吸收,我們已經(jīng)形成配套的脫硫、硫磺回收及尾氣處理工藝技術,但與國外先進水平相比仍然存在一定差距。&

16、lt;/p><p>　　克勞斯法硫磺回收雖然并非屬于氣體凈化工藝，但由醇胺法脫硫"克勞斯法硫磺回收"配套尾氣處理技術組成工藝技術路線經(jīng)余年的技術開發(fā)，現(xiàn)已成為從含硫天然氣和煉廠氣中回收硫磺最重要的技術路線。</p><p>　　1.2產(chǎn)品性能和用途</p><p><b>　　1.2.1理化特性</b></p>&

17、lt;p><b>　　硫磺</b></p><p><b>　　物理性質(zhì)</b></p><p>　　黃色晶體。有多種同素異形體.</p><p><b>　　1、斜方硫</b></p><p>　　又叫菱形硫或α-硫，在95.5℃以下最穩(wěn)定，密度2.1g/cm3，熔點1

18、12.8℃，沸點445℃，質(zhì)脆，不易傳熱導電，難溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳；</p><p><b>　　2、單斜硫</b></p><p>　　又稱β-硫，在95.5°以上時穩(wěn)定，密度1.96g/cm3；</p><p><b>　　3、彈性硫</b></p><p>　　又稱γ

19、-硫是無定形的，不穩(wěn)定，易轉(zhuǎn)變?yōu)棣?硫。</p><p>　　斜方硫和單斜硫都是由S8環(huán)狀分子組成，液態(tài)時為鏈狀分子組成，蒸氣中有S8、S4、S2等分子，1000℃以上時蒸氣由S2組成。</p><p><b>　　化學性質(zhì)</b></p><p>　　主含單質(zhì)硫S8,尚有少量鈣、鐵、鋁、鎂和微量硒、碲等元素．</p><p

20、>　　化學性質(zhì)比較活潑，能跟氧、氫、鹵素（除碘外）、金屬等大多數(shù)元素化合，生成離子型化合物或共價型化合物。</p><p>　　硫單質(zhì)既有氧化性又有還原性。如硫跟鐵共熱生成硫化亞鐵，跟碳在高溫下生成二硫化碳，常溫下跟氟化合生成六氟化硫，加熱時跟氯化合生成S2Cl2。</p><p><b>　　1.2.2產(chǎn)品特性</b></p><p>

21、　　硫的消費形式有元素硫和硫酸。世界 80%以上的硫是以硫酸形式消費的。磷肥業(yè)是硫酸最大用戶，約占總消費量的三分之二。硫磺的主要用途：   (1)大部分的硫磺被用做制造磷肥的原料

22、，為世界上許多快速發(fā)展的國家提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)力作出了巨大的貢獻。除了制造磷肥產(chǎn)品外，硫磺被轉(zhuǎn)化為硫酸和用于生產(chǎn)其它化學和工業(yè)產(chǎn)品的比例越來越高。 例如，用于濾取含有金屬的巖石，農(nóng)用化學品的生產(chǎn)，塑料和合成橡膠的生產(chǎn)，紙漿和紙的生產(chǎn)過程，以及普通化學品的生產(chǎn)。</p><p>　　(2)硫磺屬多功能藥劑，除有殺菌作用外，還能殺螨和殺蟲。用于防治各種作物的白粉病和葉螬等。</p><p>　　(3

23、)蔬菜還使用硫磺膠懸劑主要用于防治瓜類白粉病，如黃瓜、甜瓜（香瓜）、南瓜等。</p><p>　　1.3產(chǎn)品生產(chǎn)方法和特點</p><p>　　1.3.1產(chǎn)品生產(chǎn)方法</p><p>　　利用克勞斯裝置凈化尾氣中的硫化物回收硫磺工藝現(xiàn)已得到了迅速發(fā)展，其具體工藝流程有20多種，主要有傳統(tǒng)克勞斯工藝，低溫克勞斯工藝、超級克勞斯(SuperClaus)工藝，帶有SCOT

24、 尾氣處理的克勞斯工藝等。其中超級克勞斯工藝是在兩級普通克勞斯轉(zhuǎn)化之后，第三級改用選擇性氧化催化劑，將H2S直接氧化成元素硫，傳統(tǒng)克勞斯工藝要求H2S/SO2 摩爾比值為2的條件下進行，而此種工藝卻維持選擇性氧化催化段在富H2S條件下舉行，一改以往單純增加級數(shù)來提高H2S的回收率的方法。</p><p>　　1.3.2生產(chǎn)方法特點</p><p>　　經(jīng)過半個多世紀的演變，克勞斯工藝在催化

25、劑研制、自控儀表應用、材質(zhì)和防腐技術改善等方面取得了很大的進展，但在工藝技術和基本設計方面變化不大，普遍采用的仍然是直流式或分流式工藝。由于受反應溫度下化學反應平衡和傳統(tǒng)克勞斯工藝本身的限制，即使在設備和操作條件良好的情況下，使用活性好的催化劑和采用三級轉(zhuǎn)化工藝,其工藝過程為含有 H2 S的酸性氣體在克勞斯爐內(nèi)燃燒,使部分H2 S氧化為SO2 ,然后SO2 再與剩余的未反應的H2 S在催化劑作用下反應生成硫磺。三級轉(zhuǎn)化的工藝硫回收率為9

26、8.5,--99％。三級轉(zhuǎn)化器中的一級轉(zhuǎn)化器是常規(guī)的CLAUS轉(zhuǎn)化器，后兩級轉(zhuǎn)化器在亞硫露點下</p><p>　　操作，依次進行再生，定期切換操作。</p><p>　　三級轉(zhuǎn)化的三個轉(zhuǎn)化器起到了常規(guī)CLAUS加上尾氣處理的作用，因此這種方法相對來說流程簡單、設備投資和操作費用較低，是一種競爭能力很強的硫回收工藝。</p><p>　　的尾氣處理工藝，適于中小型硫

27、磺回收裝置</p><p>　　本法的優(yōu)點在于操作靈活方便，技術來源可靠，設備成本低，操作運行費用低等優(yōu)點。</p><p>　　第二章 工藝方法確定</p><p><b>　　2.1工藝原理</b></p><p>　　克勞斯法回收硫的基本反應如下：</p><p>　　H2S＋1／2O2→

28、S＋H2O （1）</p><p>　　H2S＋3／2O2→SO2＋H2O （2）</p><p>　　2H2S＋SO2→3S＋2H2O （3）</p><p>　　反應（1）（2）在燃燒室中進行，在溫度1150℃－1300℃，壓力0.06MPa和嚴格控制氣量的條件下，將硫化氫燃燒成二氧化硫，為催化反應提供（H2S＋CS2）／SO2為

29、2／1的混合氣體。</p><p>　　此氣體通過AL2O3基觸媒，按反應（3）生成單質(zhì)硫。</p><p><b>　　2.2流程敘述</b></p><p>　　來自上游工序的酸性氣溫度為37.2℃，壓力為0.22MPa，經(jīng)進料管分離罐分出挾帶液后，進入 H2S燃燒爐。該流股經(jīng)過控制閥后壓力降為101.3KPa進入H2S燃燒爐，在H2S燃燒

30、爐中，酸性氣和一定比例的反應空氣發(fā)生燃燒反應，反應生成SO2的和燃燒反應剩余的H2S進一步發(fā)生部分克勞斯反應，反應后的酸性氣體溫度可達800℃以上。高溫酸性氣隨后進入H2S余熱回收器,回收廢熱并副產(chǎn)蒸汽，同時將反應生成的單質(zhì)硫部分冷凝。</p><p>　　高溫酸性氣廢熱的回收是通過其中的廢熱鍋爐及其后的換熱器進行，換熱后冷凝大部分S，通過再熱器加熱到320℃進入克勞斯反應器一段。在該段床層酸性氣中的H2S和SO

31、2在催化劑的作用下發(fā)生克勞斯反應生成單質(zhì)硫，H2S的轉(zhuǎn)化率為70％～75％。流出反應器的酸性氣體溫度約為340℃，經(jīng)過H2S余熱回收器回收廢熱后，溫度降為175℃，同時絕大部分的單質(zhì)硫被冷凝下來。為達到克勞斯反應器二段所需的溫度，流程中設置了第二再熱器，酸性氣進入該加熱器預熱到約280℃后進入克勞斯反應器二段繼續(xù)進行克勞斯反應以回收剩余的硫。在二段反應床中，H2S的轉(zhuǎn)化率約為35％，反應后的酸性氣溫度約為255℃。經(jīng)過H2S余熱回收器回

32、收該股的廢熱后，流股的溫度降至175℃，其中的單質(zhì)硫也被大部分冷凝分離。經(jīng)過第二再加熱器預熱至240℃后該流股進入反應器三段發(fā)生克勞斯反應，此時H2S的轉(zhuǎn)化率約為20％左右。由于經(jīng)過前面的一、二反應床后，剩余的H2S和SO2均已較少，因而反應熱不多，故反應后的酸性氣體與入口相比，溫升不大。該股酸性氣體經(jīng)過最終冷凝器,進一步冷凝分離其中的單質(zhì)硫。最終冷凝器產(chǎn)生約300Kg／h的120℃低壓蒸汽，低壓蒸</p><p&g

33、t;　　克勞斯反應器各段反應生成的熔融硫分別通過管線被統(tǒng)一收集到硫磺池中,熔融硫由硫磺泵輸送至硫磺造粒機生產(chǎn)固體硫磺成品。</p><p>　　H2S余熱回收器副產(chǎn)的低壓蒸汽送至界區(qū)的低壓蒸汽管網(wǎng)進行余熱利用。</p><p><b>　　2.3流程簡圖</b></p><p>　　2.4 本設計研究方法

34、 </p><p>　　由于化工模擬軟件大量應用到化工過程設計的各個環(huán)節(jié)，這為化工工藝設計提供了很大的方便。近幾年來，化工模擬軟件在大、小設計單位及其他研究部門得到了空前廣泛的普及。它讓人們擺脫了繁冗的計算過程，得到了人工算法不能達到的計算精度。為實際的工業(yè)生產(chǎn)提供了更為精確、嚴格、緊密的工藝條件，大大優(yōu)化了工藝

35、控制條件，提高了生產(chǎn)效率，降低了生產(chǎn)成本。</p><p>　　本設計所采用的研究方法為Aspen Plus模擬研究，最主要是通過Aspen Plus對轉(zhuǎn)化器和換熱器及整個三級克勞斯過程模擬優(yōu)化。</p><p>　　第三章Aspen Plus方法介紹</p><p><b>　　3.1 方法簡述</b></p><p>

36、;　　3.1.1Aspen Plus 總體介紹</p><p>　　Aspen Plus是非常龐大的通用化工流程模擬系統(tǒng)。在1982年，為了使其在全球范圍內(nèi)實現(xiàn)商品化，在美國隨即成立了Aspen Tech公司，將之稱其作Aspen Plus。這個非常龐大的化工模擬軟件經(jīng)過近20多年的不斷地提高和擴充，先后共推出了十余個版本成為了全球公認的通用大型化工流程模擬軟件。</p><p>　　As

37、pen Plus具有最超前的數(shù)據(jù)計算方法，能使化工流程中的循環(huán)物流和設計規(guī)定快速而精準地收斂。這些方法包括直接迭代法（Wegstein）、正割法（Secant）、擬牛頓法、Broyden法等。</p><p>　　Aspen Plus軟件還能給用戶提供Model Manager專家引導系統(tǒng)，幫助新手用戶進行化工流程模擬，當用戶不知道怎么進行下一步操作時，只要點擊NEXT按鈕，Aspen Plus就能自動進行下一步

38、的操作提示。</p><p>　　利用Aspen Plus模擬軟件還可以自己開發(fā)一個化工流程模擬的模型，或是通過物料及其能量衡算來計算出所有流股的條件及狀態(tài)。集成序貫模塊法和聯(lián)立方程法的求解引擎，不僅可提升模擬計算結(jié)果的精確度，還可以較為快速的模擬流程過程，大大節(jié)約了運行模型的時間，這對處理較大型、繁冗或帶內(nèi)部循環(huán)的化工流程尤其重要。 </p><p>　　Aspen Plus是以嚴格機理

39、模型發(fā)家的，后來逐步發(fā)展起針對不同用場、不同層面的Aspen工程套件（Aspen Engineering Suite，簡稱AES）產(chǎn)品系列。</p><p>　　不容置疑，工程套件的核心是Aspen Plus，它可較為廣泛地運用于新工藝的開發(fā)、化工裝置設計的優(yōu)化，以及脫瓶頸的分析與改造。Aspen Plus穩(wěn)態(tài)模擬工具含有豐富的物性數(shù)據(jù)庫，可以處理非理想、極性高的復雜物系；以及一系列拓展的單元模型庫。此外還具有靈

40、敏度分析、自動排序、多種收斂方法，以及報告等功能。 </p><p>　　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：</p><p>　　（1）畫流程圖，選擇合理的單元操作模型。</p><p>　?。?）選定輸入、輸出單位。</p><p>　?。?）輸入流入股流中的化學組分。</p><p>　?。?）

41、選擇合適的物性方法。</p><p>　?。?）輸入已知進料流股條件。</p><p>　?。?）規(guī)定單元操作模型的設計條件及操作條件。</p><p>　?。?）運行并查看結(jié)果。</p><p>　?。?）進行高級功能的設定、研究。</p><p>　　3.1.2 Aspen Plus功能介紹</p>

42、<p>　　Aspen Plus的五大基本功能</p><p>　　Aspen Plus基本功能</p><p>　　化工系統(tǒng)模擬主要解決的問題包括三大類即：操作型、設計型和最優(yōu)化問題。</p><p><b>　　(1) 操作型問題</b></p><p>　　操作型問題是Aspen Plus解決的最基本和最

43、簡單的問題，大概是在已知單元操作模型輸入有關流股的可變狀態(tài)參數(shù)和有關設計設備參數(shù)，主要是針對現(xiàn)有的工藝過程進行模擬，在結(jié)果里列出輸出要求流股的狀態(tài)及其工藝過程設備等參數(shù)。</p><p><b>　　(2) 設計型問題</b></p><p>　　設計型問題是一個有較高要求的問題，同操作型問題一樣要在已知單元操作模型輸入流股參數(shù)及其設備參數(shù)（注意要留有可調(diào)的部分）和產(chǎn)

44、品要求條件下，通過模擬計算，設計開發(fā)出一個新的工藝流程，并確定該新流程的有關內(nèi)容（結(jié)構、設備參數(shù)及進料條件等）。</p><p><b>　　(3) 最優(yōu)化問題</b></p><p>　　最優(yōu)化問題則通過操作型或設計型問題設定約束條件，確定最終要求的目標函數(shù)，運用Aspen Plus自帶或自己編寫的優(yōu)化程序，適當?shù)卣{(diào)整可調(diào)的輸入流股條件和設備參數(shù)，使得設計工藝達到最

45、優(yōu)化的一個過程。</p><p>　　如果生產(chǎn)工藝還沒有確定，最優(yōu)化的目標就是要選擇一個在生產(chǎn)上可行、在技術上先進、在環(huán)境上友好、在經(jīng)濟上合理的最優(yōu)化的設計方案。</p><p>　　如果生產(chǎn)工藝已經(jīng)確定時，生產(chǎn)工藝流程和設備條件不能再進行改變，最優(yōu)化的目標就是優(yōu)質(zhì)、高產(chǎn)、低消耗。這其實就是一個生產(chǎn)過程的優(yōu)化操作與控制的問題。 </p><p><b>　

46、　第四章 模擬計算</b></p><p>　　4.1模型選擇及模擬計算</p><p><b>　　4.1.1模型選擇</b></p><p>　　RStoic—化學計量反應器</p><p>　　性質(zhì)：按照化學反應方程式中的計量關系進行反應，有并行反應和串聯(lián)反應兩種方式，分別指定每一反應的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量。已

47、知化學反應方程式和每一反應的轉(zhuǎn)化率或產(chǎn)量，不知化學動力學關系。</p><p><b>　　1.反應器</b></p><p>　　本設計各個反應物及生成物已知，各計量系數(shù)同樣已知故選用Rstoic反應器。</p><p><b>　　2.加熱/冷凝器</b></p><p>　　在流程中主要用來簡

48、單模擬冷卻硫磺蒸汽的冷凝器和再熱爐，選用heater</p><p><b>　　3.分離器</b></p><p>　　分離器較為簡單主要用于冷凝后液流與混合氣相的分離 選用Spe2。</p><p>　　畫出模擬流程圖并命名個單元（Block）以及各個物流如圖4-1</p><p><b>　　圖4-1&l

49、t;/b></p><p><b>　　4.1.2模擬計算</b></p><p>　　本設計為年產(chǎn)4.5千噸/年硫磺回收裝置，設備運轉(zhuǎn)300d每天按24h計算，則硫磺產(chǎn)量為0.625Kg/h。</p><p>　　對于整個流程模擬首先輸入題目如圖4-2</p><p><b>　　圖4-2</b&

50、gt;</p><p>　　2.點擊NEXT出現(xiàn)輸入組分窗口如圖4-3</p><p><b>　　圖4-3</b></p><p>　　3.定義輸出結(jié)果單位如圖.4-4</p><p><b>　　圖4-4</b></p><p>　　4.選擇物性方法如圖4-5</p

51、><p>　　這個窗口是物性方法設定表格，選擇Aspen Plus 執(zhí)行模擬中要使用的基本方法，這里選擇“PR-BM”方法。</p><p><b>　　圖4-5</b></p><p>　　5.輸入進料物流，以空氣（一級再熱器KQ1）為例，如圖4-6</p><p>　　輸入溫度壓力流量及組成。所有外來物流均需要輸入?yún)?shù)。

52、</p><p><b>　　圖4-6</b></p><p>　　6.所有物流輸入結(jié)束后輸入各個模型參數(shù)。</p><p>　　（1）反應器（以FYQ1為例）。如圖4-7</p><p>　　輸入反應溫度以及壓力</p><p><b>　　圖4-7</b></p&g

53、t;<p>　?。?）在Edti Stoichometry窗口輸入化學反應式。如圖4-8</p><p><b>　　圖4-8</b></p><p>　　（3）再熱器參數(shù)輸入（以ZRQ1為例）。如圖4-9</p><p><b>　　圖4-9</b></p><p>　?。?）冷凝器

54、參數(shù)輸入（以LNQ1為例）。如圖4-10</p><p><b>　　圖4-10</b></p><p>　　（5）分離器參數(shù)輸入（以S1分離為例）。如圖4-11</p><p>　　冷凝后氣相為混合氣體液相為產(chǎn)品S故只需將液相分離即可。</p><p><b>　　圖4-11</b></p&

55、gt;<p>　　其他外來流股與模型參數(shù)設定與以上過程類似這里從略。</p><p><b>　　7.模擬計算</b></p><p>　　所有物流和參數(shù)輸入結(jié)束后系統(tǒng)提示如圖4-12</p><p><b>　　圖4-12</b></p><p>　　點擊OK得出計算結(jié)果如圖4-13

56、</p><p><b>　　圖4-13</b></p><p>　　從圖中可看出本次模擬無錯誤和警告。</p><p>　　8.各個物流計算結(jié)果匯總</p><p><b>　　（1）進料物流計算</b></p><p>　　進料物流分別為一二三級再熱器空氣進料，以及由燃燒

57、爐出來的酸氣。見表4-1</p><p><b>　　表4-1</b></p><p><b>　?。?）出口物流計算</b></p><p>　　出口物流為三個分離器回收的硫磺以及尾氣見表4-2</p><p><b>　　表4-2</b></p><p&

58、gt;　　詳細計算結(jié)果以及各個模型進出物流見附表1</p><p>　　各個物料參數(shù)匯總表4-3</p><p><b>　　表4-3</b></p><p><b>　　第五章 換熱器計算</b></p><p>　　5.1換熱器的計算選型</p><p>　　以冷凝器1為

59、例詳細描述計算過程,換熱器計算輸入過程中的數(shù)據(jù)均查自于化工工藝設計手冊（第四版）,建立模型為Heat-X雙物流換熱器模型。</p><p>　　選擇HeatX 如圖5-1 ，5-2</p><p><b>　　圖5-1</b></p><p>　　圖5-2 換熱器模型</p><p>　　Setup數(shù)據(jù)輸入見圖5-3，圖

60、5-4和圖5-5。</p><p>　　圖5-3 Specifivations窗口</p><p>　　在此窗口選擇換熱器詳細計算Detailed ， 熱物流走管程， 定義出口熱物料汽化分率，選擇流動方向逆流Countercurrent。</p><p>　　圖5-4 Film Coefficient</p><p>　　在此窗口分別輸入

61、熱物料污垢系數(shù)值0.00026，和冷物料污垢系數(shù)值0.00034。</p><p>　　圖5-5 LMTD輸入</p><p>　　在這里選擇對數(shù)平均溫差法見圖5-6。</p><p>　　圖5-6 U Method輸入</p><p>　　在這里選著計算總傳熱系數(shù)的方法，采用選擇幾何尺寸的方法。</p><p>　　

62、Geometry的輸入見圖5-7，圖5-8，圖5-9和圖5-10。</p><p>　　圖5-7 Shell輸入</p><p>　　在這里我們輸入換熱器的殼體類型E-One pass shell,管程數(shù)4，臥式換熱器Horizontal 殼體內(nèi)徑 0.8米。</p><p>　　圖5-8 Tubes輸入</p><p>　　在這里定義管

63、子類型選光滑管Bare tubes，管子總數(shù)588，管子長度6m，管子排列方式選旋轉(zhuǎn)正方形排列Rot-square,管心距 0.025m，管子內(nèi)徑0.015m,外徑0.019m。</p><p>　　圖5-9 Baffles輸入</p><p>　　在這里輸入折流板數(shù)目11塊，弓形折流板的切口高度0.3。</p><p>　　圖5-10 Nozzles輸入<

64、;/p><p>　　在這里輸入管嘴的幾何尺寸全部為0.3m。 </p><p>　　在這里定義冷卻水進口，溫度32°，壓力5bar,質(zhì)量流量142000kg/hr，組成選擇質(zhì)量分率 ，選擇水定義1。其他選項為默認值。</p><p>　　圖5-15 換熱器結(jié)果 Exchanger Details 輸出</p>&l

65、t;p>　　在這里可看到換熱器的熱負荷，換熱器需要的面積，實際提供的換熱面積，換熱器余留換熱面積56.7780937符合設計要求，以及傳熱系數(shù)等。</p><p>　　圖5-16 換熱器結(jié)果Pres Drop/Velocities輸出</p><p>　　在這里可看到管程和殼程換熱器壓降，管口壓降，總壓降等都符合設計要求。</p><p><b>　

66、　換熱器物流總覽</b></p><p>　　圖5-17 換熱器物流總覽</p><p>　　從圖5-15可以看到，換熱器的設計是合理的，各股物料的進出口溫度都符合要求。 </p><p>　　換熱器的輸出見圖5-20和圖5-21。 </p><p><b>　　圖5-20</b></p>&l

67、t;p><b>　　圖5-21</b></p><p>　　換熱器為浮頭式換熱器熱負荷為374kw,需要換熱面積70sqm,實際提供換熱面積110sqm，面積余量58sqm。</p><p>　　換熱器的輸出見圖5-22和圖5-23。</p><p>　　圖5-22 換熱器Exchange Details輸出</p><

68、;p>　　圖5-23 B6換熱器物流總覽輸出</p><p>　　B6換熱器熱負荷338kw,需要換熱面積66sqm，實際提供換熱面積110sqm,換熱器面積余量67sqm。</p><p>　　5.1.1所選換熱器參數(shù)匯總表。</p><p>　　本設計所選換熱器參數(shù)匯總見表5-1。</p><p>　　表5-1 換熱器參數(shù)表<

69、;/p><p>　　注：a.浮頭式排管數(shù)按正方形旋轉(zhuǎn)45°，虹吸式按旋轉(zhuǎn)三角形排列計算。</p><p>　　b.計算換熱面積按光管及公程壓力2.5MPa的管板厚度計算。</p><p><b>　　5.2換熱器的選型</b></p><p>　　(1) 影響換熱器選型的因素</p><p>

70、;　　換熱器的種類繁多，在對換熱器進行選型時，有許多因素要考慮，主要包括流體的性質(zhì)﹑壓力﹑溫度﹑壓降以及可調(diào)范圍；對清洗和維修的要求；材料價格及制造成本；現(xiàn)場安裝和維修的難易程度；動力消耗的大??；使用壽命和可靠性（包括使用的安全性和可行性）等。 另外，在換熱過程中流體的種類 、流量、 粘度和熱導率等一些物理性質(zhì)以及熱敏性、腐蝕性等化學性質(zhì)，在選型的過程中都要考慮在內(nèi)。當然工藝條件 、各種費用 、安裝條件的允許范圍等因素，要使換熱器在

71、其有生之年，盡其所能。</p><p>　　(2) 換熱器應達到的要求</p><p>　　要滿足工藝要求，具有較高的傳熱效率，低壓力降；重量輕但能夠承受操作壓力，有可靠的使用壽命；產(chǎn)品質(zhì)量高，操作安全性高；所使用材料與過程流體相容；設計簡單，制造方便，安裝容易，易于維護和檢修。 </p><p>　　(3) 換熱器的類型</p><p>　

72、　換熱器的種類很多，根據(jù)其熱量傳遞的方法的不同，可以分為3種形式：間壁式、直接接觸式和蓄熱式。根據(jù)結(jié)構大致可以分為管式換熱器和板式換熱器。 各種換熱器的特點 板式換熱器的單位體積的傳熱面積較大，并且設備緊湊，耗材少，傳熱系數(shù)大，熱損失少，但能力較差，加工難度較大，成本較高。管式換熱器的應用已有很悠久的歷史，現(xiàn)在，它被當作一種傳統(tǒng)的標準換熱設備在很多工業(yè)部門中大量使用，尤其在石油、化工、能源設備等部門所使用的換熱設備中，列管式換熱器仍處于

73、主導地位。雖然列管式換熱器在傳熱效率、緊湊性和金屬耗量等方面不及某些新型換熱器，但它具有結(jié)構簡單、堅固耐用、適應性強、制造材料廣泛等獨特的優(yōu)點，因而在換熱設備中仍處于主導地位。</p><p>　　5.3 浮頭式換熱器的介紹</p><p>　　(1) 工作原理 </p><p>　　浮頭式換熱器屬于間壁式換熱器其換熱管內(nèi)構成的流體通道稱為管程換熱管外構成的流

74、體通道稱為殼程。管程和殼程分別通過兩不同溫度的流體時溫度較高的流體通過換熱管壁將熱量傳遞給溫度較低的流體溫度較高的流體被冷卻溫度較低的流體被加熱進而實現(xiàn)兩流體換熱工藝目的。</p><p>　　(2) 主要技術特性</p><p>　　 浮頭式換熱器與其它類型的換熱器比較有以下主要技術特性。</p><p>　　 1）管束可以抽出以方便清洗管、殼程。 &l

75、t;/p><p>　　2） 介質(zhì)間溫差不受限制。 </p><p>　　3） 可以在高溫高壓下工作一般溫度小于等于450℃，壓力小于等于64Mpa。 4） 可用于結(jié)垢比較嚴重的場合。 </p><p>　　5） 多用于管程腐蝕場合。</p><p>　　6）但小浮頭易發(fā)生內(nèi)漏金屬材料耗量大成本高結(jié)構復雜。</p><p

76、><b>　　(3) 構成 </b></p><p>　　浮頭式換熱器由管箱、殼體、管束、浮頭蓋等、外頭蓋主要元件構成。管束是管殼式換熱器的核心其中換熱管作為導熱元件決定換熱器的熱力性能。另一個對換熱器熱力性能有較大影響的基本元件是折流板。管箱和殼體主要決定浮頭式換熱器的承壓能力及操作運行的安全可靠性。 </p><p>　　第六章 其

77、他設備的選材</p><p>　　6.1硫磺回收裝置設備腐蝕類型</p><p>　　硫磺回收聯(lián)合裝置的腐蝕類型主要有高溫硫腐蝕、濕硫化氫腐蝕、露點腐蝕、胺液腐蝕等。</p><p><b>　　高溫硫腐蝕：</b></p><p>　　腐蝕機理：發(fā)生在鋼材表面的均勻腐蝕。通常發(fā)生在t≥240℃在426-430℃之間的腐

78、蝕速度最快。在設備開始操作時腐蝕較快，隨著操作時間的延長，腐蝕速率逐漸減慢。這是因為生成的FeS在金屬表面形成了一層保護膜的緣故。</p><p>　　發(fā)生部位：通常發(fā)生在Claus單元的燃燒爐、硫冷器、一二三級反應器、氣氣換熱器及其附屬管線</p><p><b>　　露點腐蝕：</b></p><p>　　腐蝕機理：是飽和蒸汽因冷卻而凝結(jié)成

79、液體對材料造成的腐蝕。</p><p>　　發(fā)生部位：尾氣焚燒爐到煙囪之間的管線和設備、冷卻過度時的硫冷器。</p><p><b>　　其他設備選材原則</b></p><p>　　1．凡選用的材料在使用中有可能發(fā)生應力腐蝕開裂的情況，設備制造完畢后必須</p><p><b>　　進行焊后熱處理。</

80、b></p><p>　　2．凡選用的材料，在使用中可能發(fā)生各種類型脆性破壞的部位，均應給出相應的</p><p><b>　　控制指標。</b></p><p>　　硫磺回收裝置主要設備的選材</p><p>　　硫磺回收裝置是由燃燒爐,反應器,冷凝器,分離器幾部分組成的，</p><p>

81、;　　共4.5萬噸／年的能力，其中：</p><p><b>　　反應器：3臺</b></p><p><b>　　換熱器：3臺</b></p><p><b>　　風機：4臺</b></p><p><b>　　燃燒爐：1座</b></p>

82、<p><b>　　6.2工業(yè)爐</b></p><p>　　6.2.1酸性氣燃燒爐</p><p>　　酸性氣燃燒爐設計具有以下結(jié)構特點：</p><p>　　(1)燃燒爐不設防爆門，殼體按0.2MPa設計壓力設計。</p><p>　　(2)殼體設計工作壁溫為200--250"C，以有效防止露點

83、腐蝕。</p><p>　　(3)爐體外部設置防雨罩，可在各種氣象條件下確保殼體工作壁溫。</p><p>　　“)爐襯設計溫度按1600℃，最高允許工作溫度為1800℃，迎火面選用LS．GNZ</p><p>　　耐火剛玉磚，第二層選用QMS一1700的耐磨耐酸襯里，第三層用QMS．1200的隔熱耐酸襯里，這種結(jié)構的優(yōu)點是耐火溫度高，隔熱效果好，使用壽命長，可保證

84、使用壽命在l0年以上。</p><p>　　(5)酸性氣燃燒爐爐膛分為兩個區(qū)域，即高溫燃燒區(qū)(I區(qū))和混合區(qū)(II區(qū))，高溫燃燒區(qū)的溫度為1420"C，這是為了使酸性水汽提酸性氣中的NH3能夠完全分解氧化，混合區(qū)的溫度為1340℃；酸性氣燃燒爐的停留時間按1．2秒考慮。</p><p>　　(6)爐內(nèi)設花墻、人孔及擾流凸臺等，花墻結(jié)構按照等強度原則優(yōu)化設計。</p>

85、<p>　　酸性氣燃燒爐采用臥式爐，爐殼體直徑為3400mm，爐子切線長度(不含燃燒器)為8500mm。金屬總重為20噸，非金屬總重約為70噸。</p><p>　　6.2.2燃燒爐廢熱鍋爐</p><p>　　廢熱鍋爐產(chǎn)生4．4MPa的中壓蒸汽，殼體設計壓力為4．65MPa，操作熱負荷21800KW，產(chǎn)汽量為32．4t／h。以上這些參數(shù)在國內(nèi)硫磺回收裝置中均比較高，而且也超出

86、了國內(nèi)行業(yè)標準GBl51《鋼制管殼式換熱器》及GB／T16508．1996《鍋殼鍋爐受壓元件強度計算》的適用范圍，因此，設計及制造均具有相當大的難度。</p><p>　　6.2.3反應器選擇</p><p>　　一、二、三級反應器均采用臥式結(jié)構。</p><p>　　一、二級反應器設備內(nèi)部采用內(nèi)置耐酸隔熱襯里，外設保溫層結(jié)構，活動支座采</p>&l

87、t;p>　　用滾動鞍式支座。外型尺寸分別為牽3800X 11400(切)，設計空速為850h-1。</p><p>　　固定床反應器的工藝設計</p><p>　　如果放熱反應是在絕熱固定床反應器中進行，則氣流的溫度將沿著入口到出口的方向增加。另一方面，如果吸熱反應是在同樣的反應器中進行，則氣流的溫度將會沿著反應器的長度降低。</p><p>　　為了適應此模

88、型，反應器必須符合下列條件:</p><p>　　反應器和周圍環(huán)境不應有熱交換(絕熱條件)。</p><p>　　通過固定床催化劑床的流動應該是在床層內(nèi)任何一點反應物流的線速度都是相同的。</p><p><b>　　不應有軸向擴散。</b></p><p><b>　　不應有徑向擴散。 </b>&

89、lt;/p><p>　　Fyodx = rvdV = rvAcdz </p><p>　　Fyodx(-?H) = ∑miCpidT</p><p>　　式中, (-?H)——整個反應系統(tǒng)的反應熱；</p><p>　　mi—每一種反應物(包括反應物和產(chǎn)物)的克分子流量， kmo1／s；</p><p>　　Cpi——每一

90、種反應物的克分子熱容量，kmol／(kmo1.K)。 </p><p>　　設計用于放熱反應的固定床氣體反應器</p><p>　　對絕熱反應器的限制是由限定的出口溫度t最大決定的，達到此溫度標志著某些不理想的過程如副反應、選擇性不良和催化劑嚴重結(jié)垢開始出現(xiàn)。如末達到所要求的轉(zhuǎn)化率x，溫度就已上升到限制溫度，此時，可采用幾個方法中的一個在溫度不超過t最大的情況下來提高x使其達到所要求的值。

91、</p><p><b>　　方法</b></p><p>　　(1)把催化劑體積分成兩個或兩個以上的床層，以便使每一床層都達到t最大；</p><p>　　(2)用間接換熱器冷卻兩相鄰床層之間的氣體反應物使其回到第一床層入口溫度to </p><p><b>　　設計思路： </b></

92、p><p>　　(1) 根據(jù)反應氣體混合物的初始組成，催化劑動力學參數(shù)，作過程的平衡曲線與最佳溫度曲線。</p><p>　　a．平衡曲線： 根據(jù)r = 0，可得 XA，eq = f（Teq）</p><p>　　b．最佳溫度曲線：根據(jù)r/T = 0， 可得 XA = f（Topt）</p><p>　　(2) 假定第一段入口溫度為To1，&l

93、t;/p><p>　　T = To + Λ（XA-XAO）得出T=320.23℃</p><p>　　其中，Λ= NTOyAO（-△HR）/NTCP</p><p>　　求解出第一段出口轉(zhuǎn)化率與出口溫度XA1，T1。 </p><p>　?。?）第一段出口速率等于第二段入口速率，可求出第二段入口溫度TO2</p><p>

94、　　(4) 重復（2）步求出第二段出口溫度與出口轉(zhuǎn)化率 T2，XA2，及重復（3）步可求出第三段的入口溫度To3。</p><p>　　(5) 檢查算出的最后一段的的出口轉(zhuǎn)化率與生產(chǎn)任務是否一致， 若不一致，重新設定TO1重復（2）-（5）步，直至直至算出最后一段的的出口轉(zhuǎn)化率與生產(chǎn)任務一致</p><p><b>　　計算結(jié)果匯總表</b></p>&

95、lt;p>　　(6) 檢查計算結(jié)果與ASPEN模擬比較相差 1.61%</p><p>　　6.3各設備重要接管口口徑確定</p><p>　　（1）管徑的確定應按正常生產(chǎn)條件下介質(zhì)的最大流量考慮，其最大壓力損失不應超過工藝允許值，其流速應位于根據(jù)介質(zhì)的特性所確定的安全流速的范圍內(nèi)。</p><p>　　（2）綜合權衡建設費用和運行費用。一般應在允許壓力損失

96、的前提下盡可能選用較小管徑，特別是對大直徑，厚壁，合金鋼等管道管徑更需慎重對待以節(jié)省投資。但是管徑太小則介質(zhì)流速增高，摩擦阻力增大，增加了機，泵的投資和功率消耗，從而增加運行費用。因此應進行比較，取其最佳值。</p><p>　?。?）不同流體按其性質(zhì)，狀態(tài)和操作要求的不同，宜選用不同的流速。粘度較高的液體摩擦阻力較大，宜選用較低的流速；允許壓力損失較小的管道，例如常壓自流管道和輸送泡點狀態(tài)液體的泵入口管道，宜選

97、用較低流速；允許壓力損失較大或介質(zhì)粘度較小的管道一般選用較高的流速。對容易堵塞的流體不宜采用DN<25mm的管道；為防止因流速過高而引起的管道的沖蝕，磨損，振動和噪聲等現(xiàn)象，液體流速一般不宜超過4m/s；氣體流速一般不超過其臨界速度的85%；真空下最大流速不超過100m/s；含有固體物質(zhì)的流體其流速不應過低，以免固體沉淀在管內(nèi)而堵塞管道，但也不應過高，以免加速管道的磨損或沖蝕。</p><p>　　（4）當

98、允許壓力損失相同時，小流率介質(zhì)管道應選用較小流速；大流率可選用較高流速 。</p><p>　?。?）選用負荷管材的標準規(guī)格。對于工藝管道，不推薦選用DN32、65、125的管子。</p><p><b>　　依據(jù)流速選定管徑：</b></p><p><b>　　公式（6-1）</b></p><p&

99、gt;　　式中 di---管內(nèi)經(jīng)， m；</p><p>　　qv---在操作條件下流體的體積流速，；</p><p>　　u----流體的流速，m/s。</p><p>　　詳見主設備圖管口表。</p><p><b>　　參 考 文 獻</b></p><p>　　[1. 化工工藝設計手冊 化

100、學工業(yè)出版社 2009.6:6-173</p><p>　　[2]. 姚玉英. 化工原理（上、下）冊[M]）. 天津大學出版社, 1998: 78-83</p><p>　　[3]. 戰(zhàn)樹麟. 石油化工分離工程[M]. 石油工業(yè)出版社 1994： 50-79</p><p>　　[4]. 陳洪鈁, 劉家祺. 化工分離過程[M]. 化學工業(yè)出版社, 1995: 2

101、0-500</p><p>　　[5]. 化工工藝設計手冊 化學工業(yè)出版社 2009.6:6-173</p><p>　　[6] .王祥光.脫硫技術. 化學工業(yè)出版社 2013.1：413-546</p><p>　　[7] 蘭州石油機械研究所主編. 現(xiàn)代塔技術[M]. 烴加工出版社. 1988: 129-367</p><p>　　[8]

102、 化工設備機械基礎編寫組. 化工設備機械基礎（第三冊）[M]. 石油化學工業(yè)出版社, 1978: 21-357</p><p>　　[9]徐一方譯. ASPEN PLUS 操作實驗教程[M]. 北京: 石油工業(yè)出版社, 1994</p><p>　　[10].朱自強, 徐汛. 化工熱力學[M]. 化學工業(yè)出版社, 1991: 18-399</p><p>　　[11

103、].孫蘭義. 油化工管道安裝設計便查手冊[M]. 中國石化出版社, 2010.4: 1-30</p><p>　　[12].化工設備設計手冊編寫組. 化工設備設計手冊金屬設備（下冊）[M]. 上海人民出版社, 1975: 21-287</p><p>　　[13].陳英南, 劉玉蘭編. 常用化工單元設備的設計[M]. 上海: 華東理工大學出版社, 2005: 69-125</p>

104、;<p>　　[14] .家醫(yī)藥管理局上海醫(yī)藥設計院. 化工工藝設計手冊（上、下冊）[M]. 化學工業(yè)出版社, 1986: 50-489</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在這為月的論文完成之際，首先要忠心感謝我的導師—X先生，感謝X老師在學習上對我的悉心指導，在生活上給予的熱情幫助。老師大公無私的人格魅力和學富五車、才高

105、八斗的學術底蘊及其嚴格樸素的治學態(tài)度、無私奉獻的工作精神激勵著我在學習和工作中不斷進取。聆聽X老師的教誨和指導，是我的榮幸也是我一生所獲的財富。</p><p>　　在論文撰寫得這幾個月里，X老師仔細修改文，并提出寶貴且極富有建設性的意見。他不僅教給了我科學的知識，而且傳授了許多做人的道理。X老師嚴謹樸實的治學態(tài)度、豐富的實踐經(jīng)驗以及對待工作兢兢業(yè)業(yè)的精神。特別是X老師對我畢業(yè)設計的指導認真負責的態(tài)度，令我欽佩感

106、動，受益匪淺。不僅在這短短的半年里對我有很大影響，大學四年他在課堂上誨人不倦的精神也一直記在腦海。在這里向X老師表示衷心的感謝！</p><p>　　借此機會也向其他所有關心、支持和幫助過我的全體老師、同學們致以誠摯的謝意。向熱心評審本文和參加答辯的各位專家、教授及老師們致以誠摯的謝意！由于時間和水平的限制，在論文中難免存在一些問題和疏漏，敬請老師和同學批評指正。</p><p><