毕业论文：年产3000吨农药乳化剂三氧化硫合成工段初步设计.doc

齐 齐 哈 尔 大 学毕业设计(论文) 题 目 年产3000吨农药乳化剂三氧化硫合成工段初步设计 学 院 化学与化学工程学院 专业班级 化学工程与工艺 化工083 学生姓名 李 祚 辉 指导教师 贾 丽 华 成 绩 年 月 日齐齐哈尔大学毕业设计(论文)摘要本设计为年产3000吨农药乳化剂三氧化硫合成工段初步设计；根据设计的要求对选择本工艺的意义和本工艺在国内外发展现状进行了相对论证，做出了工艺流程选择；对整个装置进行了物料衡算和热量衡算，对主要设备进行了详细设计与选型，对其它设备同样做出了概略设计和选型，并制作了相应的设备一览表；根据工艺的需要对本设计的车间平立面布置和自动控制进行了概述；同时对本工艺安全与环境保护和公用工程做了相关的讨论，在此基础初上对本设计进行了经济初步核算；最后根据设计的内容编写了设计说明书，用A1纸手工绘制了带控制点的工艺流程图，采用Auto CAD绘制了车间平立面布置图和主要设备设计图关键词：三氧化硫；物料衡算；热量衡算；工艺流程图；车间布置AbstractThe design for the 3,000 tons of pesticide emulsifier synthetic construction section of the sulfur trioxide preliminary design; Select the significance of this process and the process in accordance with the requirements of the design development in the world relative argument; Making process to select; Material balance and heat balance of the entire device Detailed design and selection of major equipment, other equipment also made a rough design and selection, and production of the corresponding equipment list；An overview of the design workshop and facade arrangement and automatic control according to the needs of the process; Process safety and environmental protection and public works related discussion of the design early on the basis of this preliminary economic accounting; Finally, according to the design of the content of the preparation of design specifications, paper of A1 by hand drawing a process flow diagram with control points, use Auto CAD drawing workshop and facade layout and the design of major equipment.Key words：Sulfur trioxide; material balance; heat balance; flow chart; plant layout目录摘要IAbstractII第1章 总论11.1 概述11.1.1 生产意义及作用11.1.2 国内外发展现状及前景11.2 产品的性质和生产方法11.2.1 产品的性质11.2.2 生产方法21.3 设计依据21.4 厂址选择21.5 设计规模和生产制度31.5.1 设计规模31.5.2 生产制度31.6 原料和产品规格41.6.1原料规格41.6.2 产品规格4第2章 工艺设计和计算42.1 工艺路线的选择42.1.1 SO2的制取42.1.1 SO2的转化42.2 工艺流程简述及工艺参数52.2.1开车前52.2.2开车后52.3 物料衡算62.3.1熔硫槽62.3.2.燃硫炉72.3.3转化塔82.4热量衡算102.4.1熔硫槽102.4.2.燃硫炉112.4.3转化塔122.4.4一级空气冷却器142.4.5.二级空气冷却器152.5 Aspen Plus全流程模拟162.5.1熔硫槽模拟结果162.5.2燃硫炉模拟结果172.5.3 转化塔模拟结果172.5.4一级空气冷却器模拟结果172.5.5二级空气冷却器模拟结果18第3章 设备选型183.1关键设备的计算183.1.1塔内径的计算183.1.2 催化剂用量的计算193.1.3混合气体冷却器工艺计算273.1.4层间冷却器工艺计算313.1.4转化塔其它构件及设计363.2其它设备的计算和选型373.2.1熔硫槽373.2.1液硫过滤器373.2.3液硫计量泵383.2.4燃硫炉和点火器383.2.4冷却风机和助燃风机383.2.6一级空气冷却器383.2.7二级空气冷却器39第4章 设备一览表40第5章 车间布置415.1厂房建筑415.2设备布置41第6章 自动控制426.1温度的控制426.2 流量控制43第7章 安全与环境保护437.1 废渣处理437.2 废水的处理447.3 废气的处理44第8章 公用工程448.1 供排水448.1.1供水448.1.2排水448.2 供电448.3 供汽44结束语45参考文献46- IV -第1章 总论1.1 概述1.1.1 生产意义及作用农药乳化剂种类繁多，主要有两大类，非离子表面活性剂和阴离子表面活性剂1；非离子表面活性剂上要是烷基酚醚，它包括烷基酚甲醛树脂醚、苯乙烯苯酚醚、二苄基苯酚醚、三丁基苯酚醚、辛基酚醚等2。阴离子表面活性剂基本上是十二烷基苯磺酸钙，现在市场农药乳化剂大多采用阴离子3型十二烷基苯磺酸钙。生产十二烷基苯磺酸钙的过程中必须经过经过磺化作用，即向十二烷基苯中引入磺酸基，通常采用发烟硫酸，液体三氧化硫或气态三氧化硫磺化，不管采用哪一种磺化方法，整个工艺过程中必须生产三氧化硫，所以三氧化硫合成工艺在生产农药乳化剂十二烷基苯磺酸钙中具有重要的意义和作用。1.1.2 国内外发展现状及前景三氧化硫是一种常用的化工产品，其广泛应用于磺化、硫酸、化肥、环保等领域，国内外生产工业用三氧化硫的工艺比较成熟，目前工业上合成三氧化硫采用SO2接触法，二氧化硫通常采用硫磺的燃烧或黄铁矿石(主要成分是二硫化亚铁)的煅烧得到4，煅烧后的二氧化硫在催化剂的作用下合成三氧化硫。合成三氧化硫的催化剂主要有负载在硅藻上的氯化钾、五氧化二钒、铂等，但由于铂价格昂贵并且比其他催化剂更容易中毒，目前采用了催化活性好，强度高的国产S101型钒催化剂。1.2 产品的性质和生产方法1.2.1 产品的性质三氧化硫是一种硫的氧化物，分子式为SO3，是非极性分子。三氧化硫在常温下是无色易挥发的固体。有三种同素异形体，-SO3丝质纤维状和针状，-SO3石棉纤维状，-SO3玻璃状。熔点()： 16.8，沸点()：44.8，相对密度(水=1)：1.97，相对蒸气密度(空气=1)：2.8，饱和蒸气压(kPa)： 37.32/25，主要用途： 有机合成用磺化剂。1.2.2 生产方法本工艺合成三氧化硫主要采用的硫源为固体片状硫磺，固体片状硫磺在熔硫槽中经蒸汽加热融化成液体硫磺5，液体硫磺被液硫计量泵输送至燃硫炉中与干燥空气相遇经点火器点燃后生成二氧化硫，二氧化硫混合气体经混合气体冷却器冷却后进入三氧化硫转化塔，在五氧化二钒催化剂中经四段转化后生成三氧化硫混合气体，混合气体经过二级空气冷却器冷却后进入磺化工段。1.3 设计依据根据齐齐哈尔大学化学与化学工程学院下达的本科生毕业设计任务书和化工厂国家设计国家标准，以及学校对本科生毕业设计的要求，确定设计题目是：年产3000吨农药乳化剂三氧化硫合成工段初步设计。同时，查阅了大量的中外文资料，本设计的关键设备是SO2/SO3转化塔。因此，参照气液物性估算手册对各个组分的物性进行估算，根据化工设计为工艺计算部分提供依据。参考硫酸工作手册、换热器设计手册，对SO2/SO3转化塔6进行了详细设计。除此之外，设计也要符合以下依据：(1) 产品的技术要求。(2) 安全要求：在化工生产中大量的物质都具有易燃易爆有毒的性质，所以在设计上一定要考量到安全问题，保证生产的安全进行和操作人员的人身安全。(3) 经济要求：从社会效益出发，保证经技术指标应有竞争力，需要经济的使用物力、人力，节省开支。(4) 建筑单位提供的主要原料及公用工程供应条件的供应报告，主要原料、燃料、运输及销售方面的有关文件。(5) 三废要求：化工生产过程会产生三废“废气、废液、废渣”根据国家及环保要求，要对生产过程中产生的三废进行合理的处理，以达到节约能源保护环境的要求。1.4 厂址选择农药乳化剂主要作用是生产农药的助剂，而农药的销售对象是主要粮食生产区；我国粮食主产区主要是东北地区、河南、河北、山东地区。据此可以将农药乳化剂厂区厂址选在河北沧州市临港化工园区内。沧州市，东临渤海，北靠京津，与山东半岛及辽东半岛隔海相望，是国务院确定的经济开放区。距首都北京240公里，距天津120公里，距省会石家庄221公里。沧州地处环渤海中心地带，是河北省确定的“两环” （环京津、环渤海）开放一线地区。沧州市矿产资源丰富沧州还有待开发利用的荒碱地200多万亩、沿海滩涂52.7万亩，低产盐田40万亩，可全部转化为建设用地。海洋石油资源：沧州境内有华北、大港两大油田，已探明石油地质储量15亿吨，天然气储量282亿立方米，开发潜力非常可观；沧州是全国四大产盐基地之一，盐田面积达45万亩，年产量达200万吨,是全国四大产盐基地之一沧州是交通便利，京沪（北京上海）铁路、京沪高速铁路（北京上海）、朔黄（朔州黄骅港）铁路和京沪（北京上海）高速公路、石黄（石家庄黄骅）高速公路在沧州交汇。京九（北京九龙）铁路、朔黄（朔州黄骅港）铁路在该市肃宁县交汇，并建有编组站。国家“九五”重点工程黄骅港和朔黄（朔州黄骅港）铁路的建成， 沧州成为西煤东运新通道的出海口和冀中南、鲁西北以及晋陕和内蒙古等西部地区对外开放的桥头堡。临港化工园区已经于2010年11月正式升格为国家级经济技术开发区，定名为“沧州临港经济技术开发区”。沧州市人民政府对入驻园区的企业给予政策上的支持。综上，将农药乳化剂厂建在沧州市临港化工园区内既能满足原料的便利运输，产品也可以通过发的交通运输通道销售至全国主产粮区的部分农药化工企业。1.5 设计规模和生产制度1.5.1 设计规模年产3000吨农药乳化剂三氧化硫合成工段初步设计。1.5.2 生产制度工作日：8000小时工作日采用四班三倒制，对主要岗位安排值班人员，以防突发事件发生，主要工艺人员工作分为主操和副操，主操人员在中控室内操作，副操人员在现场配合主操人员进行操作。生产工艺人员对各个工艺参数的控制严格执行岗位的工艺操作指南，保证产各设备正常运行。负责本岗位的开、停车及事故处理，根据产品质量要求，加强巡回检查力度，并做好本岗位的交接班和原始数据记录，保证整个装置的安全平稳运行。同时要求员工要树立“安全第一”的思想，自觉接受安全教育，学习安全知识，保证生产的安全性。生产中要严格执行安全操作规程，避免各类事故发生。生产岗位员工必须按规定穿戴劳动保护用品。车间安全员工要切实履行职责，随时检查安全生产制度，落实情况，制止违章操作和冒险作业。1.6 原料和产品规格1.6.1原料规格硫磺：纯度100%干燥空气组成：O2,23.3%(质量分数)，N2,76.7%(质量分数)。1.6.2 产品规格SO2出转化塔体积分数7.0%第2章 工艺设计和计算2.1 工艺路线的选择2.1.1 SO2的制取1.焙烧硫铁矿石7采用焙烧黄铁矿石，黄铁矿石在焙烧的过程中从400开始就发生了热分解，每摩尔FeS2约放出1mol单质硫，热裂解出来的单质硫呈蒸气状，以蓝色火焰的形式与空气中的氧气发生反应生成SO2。2.硫磺的焚烧7将固体硫磺在熔硫槽中经蒸汽加热溶解成液体硫，液体硫与空气中的氧气经点火器点燃后生成SO23.烟气的净化来自燃煤电厂的烟气中含有部分SO2，将其经过化学处理得到一定纯度的气态SO2综合比较燃烧综合比较焙烧硫铁矿石适合于就地取材型化工企业，烟气净化制取SO2适合于化工园区内燃煤电厂烟气利用，固本工艺选择了硫磺焚烧制取SO2。2.1.1 SO2的转化1.四段内换热式转化器该种转化器适合于寒冷地区，进一段和和一二段之间设有列管式换热器，其目的是对混合气体进行冷却，二三段和三四段采用直接冷空气冷却混合气。2.四段外换热式转化器这种类型的转化器仍然采用的是四段催化剂，进每一段催化剂反应时必须进过外部换热设备对其进行冷却7。3五段混合气冷急式转化器这种类型的催化剂采用了五段催化剂，前四段采用了空气直接冷却，冷却空气采用进转化器后采用分布器分布输入，以便均匀的冷却混合气体；四五段之间采用列管式换热器对混合气体冷却。综合比较，本工艺根据所需SO3的量所选的厂址位置，本工艺选择四段内换热式转化器。2.2 工艺流程简述及工艺参数图2-1 工艺流程简图2.2.1开车前通过电加热器和预热空气加热炉对转化塔进行预热，接通电源，打开电加热器，将助燃风机输送来的空气加热到400左右，通过换热器E0101对转化塔预热，预热一段时间后关闭电加热器，准备开车运行。2.2.2开车后人工将固体片状硫磺(100%质量分数)加入到熔硫槽中，熔硫槽采用低压蒸汽(147，0.35MPa)加热，将固体硫磺热变成145液体硫磺；液体硫磺流进液硫过滤器，过滤后的液体硫通过液硫计量泵定量输送至燃硫炉中，干燥空气从燃硫炉底部进入，同时打开点火器点燃，等燃烧后关闭点火器；燃烧后的SO2混合气(652.1，7.0%体积分数)，进入转化塔内的混合气体冷却器冷却至430，进入第一段催化剂层(转化率71.9%)反应，反应后混合气体温度升至579.75，混合气体经层间冷却器冷却至480进入第二段催化剂层(转化率94.6%)反应，反应后混合气体温度升至535.46；混合气体经直接空气冷却至444，进入三段催化剂层(转化率97.5%)反应，反应后混合气体升至447.25，混合气体经直接空气冷却至420进入四段催化剂(98%)反应，反应后混合气体温度升至420.12从转化塔底部出转化塔，混合气体经一级空气冷却器冷却至200，经二级空气冷却器冷却至50进入磺化工段2.3 物料衡算有关数据：十二烷基苯磺酸钙纯度按98.5%计，硫磺纯度按100%计； 空气中各组分质量分数：O2 23.3% N2 76.7% 出燃硫炉SO2体积分数：7% SO2/SO3各段转化率： 一段71.9%二段94.6%三段97.5%四段98%年产3000吨农药乳化剂，一年生产8000小时每小时生产十二烷基噢苯磺酸钙 nC36H58CaO6S2=所需SO3的量 nSO3=0.53452=1.069Kmol根据SO2+1/2O2=SO3及各段平衡转化率可得nSO2=1.0670Kmolms=1.067032=34.144Kg/h2.3.1熔硫槽S(固体)S(液体)熔硫槽 图2-2熔硫槽物料衡算图m(s固体)进=34.144Kg/hm(s液体)出=34.144Kg/h表2-1熔硫槽物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)硫34.14434.1442.3.2.燃硫炉燃硫炉m(空气)m(N2)m(空气)m(N2)m(SO2)图2-3 燃硫炉物料衡算图m(S液体)=34.144Kg/h m(空气)1=31.1440.233=146.5408Kg/hv(空气)1=m（SO2）=34.1443264=68.288Kg/hv(SO2)= m(N2)=146.54080.767=112.3968Kg/hv(N2)= v输出=23900.80.07=341440Lv(空气)2=341440-23900.8-89917.44=227621.76Lm(空气)2=227621.7622.429=294.689Kg/hv(空气)输入=227621.76+113190.1352=340811.90Lm(空气)输入=340811.9022.429=441.297Kg/h表2-2燃硫炉物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)硫34.144/空气441.297294.689SO2/68.288N2/112.3968总计475.441475.39382.3.3转化塔三氧化硫转化塔m(空气)m(N2)m(SO2)m(空气)m(N2)m(SO3)m(SO2)图2-4 三氧化硫转化塔物料衡算图一段催化剂层m(SO2)进=68.288Kg/h m(空气)进=294.689Kg/hm(SO2)反应=68.2880.719=49.099 Kg/hm(空气)1=m(O2)0.233=49.099643220.233=52.6814 Kg/hm(N2)出=112.3968+52.68140.767=152.3804 Kg/hm(SO3)出=49.0996480=61.3788 Kg/hm(SO2)=19.189 Kg/hm(空气)出=294.689-52.6814=242.0076 Kg/h表2-3一段催化剂层物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)空气294.689242.0076SO268.28819.189N2112.3968152.3804SO3 /61.3788总计475.3738474.9958二段催化剂层m(SO2)进=19.189 Kg/h m(空气)进=242.0076 Kg/hm(SO2)反应=19.1890.946=15.1528 Kg/hm(空气)1=18.1528640.5320.233=19.4773 Kg/hm(N2)出=152.3804+19.47730.767 =167.3195Kg/hm(SO2)出=1.0362 Kg/hm(SO3)出=61.3788+18.15286480=84.0698Kg/hm(空气)出=242.0076-19.4773=222.5303 Kg/h表2-4二段催化剂层物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)空气242.0076222.5303SO219.1891.0362N2152.3804167.3195SO3 61.378884.0698总计474.9558474.9758三段催化剂层m(SO2)进=1.0362 Kg/h m(空气)进=222.5303Kg/hm(SO2)反应=1.03620.975=1.01029 Kg/hm(空气)1=1.01029640.5320.233=1.0840Kg/hm(N2)出=167.3195+1.08400.767 =168.1509Kg/hm(SO2)出=0.0256 Kg/hm(SO3)出=84.0698+1.010296480=85.3317Kg/hm(空气)出=222.5303-1.0840=221.4363Kg/h表2-5三段催化剂层物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)空气222.5303221.4363SO21.03620.026N2167.3195168.1509SO3 84.069885.3317总计474.9758474.9449四段催化剂层m(SO2)进=0.026 Kg/h m(空气)进=221.4363Kg/hm(SO2)反应=0.0260.98=0.02548Kg/hm(空气)1=0.02548640.5320.233=0.02734Kg/hm(N2)出=168.1509+0.027340.767 =168.1719Kg/hm(SO2)出=0.00052 Kg/hm(SO3)出=85.3317+0.025486480=85.3636Kg/hm(空气)出=221.4363-0.02734=221.4090Kg/h表2-6四段催化剂层物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)空气221.4363221.4090SO20.0260.00052N2168.1509168.1719SO3 85.331785.3636总计474.9449474.9450表2-7全塔物料衡算物料名称进料(Kg/h)出料(Kg/h)空气294.689221.4090SO268.2880.00052N2112.3968168.1719SO3 /85.3636总计475.3738474.94502.4热量衡算工艺条件： 出熔硫槽液硫温度 145 转化塔 进一层催化剂层混合气体温度 430 进二层催化剂层混合气体温度 480进三层催化剂层混合气体温度 444进四层催化剂层混合气体温度 4208 混合气体经一级空气冷却器后温度为 200混合气体经二级空气冷却器后温度为 502.4.1熔硫槽表2-8 熔硫槽热量衡算各物质参数物质流量(Kg/h)比热(KJ/KgK)密度(Kg/L)S(液体)31.440.181.78低压蒸汽/1.00340.96低压蒸汽 温度147，压力 0.35MPa KJ/KgK，气化潜热 2130.1094KJ/KgS(固体)S(液体) h=80.627KJ/h熔化热q1=34.14480.627=2752.928KJ/h将液体硫由112.8加热到145所需热量 q2=mCpT=1.45945234.144(145-112.8)=1604.575KJ/h硫融化过程所需总热量q=q1+q2=2752.928+1604.575=4357.503 KJ/h加热蒸汽用量9：D= (2-1)D-加热蒸汽消耗量，Kg/hq-传热量，KJH-水蒸气的气化潜热，KJ/KgC-冷凝水比热容KJ/KgK-热效率，取0.94。所以D=表2-9熔硫槽热量衡算表进口 温度() 热量(KJ/h)熔化热(KJ/h)出口 温度() 热量(KJ/h)S2502752.9821454357.53蒸汽用量(Kg/h)2.292.4.2.燃硫炉表2-10 燃硫炉热量衡算各物质参数物质饱和蒸汽压(Kp)比热(KJ/KgK)密度(g/L)S(液体)0.030.181780SO22.230.79940542.551空气2.241.0745671.293N27.461.10172341.25S+O2SO2；H=-9134 KJ/Kg硫带入热量4357.503 KJ/h空气带入热量 441.297(25+273.15)1.074567=141383.68KJ/h带入总热量 q1=4357.503+141383.68=145921.183 KJ/h反应热 q2=34.1449134=311871.296 KJ/h混合气体出燃硫炉温度t294.46891.07456t+68.2880.7994054t+112.39681.1017234t=q1+q2316.43t+54.59t+123.798t=145921.183+311871.296494.8t=457792.48解得 t=925.21K=652.1表2-11燃硫炉热量衡算表进口温度() 热量(KJ/h)反应热(KJ/h)出口温度() 热量(KJ/h)混合气体145145921.183311871.3652.1457792.482.4.3转化塔7表2-12 转化塔热量衡算各物质参数物质饱和蒸汽压(Kp)比热(KJ/KgK)密度(g/L)SO33.560.88463051.97SO22.230.79940542.551空气2.241.0745671.293N27.461.10172341.25SO2+1/2O2SO3；H=99.705KJ/mol1.混合气体冷却器 混合气带入热量 q1=457792.48KJ/h带出热量：SO2带出热量 68.2880.7994054(430+273.15)=38384.815KJ/h空气带出热量 294.6891.074567(430+273.15)=222661.641KJ/hN2带出热量 112.39681.1017234(430+273.15)=87071.194KJ/h带出总热量 q2=38384.815+222661.64+87071.194=348117.65KJ/h冷却空气进口温度 25，出口温度500冷却空气用量 CpmT=q1-q2=457792.48-348117.65=109674.83 m=2.一段反应热和出一段温度混合气体近一段催化剂层带入热量带入热量 q1=38384.815+222661.64+87071.194=348117.65KJ/h一段催化剂层反应热q2=(68.288-19.189)10006499.705=76490.872KJ/h出一段催化剂层温度t1242.00761.07567t1+19.1890.7994054t1+152.38041.101723t1+61.37880.8846305t1=q1+q2=76490.872+348117.65497.84t1=424608.522KJ/h解得 t1=852.9K=579.753. 层间冷却器混合气体带入热量 q1=424608.522KJ/h带出热量：空气带出热量242.00761.07567(480+273.15)=196060.245 KJ/hSO2带出热量19.1890.7994054(480+273.15)=11553.163KJ/h氮气带出热量152.38081.101723(480+273.15)=126439.95KJ/hSO3带出热量61.37880.8846305(480+273.15)=40894.206KJ/h带出总热量 q2=196060.245+11553.163+126439.95+40894.206=374947.56 KJ/h冷却空气进口温度 25，出口温度450冷却空气用量 CpmT=q1-q2=424608.522-374947.56=49660.962 m=4.二段反应热和出二段温度混合气体进二段催化剂带入热量q1=374947.56KJ/h二段催化剂层反应热 q2=1000(19.189-1.0362)6499.705=28280.077KJ/h出二段催化剂层温度t222.53031.07567t+1.03620.7994054t+167.31951.101723t+84.06980.8846305t=374947.56+28280.077498.666t=403227.64KJ/h解得 t=808.61K=535.465.二三层间直接冷却空气用量q1=403227.64KJ/hq2=222.53031.07567(444+273.15)+1.03620.7994054(444+273.15)+167.31951.101723(444+273.15)+84.06980.8846305(444+273.15)+ (444+273.15)1.074657m=171663.599+594.047+132199.29+53336.92+772.062m由q1=q2 得m=6.三段反应热和出三段温度进三段催化剂层混合气体带入热量q1=171663.599+594.047+132199.29+53336.92+772.06258.85=403227.64KJ/h反应热 q2=1000(1.0362-0.026)6499.705=1573.78 KJ/h出三段催化剂层温度t280.28631.07567t+0.0260.7994054t+168.15091.101723t+85.3370.8846305t=q1+q2301.19t+0.02078t+185.256t+75.4445t=403227.64+1573.78561.9113t=404801.42解得 t=447.257.三四层间直接冷却空气用量空气流量m=221.4363+58.85=280.2863Kg/hq1=404801.42KJ/hq2=280.28631.07567(420+273.15)+0.0260.7994054(420+273.15)+168.15091.101723(420+273.15)+85.3370.8846305(420+273.15)+ (420+273.15)1.074657m=208767.359+14.4088+128410.04+52329.006+744.898m由q1=q2得m=8.四段反应热和出四段温度出四段催化剂层空气流量m=300.773Kg/h进四段催化剂层混合气体带入热量q1=208767.359+14.4088+128410.04+52329.006+744.820.514=404801.42KJ/h反应热 q2=1000(0.026-0.00052)6499.705=39.695KJ/h出四段催化剂层温度t300.7731.07567t+0.000520.7994054t+168.17191.101723t+85.36360.8846305t=q1+q2322.5t+0.7072t+185.26t+75.5t=404801.42+39.695583.97t=404841.115解得 t=693.27K=420.122.4.4一级空气冷却器混合气带入热量 q1=404841.115 KJ/h带出热量:空气带出热量 300.7731.074567(273.15+200)=152922.43KJ/hSO2带出热量 0.000520.7994054(273.15+200)=0.19668KJ/hN2带出热量 168.17191.1017234(273.15+200)=87664.69KJ/hSO3带出热量85.36360.8846305(273.15+200)=35730.038KJ/h带出总热量 q2=152922.43+0.19668+87664.69+35730.038=276317.355 KJ/h冷却空气进口温度25，出口温度300冷却空气用量 CpmT=q1-q2=404841.115-276317.355=128523.76 m=表2-13 转化塔热量衡算表进口温度() 热量(KJ/h)反应热(KJ/h)出口温度() 热量(KJ/h)混合气体冷却器652.1457792.48/43034817.65一段430348117.6576490.87579.75424608.522二段480374947.5628280.08535.46403227.64三段444403227.61573.78447.25404801.42四段420404801.4239.695420.12404841.115层间冷却器579.75348117.776490.8748049660.9622.4.5.二级空气冷却器混合气带入热量 q1=276317.355带出热量:空气带出热量 300.7731.074567(273.15+50)=104442.32KJ/hSO2带出热量 0.000520.7994054(273.15+50)=0.1343KJ/hN2带出热量 168.17191.1017234(273.15+50)=59872.86KJ/hSO3带出热量85.36360.8846305(273.15+50)=24402.75KJ/h带出总热量 q2=104442.32+0.1343+59872.86+24402.75=188718.06KJ/h冷却空气进口温度25，出口温度100冷却空气用量： CpmT=q1-q2=276317.355-188718.06=87599.295m=2.5 Aspen Plus全流程模拟采用Aspen plus流程模拟软件对整个工艺进行全流程模拟，用Heater模块模拟了熔硫炉，Rstoic模块模拟了燃硫炉，Heater和Rstoic结合模拟了SO2/SO3转化塔，Heater模拟一级和二级空气冷却器，见下图2-5图2-5 全流程模拟2.5.1熔硫槽模拟结果 图2-6熔硫槽模拟结果2.5.2燃硫炉模拟结果图2-7燃硫炉模拟结果2.5.3 转化塔模拟结果图2-8转化塔模拟结果2.5.4一级空气冷却器模拟结果 图2-9一级空气冷却器模拟结果2.5.5二级空气冷却器模拟结果图2-10二级空气冷却器模拟结果第3章 设备选型3.1关键设备的计算对SO2/SO3转化塔10进行详细设计。3.1.1塔内径的计算转化塔操作温度：取各段催化剂温度的平均值 443.5；转化塔操作压力：采用常压操作101.325Kpa；进口气体体积流量 V空气=VSO2=VN2=混合气体体积流量：V混合气体=227.91+23.90+89.92=341.146m3/h(标况)进口混合气温度：652.1转化塔空塔气速：取为0.33m/s气体体积与温度和压力有关故V混合气体=341.146(273.15+443.5)273.15=894.61 m3/h则转化塔内径3.1.2 催化剂用量的计算计算催化剂用量要计算出反应速率常数k，反应平衡常数Kp，催化剂内表面利用率，各段催化剂使用效率系数C，各段反应时间x等，以后才能计算出催化剂用量。根据我国触媒性能和实际使用情况，通常使用下面动力学方程计算催化剂用量 Vk=v0 (3-1)Vk-催化剂用量(m3)v0-气体流量通过催化剂层的容积(m3/s)-接触时间； =C (3-2) f(x)= = (3-3)式中-SO2转化为SO3的反应速度-扩散速率因子(即催化剂内表面利用率)；a-气体中起始SO2浓度(%);b-气体中起始SO2浓度(%);k-反应速率常数；x-转化率(%);Kp-反应平衡常数；C-使用效率总系数(由热衰退、中毒、气流分布不均等使用校正系数构成)；使用效率总系数C-1+C1+C2+C3式中C1-热衰退校正系数；C2-慢性中毒校正系数；C3-气流不均校正系数；查表可得一段、二段、三段、四段催化剂层C1,C2，C3值见下表表3-1一段、二段、三段、四段催化剂层C1,C2，C3C1热衰退校正系数C2慢性中毒校正系数C3气流不均校正系数一段0.1710.180.159二段0.090.1080.159三段0.050.090.159四段0.060.1440.159本工艺采用S101型催化剂不同温度下S101催化剂反应速率常数，平衡常数见下表表3-2 S101催化剂反应速率常数温度()KKp4200.375271.11 420.120.40258.694300.415215.074440.429157.114470.657143.964801.34573.985363.27126.195804.39812.751. 各段反应速度，反应时间的计算(1)一段反应速度，反应时间：a=7.0，b=14起始x=0，k=0.415，Kp=215.07= = =0.0591411=0.826=末尾 t=579.75 k=4.398 Kp=12.75=0.62811.480.330.996=2.37=此阶段平均=此阶段反应时间x=0.8160.719=0.59(s)(2)二段反应速度，反应时间：二段进料SO2体积分数2%，O2体积分数11.8%a=2，b=11.8起始t=480 x=0.719，k=1.345，Kp=73.98= = =0.672511.0810.330.999=2.457=末尾 t=536 k=3.721 Kp=26.19=1.86510.8540.0660.971=1.30=此阶段平均=此阶段反应时间x=0.9460.59=0.56(s)(3)三段反应速度，反应时间：三段进料SO2体积分数0.11%，O2体积分数12%a=0.11，b=12起始 t= 444 x=0.946，k=0.429，Kp=157.711=3.911.950.0660.998=3.07=末尾 t=447 x=0.975 k=0.657 Kp=143.96=5.9711.950.030.994=2.13=此阶段平均=此阶段反应时间x=0.400.975=0.39(s)(4)四段反应速度，反应时间：四段进料SO2体积分数0.0027%，O2体积分