年產(chǎn)20萬噸硫酸車間轉(zhuǎn)化工段工藝設計-文庫吧
2025-06-12 09:35 本頁面
【正文】 % 二氧化硫 轉(zhuǎn)化率≥% 國內(nèi)生產(chǎn)硫酸的方法主要有硝化法和接觸法，同時考慮到硝化法所需的設備龐大，大量的鉛，維護麻煩，腐蝕設備，硝化反應進行緩慢。本設計決定采用接觸法，這種方法得到的成品酸濃度高，更高的純度，流程簡單易懂，同時也避免了材料來源不足和環(huán)境污染嚴重的問題。本設計采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程，轉(zhuǎn)化流程中包括5臺換熱器和一臺反應器。其中的二氧化硫大約要經(jīng)過多級轉(zhuǎn)換后經(jīng)過兩個吸收塔，吸收其中的三氧化硫后就排放。轉(zhuǎn)換過程分為四個部分間接換熱式。 ，而且二氧化硫，三氧化硫的濃度又較低，該系統(tǒng)可被視為理想氣體。二氧化硫氧化反應是一個可逆放熱反應：現(xiàn)在使用接觸法兩轉(zhuǎn)兩吸工藝來生產(chǎn)硫酸，其生產(chǎn)過程通常具有六個步驟，即：原料的預處理，制取二氧化硫氣體，二氧化硫氣體的凈化，二氧化硫轉(zhuǎn)化，三氧化硫的吸收以及“三廢”的處理。其中轉(zhuǎn)化車間采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程。包括兩臺泵機，5臺換熱器和一個轉(zhuǎn)化器（轉(zhuǎn)化器采用的是多級反應器）。制取的氣體經(jīng)過上一工段的處理后，依次通過第一，第二熱交換器預熱后進入反應器，然后經(jīng)過第三，第四換熱器進行冷卻，在進入下一個工段進行吸收。考慮到轉(zhuǎn)化器設計應讓二氧化硫盡可能在最適宜的溫度條件下反應，以最大限度地利用二氧化硫反應釋放熱量，所以設備阻力既要小，又能使該氣體可以分布均勻。因此，考慮使用外部換熱型轉(zhuǎn)化器?？紤]到換熱器中的氣體具有一定的腐蝕性，所以選用管式熱交換器的選擇。風機選擇羅茨風機。： 二氧化硫占9%，%，%: SI091，起燃溫度為420℃，使用溫度400600℃。 第三章 轉(zhuǎn)化工序物料衡算二氧化硫轉(zhuǎn)化計算依據(jù)：轉(zhuǎn)化反應溫度的計算 二氧化硫氧轉(zhuǎn)化成三氧化硫的反應是放熱反應，反應熱量可用下式計算：式（1）中：T為絕對溫度（K）。在隨著反應的進行，反應放出的熱量，使轉(zhuǎn)化氣體的溫度逐漸升高。由于反應是放熱反應，氣體經(jīng)每層觸媒后溫度升高，一般用下式計算： 絕熱升溫系數(shù)λ是由氣體的組成決定的。其值為： 式（3）中：a為二氧化硫的初始濃度（%）； 為氣體混合物在500℃與x=（KJ/()）。氣體的摩爾熱容量可按下式求出：在絕熱的情況下λ值與轉(zhuǎn)化率的關系，如表（31）所示表31 二氧化硫濃度與λ值得關系二氧化硫濃度（%）λ二氧化硫濃度（%）λ二氧化硫濃度（%）λ28861731027835972001130341478226123285145925613506，轉(zhuǎn)化率計算進一轉(zhuǎn)氣體成分：二氧化硫：9%；氧氣；%；%進二轉(zhuǎn)氣體成分：二氧化硫：%；氧氣：%；氮氣：%。觸媒四層：一次轉(zhuǎn)化用三層觸媒，二次轉(zhuǎn)化用一層觸媒（每一層稱為一段）。分段累計轉(zhuǎn)化率及進口溫度如表32所示。表32 兩次轉(zhuǎn)化分段轉(zhuǎn)化率和溫度段數(shù)一段二段三段四段轉(zhuǎn)化率（%）628092進口溫度430480440420二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，其平衡轉(zhuǎn)化率由下式計算： 式（4）中：X為平衡轉(zhuǎn)化率（%）；Kp為反應常數(shù)；a為二氧化硫初始濃度（%）；b為氧的初始濃度（%）；p為氣體總壓力（Pa）反應平衡常數(shù)Kp，在400700℃之間時，用下式求出：式中：T為絕對溫度將420600℃間的溫度代入上式，即可做出Kp值曲線。式（4）由于兩邊都有X項，所以要用試差法求解。算出一次轉(zhuǎn)化和二次轉(zhuǎn)化的平衡轉(zhuǎn)化率如表33所列。表33 在各溫度下的平衡轉(zhuǎn)化率溫度（℃）420430440450460470480520560600一次轉(zhuǎn)化進氣二次轉(zhuǎn)化進氣轉(zhuǎn)化率一般用下式求出： 式（6)中：c－出轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度（%)在一次轉(zhuǎn)化進氣二氧化硫9%，%的條件下，轉(zhuǎn)化率鎖對應的適宜溫度（操作溫度），根據(jù)下式（7）計算：算出的轉(zhuǎn)化率和適宜溫度數(shù)字，列于表34表34 各種轉(zhuǎn)化率所對應的適宜溫度轉(zhuǎn)化率x*（%）6070809092939495969798一次轉(zhuǎn)化進氣589559523479467459451447432418405二次轉(zhuǎn)化進氣481469460453450435421410本次算擬要用5臺換熱器，一次轉(zhuǎn)化采用Ⅲ，Ⅱ號換熱器（即用觸媒三，二層反應熱量），二次轉(zhuǎn)化采用Ⅳ，Ⅰ好換熱器（即用觸媒四，一層反應熱量），流程如圖31所示圖31 兩次轉(zhuǎn)化流程圖 SO2 =()= kmol 64= kg= m179。SO3=（1－）= 80=14144 kg= m179。O2=247。2= kmol 32= kg = m179。N2=2627 kmol kg kgSO2 =()= kmol 64= kg= m179。SO3== kmol 80=18224 kg= m179。O2=247。2= kmol 32= kg = m179。N2=2627 kmol kg kgSO2 =()= kmol 64= kg= m179。SO3== kmol 80=20992 kg= m179。O2=247。2= kmol 32=4016 kg = m179。N2=2627 kmol kg kg考慮計算簡便和實際影響不大等條件，轉(zhuǎn)化后的氣體經(jīng)第一吸收塔，只將其中的三氧化硫全部吸收掉，二氧化硫，氧氣，氮氣含量不變（實際有少量變化的），故：SO2 =()= kmol 64= kg= m179。SO3== 80=22704 kg= m179。O2=247。2= kmol 32= kg = m179。N2=2627 kmol kg kg 表35 轉(zhuǎn)化器物進入一段氣體料衡算進一段（）（）（）（％）SO29O2N22627∑100出一段（進二段）SO2SO314144O2N22627∑100出二段（進三段）SO257SO318224O2N2262786∑100出三段（進四段）SO2
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