【正文】 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(shè)計(jì)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(shí)及操作方法。 圖 第一段轉(zhuǎn)化器操作條件設(shè)置 Fig Operating condition of the first reformer paragraph setting 圖 第一段轉(zhuǎn)化器的化學(xué)反應(yīng)設(shè)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(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。 表 各段轉(zhuǎn)化率和進(jìn)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(jìn)口溫度℃ 420 455 440 422 420 (2)模型設(shè)置 轉(zhuǎn)化器各段壓降均為 150mmH2O,以第一段轉(zhuǎn)化為例說(shuō)明 Rstoic 的設(shè)置 ,其它反應(yīng)器設(shè)置類似。 RStoic 反應(yīng)器按照化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng) ,分別指定每個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率 ,不考慮熱力學(xué)可能性和動(dòng)力學(xué)可行性。 圖 反應(yīng)條件設(shè)置 Fig Reaction conditions setting 圖 反應(yīng)產(chǎn)物的設(shè)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(shí)際反應(yīng)時(shí)各段催化劑之間對(duì)化學(xué)反應(yīng)無(wú)影響 ,所以模擬時(shí)可采用五個(gè)反應(yīng)器來(lái)代替轉(zhuǎn)化器。 (2)模型設(shè)置 硫磺燃燒反應(yīng)條件為恒壓絕熱 ,產(chǎn)物為 SO2 和 SO3 等。 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(jì)算同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時(shí)的系統(tǒng)組成和相分布。 圖 吸收塔 Reactions 設(shè)置 Fig Reactions settings in Absorber 圖 吸收塔反應(yīng) C1 設(shè)置 Fig Reaction C1 setting in absorber 焚硫爐 F301 (1)模型選擇 硫磺燃燒機(jī)理比較復(fù)雜 ,是一個(gè)連鎖反應(yīng) ,過(guò)程中產(chǎn)生低級(jí)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(yīng)不能確定。此外 ,第一吸收塔 T402 還是用 95%硫酸進(jìn)行吸收 ,第 3 塊板進(jìn)料。T403 塔頂操作壓力設(shè)置為 1000mmH2Og,全塔壓降為 350mmH2O。 圖 干燥塔設(shè)置 Fig The drying column setting 吸收塔 T402,T403 (1)模型選擇 工藝流程中的兩個(gè)吸收塔 T402,T403 均選用 Radfrac 模型進(jìn)行模擬。 Radfrac 模擬物理吸收過(guò)程時(shí) ,需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)置 ,在 Setup 頁(yè)面中將收斂基礎(chǔ)由 Standard 改為 Custom。 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(jí)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。 化學(xué)反應(yīng) 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(jiàn)表 。該物性方法用于計(jì)算純水和水蒸氣性質(zhì) ,溫度范圍為 ~1073K,最大壓力為 1000bar。 IDEAL 用于計(jì)算反應(yīng)單元和換熱單元中氣 相的物性。 ELECNRTL 利用 ElectrolyteNRTL 活度系數(shù)方程計(jì)算非理想電解質(zhì)溶液的物性。 圖 模擬體系中的真實(shí)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”。此外 ,為方便模擬及閱讀 ,計(jì)算結(jié)果表達(dá)方式為表觀組分。 Electrolytes Expert System用于生成離子和離子反應(yīng)。 43 所得數(shù)據(jù)與南化 公司所提供的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 122kmol/h 很接近 ,計(jì)算時(shí)取南化公司所提供的數(shù)據(jù)。 (3)濕空氣中的水含量 FH2O 查物化數(shù)據(jù)表得 :28℃時(shí)飽和水蒸汽的蒸汽壓為 。 42 將硫磺用量 ,計(jì)算出 V(空氣 )(硫 ),與南化公司所提供的實(shí)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)。 (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(jì)算工藝所需的干空氣進(jìn)料量。上塔酸溫 70℃ 。上塔酸溫 70℃ 。上塔酸溫 :50℃ 。 圖 30 萬(wàn)噸 /年硫磺制酸工藝流程簡(jiǎn)圖 Fig Process flow diagram of 300kt/a sulfuric acid from sulfuric 第四章 流程計(jì)算與模擬 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算 已知基礎(chǔ)文獻(xiàn)數(shù)據(jù) (1)產(chǎn)品規(guī)格 :98%硫酸 (2)產(chǎn)品規(guī)模 :900 噸 /天折 100%硫酸 (3)工藝流程 :“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸 ,塔后風(fēng)機(jī) (4)當(dāng)?shù)卮髿鉁囟?:28℃ (5)當(dāng)?shù)卮髿鈮?: (6)當(dāng)?shù)啬昶骄鄬?duì)濕度 :81% (7)焚硫爐出口氣體濃度 :SO2 濃度 :%。二次轉(zhuǎn)化來(lái)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 %,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)槽中混合 . 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(guò)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。 吸收系統(tǒng)是用濃硫酸吸收由焚硫轉(zhuǎn)化工段來(lái)的 SO3 氣體。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 %酸和吸收系統(tǒng)串來(lái)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 。 干吸工段 空氣通過(guò)空 氣過(guò)濾器過(guò)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%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,進(jìn)入空氣風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。 經(jīng)第一吸收塔吸收 SO3 后的爐氣依次通過(guò)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(guò)熱器 (B303),在此加熱出低溫過(guò)熱器(B304)的蒸汽 ,經(jīng)中溫過(guò)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) 。 出轉(zhuǎn)化器 (R301)Ⅰ段催化劑層約 595℃的爐氣進(jìn)入高溫過(guò)熱器 (B302),在此加熱出中溫過(guò)熱器 (B303)的蒸汽至 、 450℃送蒸汽集汽聯(lián)箱 ,經(jīng)高溫過(guò)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) 。 出余熱回收器 (B301)溫度約 415℃、 SO2 濃度 ~%(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。 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 爐氣濃度控制在%(摩爾濃度 )左右。為防止硫磺燃燒不完全