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k的ta硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段-焚硫爐工藝設計-資料下載頁

2024-11-16 17:14本頁面

【導讀】本文論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的工藝流程與建設意義。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法和過程,并對焚硫爐進行了詳細設計。有色金屬、食品等各種工業(yè)的基礎原料,有工業(yè)之母之稱。煙酸濃度常用為%和%。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]。紡織和國防工業(yè)、輕工業(yè)及其它有關工業(yè)的發(fā)展而不衰[2]。年,其產(chǎn)量達155163kt,最近40年的年平均遞增率為%[1]。十多年均是正增長,而到2020年的總產(chǎn)量約196000kt[2]。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%的。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,

  

【正文】 化率為 %,SO3總的吸收率為 %,可計算出液硫進料量為 : 41 所得結果與南化公司提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 12277kg/h 相當一致 ,這里取南化公司提供的數(shù)據(jù)。 (2)干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %,SO3 為 %,可由式 41 計算工藝所需的干空氣進料量。該式計算的是燃燒 1t 硫磺所需的干空氣量。 42 將硫磺用量 ,計算出 V(空氣 )(硫 ),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)。 FAirV(空氣 )(硫 )/。 (3)濕空氣中的水含量 FH2O 查物化數(shù)據(jù)表得 :28℃時飽和水蒸汽的蒸汽壓為 ??諝庵兴靠捎墒?43 算得。 43 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)。 組分設置 因為體系含有電解質(zhì) ,使用 Aspen Plus模擬時 ,輸入 S,SO2等基礎組分后 ,需要使用電解質(zhì)向?qū)?Elec Wizard 進行組分設置。 Electrolytes Expert System用于生成離子和離子反應。 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 ,計算結果表達方式為表觀組分。模擬中體系的真實組分見圖 。 圖 模擬體系中的真實組分 Fig The real ponent of the model system 物性方法的選擇 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)。 ELECNRTL 利用 ElectrolyteNRTL 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。 IDEAL 用于計算反應單元和換熱單元中氣 相的物性。 STEAMTA 物性方法使用 1967 ASME 蒸汽表關聯(lián)式來計算熱力學性質(zhì) ,使用水蒸氣國際協(xié)會 (IAPS)關聯(lián)式來計算傳遞性質(zhì)。該物性方法用于計算純水和水蒸氣性質(zhì) ,溫度范圍為 ~1073K,最大壓力為 1000bar。本設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 STEAMTA 計算水與水蒸氣所有的熱力性質(zhì)。 化學反應 該工藝中所涉及到的主要化學反應和主要的離子反應式見表 。 表 硫磺制酸中的主要化學反應 Tab The main chemical reaction of sulfuric acid from sulfric Reaction Reaction Type Stoichiometry 1 Equilibrium S + O2 → SO2 2 Equilibrium SO2 + → SO3 3 Equilibrium SO3 + H2O → H2SO4 4 Equilibrium H2SO4 + H2O → HSO4 + H3O+ 5 Equilibrium HSO4 + H2O → SO42 + H3O+ 各模塊模型的選擇與設置 干燥塔 T401 (1)模型選擇 濃硫酸干燥濕空氣實質(zhì)上是一個物理吸收過程 ,本設計選擇 Radfrac 模型模擬計算干燥塔。 Radfrac 是嚴格精餾模擬中最常用的模型 ,能夠準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。 (2)模型設置 干燥塔為常壓操作 ,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料 ,硫酸由塔頂進料。 Radfrac 模擬物理吸收過程時 ,需要對其進行設置 ,在 Setup 頁面中將收斂基礎由 Standard 改為 Custom。在 Convergence|Adavanced 頁面將 Radfrac 改為吸收塔 ,具體見圖 。 圖 干燥塔設置 Fig The drying column setting 吸收塔 T402,T403 (1)模型選擇 工藝流程中的兩個吸收塔 T402,T403 均選用 Radfrac 模型進行模擬。 (2)模型設 置 兩吸收塔均為常壓操作 ,T402 塔頂操作壓力設置為 2020mmH2Og,全塔壓降為 550mmH2O。T403 塔頂操作壓力設置為 1000mmH2Og,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%硫酸進行吸收 ,第 3 塊板進料。 由于吸收過程發(fā)生化學反應 ,即 SO3 和 H2O 反應生成硫酸 ,故需要對Radfrac 進行特別設置 ,具體設置如圖 和 所示。 圖 吸收塔 Reactions 設置 Fig Reactions settings in Absorber 圖 吸收塔反應 C1 設置 Fig Reaction C1 setting in absorber 焚硫爐 F301 (1)模型選擇 硫磺燃燒機理比較復雜 ,是一個連鎖反應 ,過程中產(chǎn)生低級硫氧化物 (中間產(chǎn)物 )、 SO2 和 SO3 等 ,而具體的可能發(fā)生的反應不能確定。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中 ,本設計選擇 RGibbs 反應器模擬焚硫爐。 RGibbs 反應器根據(jù)系統(tǒng)的 Gibbs自由能趨于最小值的 原則 ,計算同時達到化學平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成和相分布。當已知 (或未知 )化學反應式而不知道反應歷程和動力學可行性時 ,可以使用RGibbs 反應器估算可能達到的化學平衡和相平衡結果。 (2)模型設置 硫磺燃燒反應條件為恒壓絕熱 ,產(chǎn)物為 SO2 和 SO3 等。模擬中 ,反應器設置如圖 和 。 圖 反應條件設置 Fig Reaction conditions setting 圖 反應產(chǎn)物的設置 Fig Reaction products setting 轉(zhuǎn)化器 R15 (1)模型選擇 轉(zhuǎn)化器分五段轉(zhuǎn)化 ,實際反應時各段催化劑之間對化學反應無影響 ,所以模擬時可采用五個反應器來代替轉(zhuǎn)化器。本設計選擇 5 個 RStoic 反應器模擬轉(zhuǎn)化器。 RStoic 反應器按照化學反應方程式的計量關系進行反應 ,分別指定每個反應的轉(zhuǎn)化率 ,不考慮熱力學可能性和動力學可行性。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和進口氣體溫度見表 。 表 各段轉(zhuǎn)化率和進口氣體溫度 Tab The temperature of paragraphs conversion rate and inlet gas 一段 二段 三段 四段 五段 總轉(zhuǎn)化率 % 64 87 94 各段轉(zhuǎn)化率 % 64 85 進口溫度℃ 420 455 440 422 420 (2)模型設置 轉(zhuǎn)化器各段壓降均為 150mmH2O,以第一段轉(zhuǎn)化為例說明 Rstoic 的設置 ,其它反應器設置類似。第一段轉(zhuǎn)化器的設置如圖 和圖 。 圖 第一段轉(zhuǎn)化器操作條件設置 Fig Operating condition of the first reformer paragraph setting 圖 第一段轉(zhuǎn)化器的化學反應設置 Fig The first paragraph converter set of chemical reactions 全流程模擬 完成焚硫爐、轉(zhuǎn)化器、干燥塔和吸收塔等關鍵設備的模擬后 ,并根據(jù)南化公司所提供的余熱回收系統(tǒng) ,進行了全流程工藝模擬。圖 49 為全流程模擬截圖。 圖 全流程模擬截圖 Fig Whole process simulation 第五章 物料與能量衡算 物料衡算 物料衡算依據(jù) (1)設計任務書中確定的技術方案、產(chǎn)品生產(chǎn)能力、年工作時及操作方法。 (2)南化公司所提供的要求、設計參數(shù)及實驗室試驗或中式等數(shù)據(jù) ,主要有 : 1 化工單元過程的主要化學
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