20万吨l硫磺制酸工艺设计

200Kt/a硫磺制酸装置2毕业设计(论文)任务书指导教师(含职称):刘珍贤1.设计(论文)的主要任务及目标2.设计(论文)的基本要求和内容3.主要参考文献(1)南京化学工业(集团)公司设计院编写、化工部硫酸工业信息站出版(2)南京化学工业(集团)公司设计院编写、化工部硫酸工业信息站出版的《硫酸工4.进度安排设计(论文)各阶段名称1设计安排查询资料和参观考察2009年1-2月份2设计实施阶段2009年3月1日-25日3设计中期检查209年3月28日4设计完善阶段2009年4月1日-5月155设计毕业答辩2009年5月16日3设计诚信声明作者签名：王祥胜日期：2009年5月16日4200Kt/a硫磺制酸装置工艺设计本设计主要介绍了年产20万吨硫磺制酸的工艺计算(主要原物料的物料衡算和热媒催化剂，确保一转转化率达到93%、二转转化率达到98%,使之总转化率达到99.7%;放),确保吸收率达到99.99%;锅炉工段采用热管省煤器、火管锅炉、反渗透脱盐水、北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站51、总论 7 71.2研究结论 72、市场需求预测 9 9 9 3.2生产规模 3.4催化剂的选择 4、工艺技术方案 4.4全厂主要物料平衡 4.5自控技术方案 4.7标准化 5.1原料供应 6.1建厂条件 7.2给水排水 7.4供热 7.5贮运设施 6 7.8化验室 7.9土建 8、环境保护 8.1厂址与环境现状 8.2执行环境质量标准及排放标准 8.4环境保护与综合利用论述 8.5环境保护费用 9、劳动保护与安全卫生 9.1劳动安全与安全卫生 9.2消防 10、工厂组织和劳动定员 10.1工厂体制及组织机构 10.2生产班制和定员 10.3人员来源及培训 11.2各阶段实施进度规划 12.1综合评价 12.2问题及建议 17、循环酸温计算 18、主要设备尺寸核算 19、主要管道尺寸核算 附件：1、相关图纸71.1概述1.1.1项目名称1.1.3项目提出的背景、投资的必要性和8附：主要技术经济指标序号指标名称单位数量备注生产规模及产品方案1折100%为200kt/a2蒸汽3.82MPa1.2吨蒸汽/吨酸二年操作日天8000小时1日产量吨2小时产量吨三主要原材料、燃料用量1硫磺2钒触媒吨消耗14吨.3柴油开车升温用五公用工程消耗量1供水(补充新鲜水)25×5吨水/吨酸2用电负荷380V(总装机容量)85度/吨×25吨×45%10KV(总装机容量)85度/吨×25吨×55%年用电量(上透平风机)万kw.h20万吨×23度/吨3供汽低压蒸汽(≤0.6MPa)25吨×1.2六“三废”排放量1废气2废渣七运输量12八全厂定员人1其中：生产工人人92非生产人员人6九厂内占地面积亩十全厂建筑面积30亩×666×30%十一工程项目总投资(估计)万元2.1国内外近期、远期需求量预测2005-2007年全国硫酸产量(单位：万吨)制酸品种2005年产量占总产量比例%2006年产量占总产量比例%2007年产量占总产量比例%全国产量(万吨)其中：硫磺制酸其中：冶炼烟气制酸其中：硫铁矿制酸其中：其他原料制酸1112.2产品的销售预测、竞争能力和进入国际市场的前景3.1产品方案的选择3.1.1产品方案的选择的依据的下游磷化工产品投产后，硫酸总需求量将达到200kt/a,为了节省造价，降低成本及规蒸3.1.2产品方案的确定3.2生产规模0.6MPa饱和蒸汽：30t/h3.3产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标3.3.1产品和副产品的品种和数量序号产品新增产量备注1硫酸98%2饱和蒸汽0.6MPa小时产量×1.23.3.2产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标(1)硫酸：产品执行国家标准GB/T534-2002表中浓硫酸一等品标准指标(一等品)硫酸(H₂SO₄),%≥灰分的质量分数，%≤铁(Fe),%≤砷(As),%≤汞(Hg),%≤铅(Pb),%≤透明度，mm≤色度，≤(2)、工业硫磺：产品执行国家标准GB/2449-81表中二级品标准H₂SO₄算指标名称一级二级三级测定方法灰分%≤酸度(以H₂SO₄计)%≤砷(As)%≤不规定水分%≤100目筛(孔径0.149mm)筛余物%≤无无不规定200目筛(孔径0.074mm)筛余物%≤不规定机械杂质(木、砂、纸)不允许(3)饱和蒸汽：执行企业标准3.4催化剂的选用钒催化剂是以五氧化二钒(V₂O₅)为主要活性成分，其组成为V₂O₅5~9%、到国际先进水平。S107-1H型和S107-1H(Y)型，起燃温度为360℃~370℃,正常使用温度为420℃~580℃;S101-2H型和S101-2H(Y)型的起燃温度为380℃~390℃,正常的使用温度为420℃~630℃,因此比较可得S107型催化剂要优于S101型催化。S107型催化剂和S101型催化反应速度常数见表2.2和表2.3。温度，℃K₁温度，℃K₁K₁秒-大气压秒¹大气压秒-¹大气压00000000000说明：在转化率小于60%,温度小于470℃时用K₁*值。mm圆柱形；堆积密度0.50～0.60kg/L;孔隙率0.50%～0.60%;机械强度>15kgf/cm²;温度，℃K₁温度，℃K₁秒-¹大气压0.810.550.370.250.160.11说明：在转化率小于60%,温度低于460℃是用K₁*值。4.1工艺技术方案的选择(1)国外工艺技术概况总转化率在99.7～99.9%,尾气SO₂含量低于300PPM,酸雾含量低于45mg/m³。99%以上。(2)国内工艺技术状况4.1.2工艺技术方案的选择(8)采用新型不锈钢转化器，高温下(≤620℃)不会发生蠕变，使用寿命长，4.1.3本工艺技术可达到的工艺指标为：硫酸产量：25吨/时(100%H₂SO₄)4.2.1工艺流程简述B、焚硫工段：开车前将储存在液硫大罐中的液体硫磺用屏蔽泵打到焚硫炉前槽，液硫再经过硫磺泵加压后送入液硫喷枪，经过液硫喷枪雾化后进入焚硫炉，与从干燥塔来的干燥空气在800℃以上的温度下混合燃烧，借助焚硫炉前设置的旋风导流装置和炉尾的二次风让液体硫磺沫迅速的汽化、燃烧和扩散，生成我们想要的二氧化硫气体，温度高达1050℃送去余热锅炉降温。之前采用柴油经过油泵和喷枪对焚硫炉进行升温到800℃以上。降温到170℃后去一吸塔，从一吸塔回来的70℃的低温气体依次经过2台冷热和1台热热换热器加温到425℃后去转化四段，从转化四段出来的气体温度达440℃,再经过2#省煤器降温到430℃后进入转化五段，从转化五段出来的气体温度达432℃,最后经过低温过热器和1#省煤器降温到160℃后进入二吸塔。流回循环酸槽。98%成品硫酸由成品酸泵经成品酸冷却器冷却到40℃后进入硫酸计量4.2.2余热回收系统方案的选择(a)余热回收系统设计原则(1)蒸汽系统参数(2)余热回收系统组成式的不同，组成不同的余热回收系统，常用系统见下表：序号设备设置位置方案1方案2备注1余热回收系统设备台数562设备设置焚硫炉后设置火管锅炉火管锅炉一段出口设置过热器2#过热器三段出口设置1#省煤器空气预热器四段出口设置2#省煤器1#省煤器五段出口设置低压锅炉1#过热器+2#省煤器3方案简称2锅+1过+2省1锅+2省+2过+1空案2,预期产汽率1.2t/t酸，产汽量30t/时，产汽压力3.82MPa450℃。(3)热力系统流程经除氧的合格锅炉给水(脱盐水)送来本装置后，经1#省煤器加热到约170℃左热回收技术成熟，设备可靠，热能回收已大于65%,有效能回收率大于95%。若回收低温热能，需设置HRS系统，须增加投资2500～3000万元，可(2)余热回收系统主体设备100%国产化(3)热力系统流程(见附图)4.2.3原材料、辅助材料和动力消耗定额序号名称及规格单位消耗定额(吨酸单耗)小时每年备注原材料及动力消耗1硫磺：S≥99.5%t8.3吨6.64万吨2工艺水4万3循环水1520万4脱盐水27万5电575度460万上透平风机6蒸汽0.6MPa饱和t5.5吨4.4万吨熔化硫磺用7钒触媒14吨正常消耗8柴油升温用9仪表空气40万气动仪表用硅藻土液硫过滤用石灰中和硫磺酸度二副产品1蒸汽0.6MPat2硫磺渣t0.156吨1254吨4.4全厂主要物料平衡硫磺6.64万吨硫酸20万吨蒸汽24万吨硫磺渣1254吨4.5.1自动化水平术要求不高的装置可以根据实际情况选用小型分散型控制系统和数据采集系统(简称SCADA),可编程逻辑控制系统(简称PLC);工艺流程和设备布以太网的能力和关口。对DCS和PLC设置的最基本要求为，控制器1:1冗余，电源和通讯网络1:1冗余。系统在硬件发生故障时，仍能继续正常工作。控制系统按控制要(2)模拟仪表控制系统4.5.3环境特征和仪表选型和毒害作用。硫酸余热利用系统的汽水系统大部为高温高压。仪表选型一般按4.5.3.1仪表的防护和防爆(1)现场一次仪表根据现场情况分别采用防腐型、防水型等防护类型。根据工艺(2)所有现场安装的仪表是全天候型的，可以满足现场使用环境和气候条件，并(4)仪表防电磁干扰措施采用带屏蔽层的双绞型计算机专用电缆或者屏蔽电缆并4.5.3.2主要仪表的选型(1)温度仪表(2)压力仪表(3)流量仪表(4)物位仪表(5)分析仪表(6)执行器4.5.4动力供应气。考虑上两台每台3Nm³/min的螺杆式空压机(一开一备)。仪表用气量表用气装置用气量(Nm³/h)备用时间(分)硫磺制酸装置化学水站20(间断)其他装置4.5.4.2仪表用电源主要仪表用电量表输入电压等级电源要求硫磺制酸主控制室重要负荷化学水站控制室重要负荷其他~~按具体要求4.6主要设备的选择4.6.1主要定型设备的选择(1)液体硫磺泵(2)液体硫磺过滤器(3)硫酸泵国内已有生产，泵的流量350m³/h、38m硫酸柱，电机功率90KW。98%,99℃高(4)酸冷却器却器，目前国内80万吨/年、60万吨/年、40万吨/年、30万吨/年大型硫磺制酸装置均4.6.2主要非标准设备的设计(1)快速熔硫槽(2)焚硫炉(3)转化器转化器采用304材质，底部设有径向膨胀设施，进气口考虑均匀分气措施，触媒(4)气体换热器(5)干吸塔干吸塔为立式园筒形结构，钢壳体内衬耐酸大于50%,填料为5米φ76大开孔瓷质异鞍型填料，0.76米φ38阶梯环，塔底为蝶形43个，而国产高效管式分酸器喷头只有21-27个/m²。(6)液体硫磺贮槽4.6.3主要热力系统设备(1)火管锅炉(2)过热器两段过热器均由进出口联箱和带螺旋翅片的蛇形管组用304(0Cr19Ni9),外壳采用304(0Cr19Ni9);(3)水平夹套式热管省煤器(4)蒸汽透平驱动的空气鼓风机主要工艺设备规格及技术参数序号主要技术参数1快速熔硫槽带搅拌桨，加热面积F=2X60m²2台，锥底2液体硫磺过滤器采用卧式叶片液体硫磺过滤器2台(1开、1备)3焚硫炉带二支机械雾化磺枪，燃烧容积135m³1台钢衬耐火砖4转化器φ内7400五段催化剂共180m1台不锈钢5热热换热器换热面积F=1064m²1台，列管式6冷热换热器换热面积F=1838m²2台，列管式7空气鼓风机流量Q=1500m³/min8干燥塔φ内4800扬酸量300m²/h,喷淋密度L=17m³/m².h,填料层高5.76米1台钢衬耐酸砖9第一吸收塔φ内4800扬酸量330m²/h,喷淋密度L=18m³/m².h,填料层高5.76米1台钢衬耐酸砖第二吸收塔φ内4800扬酸量300m²/h,喷淋密度L=17m³/m².h,填料层高5.76米1台钢衬耐酸砖干燥塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积F=267m²1台一吸塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积F=294m²1台二吸塔酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积F=137m²1台成品酸冷却器带阳极保护管壳式换热面积F=25m²1台干吸酸循环槽φ内3000×12000容积为85m1台钢衬耐酸砖尾气烟囱钢架结构，中心筒采用PP材质1台4.7标准化4.7.1化工工艺设计采用相应的国家和行业标准、规范(略)4.7.2设备、主要设计标准和规范(略)4.7.3电气、本工程电力设计所使用的设计标准或规定(略)4.7.4自控、设计采用的标准及规范(略)4.7.4.2设计采用工程单位测量参数单位刻度流量液体气体蒸汽5.1原料供应5.1.1主要原料品种、规格、年需用量、来源及运输条件序号名称主要规格年需用量(万吨)来源供应方式1硫磺进口汽车转运5.1.2原料资源的储量、品位、开采及生产规模综上所述，硫磺的供应及价格都将有保障。5.2辅助材料供应序号名称规格单位年需用量来源供应方式1钒触媒吨外购汽车2柴油吨外购汽车3硅藻土吨外购汽车6.1建厂条件6.1.2工程地质、水文地质和地震烈度6.1.2.1工程地质6.1.2.2水文地质6.1.2.3地震烈度6.1.3当地气象条件C、最冷月平均温度G、最热月平均相对湿度H、最冷月平均相对湿度6.1.4地区和城镇社会经济现状及发展规划(略)6.1.5交通运输条件的现状及发展规划(略)6.1.6水源、供排水工程项目所需生产用水和生活用水来自公司供水站，本工程不考虑供水设施。为满足厂区的防排洪要求，设计计划在厂区修筑一条排洪沟，以防暴雨时山洪影响6.1.7电源、供电、电讯等情况电源引自全厂35/10KV总变电所，装置内设10KV高压配电室，承担界区内各装置6.1.8供热情况20万吨/年硫磺制酸装置，生产过程中产生大量的热能。本硫酸装置同时采用余6.1.9环境条件本设计增加的废气主要是硫酸装置最终吸收塔尾气。增加的废渣主要是硫酸装置6.1.10当地施工和协作条件(略)6.1.11与城镇地区规划的关系和生活福利设施条件(略)6.2厂址方案7.1总图运输7.1.1总平面布置7.1.1.1总平面布置的原则(1)因地制宜的利用好厂内现有土地，少征地。(3)符合安全、卫生、防火、防爆及环保等设计规范的要求。(4)满足施工、生产、检修、运输及生产管理的要求。7.1.1.4绿化7.1.2.1货物运输量及运输方式的确定序号运出物料名称运输量万吨/年物料形态包装方式运输方式1运入硫磺块散汽车小计2运出硫渣散汽车3小计4合计7.1.3工厂防护设施设置的原则和要求7.1.4排渣7.2给水排水7.2.1概述(1)设计范围(2)装置用水量和排水量2000m³/h,循环水利用率93%。7.2.2水源及输水7.2.3厂区给水7.2.4硫酸循环水站循环冷却水主要用于硫酸装置酸冷却器、硫酸风机蒸汽轮机，总循环水量为2000m³/h,△t=10℃,供水压力0.3MPa,回水压力0.1MPa。(1)循环水池LXBXH=18.6x8.5x3.8m钢筋混凝土一座7.2.5厂区排水装置名称直流水循环水净下水污水系统消耗硫酸装置化学水站硫酸循环水站生活7.3供电及电讯7.3.1供电在车间变电所0.38KV低压侧装设无功补偿电容器组，使功率因数大于0.9,10KV电源7.3.1.2供电电源选择和可靠性阐述急照明灯，10KV高压开关站的事故照明用直流电源(蓄电池)供电。7.3.1.3装置供电方案比较与选择及原则确定电源引自全厂35/10KV总变电所，装置内设10KV高压配电室，承担界区内各装置(特殊用电设备除外):10KV。<200KW电动机：380V。(4)、控制保护电压：10KV7.3.2电讯由全厂电讯网络接入。7.4供热7.4.1供热7.4.1.1设计范围7-6;余热锅炉给水负荷见表7-8。表7-8锅炉给水负荷一览表序号用户名称压力温度给水量备注1硫酸余热锅炉5合计(1)热力系统(2)除氧及给水系统(3)疏放水系统(4)厂区管网(a)3.82MPa等级北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站(b)0.6MPa等级(5)开车锅炉7.4.1.4主要设备选型(1)硫酸余热锅炉1台额定蒸发量：30吨/时(2)背压汽轮机1台进汽压力：3.43Mpa进汽温度：435℃(5)热力喷雾式除氧器1台7.4.2脱盐水站7.4.2.1脱盐水站技术方案(1)活性炭过滤器：二台(一用一备)。规格：φ3000,出力：70t/h;(2)反渗透系统能力50t/h一套系统利用率：>75%脱盐率：>97%(3)混合离子交换器二台(一用一备)。规格：φ1500,出力：50t/h;7.5贮运设施计算，贮存周期约为20天。7.5.3物料装卸、贮运、处理方案的确定7.5.3.1硫磺贮存方案的确定7.5.3.2硫磺运输方案的确定本工段贮运物料为粒状固体硫磺，固体硫磺属易燃物，根据物料特性和输送量 7.5.4主要设备表序号名称型号和规格数量备注1加磺斗12电磁振动给料机给料能力：50t/h13大倾角胶带输送机Q=40t/h,B=650mmL=12.87M,V=0.8m/s倾角a=45°N=7.5KW,14手动三通换向阀17.5.5罐区及辅助设施方案的选择20万吨/年硫酸装置每小时产100%H₂S0₄25吨，为保证装置及后续工序的连续稳定生产，新增设硫酸贮罐中内12000x12000,V=1356m³4台，安全装填量最大90%考虑，停留时间360小时，15天。7.6空压站本设计经计算须增100Nm³/h仪用压缩空气。设置3m³/min的空压机2台，二开一备，其中仪用空气采用一套3m³/min空气干燥净化装置及相关设备(储气罐等).(1)气源要求(2)工艺流程简述7.7机、电、仪修7.8化验室7.9土建7.9.1.2抗震设防烈度厂址所在地区的抗震设防烈度为6度。7.9.1.3工程地质概况7.9.1.4地方材料及施工条件(3)建筑设计注重环保和可持续发展。7.9.2主要建、构筑物一览表(略)7.9.3对地区特殊性问题的说明(略)8.1厂址与环境现状(略)8.1.1厂址的地理位置和自然条件(略)8.2执行环境质量标准及排放标准序号污染物最高允许排放浓度排气筒二级三级监控点1二氧化硫合物生产)合物使用)152539557722385883点2硫酸雾(火炸药厂)1523334663132335507095点(其它)8.3.1工程概述本次项目新建20万吨/年硫磺制酸装置、相配套的公用工程设施及生产辅助设8.3.2主要污染源及污染物(1)废气(2)废水(3)废渣(4)噪声装置具体排放情况见表8-18-1装置三废排放表污染源排放量污染主要污染物排放特性处理名称物名称浓度排放量方式高度温度直径措施尾气洗涤塔尾气连续高空排放酸雾硫磺渣硫磺含硫间断外卖8.4环境保护与综合利用论述本装置正常工况没有废水排放。只有少量冲洗水，最大～4m³/d,含酸约0.5%,送转化率为99.7%,吸收率为99.99%;经进口除雾器除雾后由60m烟囱排放。其中含SO₂:8.4.3环保管理机构及检测机构定员8.5环境保护费用费用中。其投资占建设投资的10%。9.1劳动安全与安全卫生9.1.1设计依据(略)9.1.2工程概述本项目新增20万吨/年硫磺制酸装置、相配套的公用工程设施及生产辅助设施。在生产中存在爆炸和火灾危险场所，如：硫磺库、锅炉等；在工业卫生方面又存在腐蚀、有毒、噪音、高温等问题，为此在设计中必须针对这些危害因素进行分析并采取9.1.3生产过程中主要危害因素分析(1)硫磺激性。大气中硫的悬浮粉尘的着火温度为190～220℃,其爆炸下限浓度为35g/m³,上凡游离SO₂含量在10%以下，不含有毒物质的矿物性和动物性粉尘，工作场所的最高允(2)二氧化硫按照GBZ2-2002标准的规定，生产场所短时间接触SO₂容许浓度为10mg/m³。(3)三氧化硫9.1.3.2职业危害因素分析(1)火灾爆炸(2)灼伤(4)噪声危害(5)高温与中暑(6)静电、雷电、触电的危害9.1.4职业安全卫生防护措施9.1.4.1设计原则(1)尘毒物的防范措施(2)化学腐蚀及灼伤防范措施(3)噪声防治措施施(5)人身防护措施(6)职业安全卫生教育9.1.5职业卫生投资估算本工程职业卫生投资估算约15万元。职业病危害预评价专项费用约为10万元(已包含在建设单位管理费中)。9.1.6预期效果9.2消防9.2.1常规水消防系统(1)消防用水量的确定25L/s,室内消火栓用水量10L/s,全厂同一时间火灾次数为1次，火灾延续时间2小时，一次消防用水量为252m³。(2)消防给水及消火栓布置10分钟室内消防用水量和一次消防用水量252m³贮存于循环水池中，水池容积为径为DN300。9.2.2其他消防系统10.1工厂体制及组织机构10.2生产班制和定员序号装置或部门名称管理人员生产工人合计备注1硫酸装置42公用工程3分析化验1454机电仪维修189610.3人员来源及培训11.3.1人员来源11.3.2培训11.1建设工期规划11.2各阶段实施进度规划(1)建设前期工作实施进度规划项目可行性研究报告批准1个月(2)设计阶段进度规划(3)施工阶段进度规划土建施工4个月设备采购制作及安装7个月管道安装2个月试车投产1个月以上各阶段共需用12个月，但可交叉进行，建成投产只需12个月(1年)。项目实施进度表实施项目时间(月)123456789可行性研究报告批准1初步设计2施工图设计4土建施工及准备3设备采购制作及安装5管道安装2投料试生产1研究结论12.1综合评价(3)本项目采用3+2两转两吸工艺流程，的技术先进、成熟、来源可靠，装置便项目预计总投资5000万元。12.2问题及建议设计条件1、设计能力：200Kt/a硫磺制酸工程；2、生产时间：333天/年，即8000小时/年，600吨/天，25吨/小时(100%H₂SO₄);所(1)气象：贵阳大部分地区冬无严寒、夏无酷暑，全年气候温和，属亚热带季风气(2)湿度：5、主要技术参数(1)、焚硫炉出口炉气浓度(2)、总转化率(4)、各段转化率转化器一段二段三段四段五段转化率(%)(5)、尾气排放浓度烟囱高度(米)SO₂排量(Kg/h)酸雾排放量(Kg/h))6、公用工程条件C、PH=7-8D、温度=102-104℃气体流量及组成计算1、焚硫炉出口气体组成(1)、SO₂需要量(25×1000÷98×22.4)÷(0.99(2)、根据生产经验，焚硫炉出口SO₃含量占S0₂总量的2%(3)、SO₂占炉气总量的10.5%,则炉气总量为：(4)、氧含量：S+0₂=S0₂,SO₂含量10.5%,则也是10.5%焚硫炉出口炉气汇总：合计：∑2、一段触媒层出口气体组成(一段转化率62%):SO₂:5617.5×(1-62%)=2134.65NM³/hSO₃:5617.5-2134.65+114.6=35一段出口气体汇总：合计：∑3、二段触媒层出口气体组成(二段总转化率82%):SO₂:5617.5×(1-82%)=1011.15NM³/h0₂:5674.8-(5617.5-1011.15)÷二段出口气体汇总：合计：∑4、三段触媒层出口气体组成(三段总转化率94%):0₂:5674.8—(5617.5—337.05)÷2=3034.58三段出口气体汇总：合计：∑5、四段触媒层入口气体组成(一吸塔吸收率99.99%):合计：∑6、四段触媒层出口气体组成(四段总转化率99.3%):0₂:3034.58—(337.05-39.32)÷2=2885.72NM³/h合计：∑7、五段触媒层出口气体组成(五段总转化率99.7%):0₂:2885.72—(39.32—16.85)÷2=2874.49NM³/h五段出口气体汇总：合计：∑8、第二吸收塔出口气体组成(二吸塔吸收率99.99%):第二吸收塔出口气体汇总：合计：∑9、尾气SO₂和S0₃排放速率与排放浓度：操作态V={(273+65)÷273}×{101.3÷(89.17+0.2)}×46018.57=64581M³/h当烟囱高度为60米时，国家环保部门允许SO₂排放速率为64Kg/h(二级排放标准),允许酸雾排放速率为39Kg/h(二级排放标准)。SO₂和SO₃排放指标均满足国标要求。(1)、用空气中氧量计算空气的理论用量(5617.5+114.6×1.5+5674.8)÷0.21=54591.4干空气中V=1.29Kg/NM³VH₂o=1633.81÷18×22.4=2033.2NMV=54591.4+2033.2=56624.6NMA、风机进口状态需要空气量进口空气：温度T=30℃,相对湿度=79%,进口压力P=-1.5KPa(消音器),当地大调整系数：{(273+30)÷273}×{(101.325)÷(89.17—1.5)}=1.283出干燥塔干空气带出水份0.1g/NM³,合54591.4×0.1÷1000=5.46Kg/h÷干燥塔脱出水份：1633.81-5.46=1628.35Kg/h÷18=90.46Kmol/hN₂=54591.4—11464.19=43127.21NM³/hW=330×1.7978×1000=5932745395.05NM³/h=240.85Kmol/h=240.85×80=19268Kg/h(581408.5+23603.3)÷(5932W=300×1.7978×1000=539340W=300×1.7978×1000=5320.74NM³/h=14.32Kmol/h=14.32×80=1145.6Kg/h(528553.2+1403.36)÷(53934098%硫酸593274Kg/h一吸塔98%硫酸539340Kg/h98.77%硫酸612542Kg/h去一吸98%硫酸593274去一吸98%硫酸593274Kg/h去二吸98%硫酸539340Kg/h去干燥98%硫酸539340Kg/h循环槽Z进=1696960.7Kg/h∑L=1696960.7Kg/h(1)、入热Q入①、空气带入热q₁:一吸塔入口设置空气预热器，从干燥塔来的冷空气经过一吸塔入口热炉气换热后②、液体硫磺带入热q₂:q₂=25×332×1.03×(135+③、液体硫磺燃烧热q₃(2)、出热Q出①、炉气带出热q₁设焚硫炉出口炉气温度为1050℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cpso₂=50.64J/mol.K,Cpso₃=74.15J/mol.K,Cpo₂=33.04J/mq₁*=(250.78×50.64+5.12×74.15+253.34×33.04+1设焚硫炉出口炉气温度为1050℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Qx=Q出，即108275799=(81866.04+11.66)(273+T)设锅炉出口温度为400℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cpso2=45.59J/mol.K,Cpsoʒ=62.72J/mol.K,Cpo2=30.90J/mol.K,CpN₂=29.64J/mol.K设转化一段出口炉气温度为600℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cpso₂=47.48J/mol.K,Cpsoʒ=67.62J/mol.K,Cpo₂=31.65J/mol.K,Cpn₂=30.23J/mol.K设高温过热器出口温度为440℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cpso₂=45.98J/mol.K,Cpsoʒ=63.81J/mol.K,Cpo₂=31.05J/mol.K,Cpn₂=29.76J/mol.K△Q=Qλ一Q山=69093392.6-55171714.1=13921678.5KJ/h设空气预热器热气体入口温度为240℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cpso₂=43.76J/mol.K,Cpso₃=57.97J/mol.K,Cpo₂=30.2J/mol.K,CpN₂=29.15J/mol.KQx=(43.76×15.05+57.97×240.85+30.2×135.47+设空气预热器热气体出口温度为170℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第Q出=(43.15×15.05+55.45×240.85+29.89×135.47+28.91×1925.32)×(273+△Q=Qλ一Q出=38390321.4—32655629.6=5734691.8KJ/h①、干空气带入热：干空气量54591.4NM³/h,合2437.12Kmol/h估计冷空气出口T=120℃,120℃时，查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第39页，Cp空气=28.97J/mol.K,Cp水分=33.25J/mol.KT)+10.07(273+T)=70613.4设四段出口气体温度为441℃,441℃时，查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第Q入=(45.99×1.75+63.86×13.32+31.06×128.83+29.77×1925.32)×(273+设省煤器出口气体温度为430℃,430℃时，查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇Q出=(45.88×1.75+63.54×13.32+31.01×128.83+29.73×1925.32)×(273+△Q=Qλ一Q出=44446024.4-43699481.56=746542.8KJ/h北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站Q入=(45.91×0.75+63.62×14.32+31.03×128.33+29.74×1925.32)×(273十Q出=(43.03×0.75+55.07×14.32+29.85×128.33+28.88×1925.32)×(273+△Q=Q入一Q出=43841530.2-26090314.11=17751216.1KJ/h(2)、各段转化率及钒触媒用量比例一段二段三段四段五段各段总转化率(%)钒触媒用量比例(%)(3)、各段触媒层出口气体温度计算T出=442+290.5×(84—62%)=506℃T山=430+290.5×(94—84%)=459℃T出=430+290.5×(99.7—99.3%)=431℃,取432℃附表一：转化各段转化率、触媒分配及进出口温度等分一段二段三段四段五段备注钒触媒用量比例钒触媒用量(M³)钒触媒型号气体入口温度(℃)气体出口温度(℃)气体温升△T(℃)2钒触媒层阻力降附表二：气体各主要点温度、压力及组成序号气体各主要点压力(KPa)备注1透平风机进口空气—1.02透平风机出口空气3干燥塔进口空气4干燥塔出口干空气5焚硫炉出口炉气6余热锅炉出口炉气7余热锅炉热副线炉气8转化器一段进口炉气9转化器一段出口炉气转化器二段进口炉气转化器二段出口炉气转化器三段进口炉气转化器三段出口炉气1#冷热交换器出口2#冷热交换器出口(管内)一吸塔入口炉气一吸塔出口炉气2#冷热交换器出口(管间)1#冷热交换器出口(管间)转化器四段进口炉气转化器四段出口炉气转化器五段进口炉气转化器五段出口炉气8低温过热器出口炉气7五段出口省煤器出口炉气6二吸塔进口炉气二吸塔出口炉气1尾气塔出口说明：①、进塔酸带入热：进塔酸温60℃,进塔酸量98%H₂SO₄539340Kg/h,并经过计算N₂、O₂组成的混合气体空气，得I空=1.675KJ/molQ₂=54591.4÷22.4×1.675×1000=4082169KJ/hQ₃=1.92×(2033.2÷22.4)×1000=174274.n为98%的硫酸：n₁={(100—98)÷18}÷(98÷98)=0.11l1molQ₂-Q₁={(17860×0.1276)÷(0.1276+1.7983)—(1Q₅=603.3×{(539340×98%)÷98}=3253838.2KJ/mol出塔空气60℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第42页，并经过计算N₂、O₂Q₁=54591.4÷22.4×1.732×1000=4221085KJ/hQ₂=1.986×(5.46÷18)×1000=602.2、一吸塔出塔酸温Iso₂=7.63,Isoʒ=9.51,Io₂=5.09,In₂=4.92Q₁=(7.63×15.05+9.51×24Q₂=593274×89.2=52920040.8KJSO₂和HO₂的混合热，混合后的浓度为98.77%H₂SO₄查表P46页表5得：80℃的98%H₂SO₄的混合热为105.1KJ/mol,80℃的99.3%Q₁=(2.96×15.05+3.70×0.024+2.07×135.47+2.01×192设出塔硫酸热焓为X,硫酸量612542Kg/h98.77%H₂SO₄Qx=Q出，即90386545.5=4194952.9+6125查表P41页，得98%H₂SO₄80℃121KJ/Kg100℃154.1KJ/Kg98.77%H₂SO₄100℃得154.1-(154.1-151.6)÷(99-98)×0.7T=80+20÷(152.2—119.38)×(140.7-119.38)=92.9℃,取93℃即：一吸塔出口酸温为93℃Q₁=(6.912×0.75+8.544×14.32+4.787×12Q₂=539340×89.2=48109128KJ/hSO₂和HO₂的混合热，混合后的浓度为98.05%H₂SO₄查表P46页表5得：80℃的98%H₂SO₄的混合热为105.1KJ/mol,60℃的98%H₂SO₄则70℃的98%H₂SO₄的混合热=(105.1+101.3)÷2=103.2KJ/molQ₃=14.32×103.2×1000=1477824Io₂=1.9KJ/mol,In₂=1.87KJ/molQ₁=(2.75×0.75+3.432×0.0014+1.9×128.33+1.87×192设出塔硫酸热焓为X,硫酸量540485.6Kg/h98.05%H₂SO₄T=60+20÷(120.9-89.1)×(102.7-89.1)=68.5℃,取69℃即：二吸塔出塔酸温为69℃取△H=9282KJ/Kg,硫磺单耗332Kg/T100%H₂SO₄,小时产酸25吨X≥122.7,取焚硫炉的容积为122.7×1.1=135m³(放10%的富余)②、如果按照体积强度计算：135/25=5.4>5m³/h.T,可行。15.15÷{3.14×(X÷2)²}≤0.4m/s三段四段合计Z=180M³ZH=4186mm出口46499.37NM³/h平均49196.63NM³/h70℃17.5KPa(不含除雾器)X≥4.43米，取一吸塔的直径为4.43×1.08=4.8米(考虑放大8%的余量)操作气速：V操作={(273+70)÷273}×{101.3÷(89.17+16.0)}×46499.37÷3600=15.63m³/sm/s之间),可行。出口46018.57NM³/h65℃3.5KPa(不含除雾器)X≥4.56米，取二吸塔的直径为4.56×1.05=4.8米(考虑放大5%的余量)操作气速：V操={(273+65)÷273}×{101.3÷(89.17+3)}×46018.57m/s之间),可行。平均55608NM³/h60℃37.5KPa(不含除雾器)X≥4.0米，取干燥塔的直径为4.0×1.2=4.8米(考虑放大20%的余量)操作气速：V操作={(273+60)÷273}×{101.3÷(89.17+37.5)}×54591.4X≥2.32米，取干燥塔网除沫器直径为2.5米(适当放大)(考虑4%的余设一吸塔循环酸泵流量为Xm³/h,杨程H=38米，X≥289.4m³/h,取一吸循环酸泵流量为289.4×1.14=330m³/h(考虑14%的余量)X÷(3.14×2.4²)≥16m/h.m²(喷淋密度可取15-20m³/h.mX≥289.4m³/h,取二吸循环酸