年产万吨硫酸生产设备

5万吨硫酸生产设备

年产

目录

第一章 概述 ........................................................................................................................... 0

1.1 绪论 ......................................................................................................................... 0 1.2硫酸的性质 ............................................................................................................... 0 第二章 计算设备规格 ........................................................................................................... 1

2.1 干燥塔 ..................................................................................................................... 1

2.2中间吸收塔 .............................................................................................................. 5 2.3最终吸收塔 .............................................................................................................. 8 第三章 填料塔设计结果 ..................................................................................................... 11

第一章 概述

1.1 绪论

硫酸是重要的基础化工原料之一，是化学工业中最重要的产品,广泛用于各个工业部门。 在工业生产中，一般都采用二氧化硫催化氧化的方法制硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。本设计以年产5万吨硫酸车间干吸工段工艺设计为例。采用两转两吸工艺，即炉气首先在干燥塔中干燥后，再进入转化工段，经一次转化后炉气进入第一吸收塔进行SO3的吸收，吸收后气体中含有少量SO2和残余的SO3，进入二次转化器后回到第二吸收塔进行吸收。本次设计涉及的主要设备有干燥塔，吸收塔，换热器，填料塔等。 1.2硫酸的性质

硫酸是（SO3）和水（H2O）化合而成。化学上一般把一个分子的三氧化硫与一个分子的水相结合的物质称为无水硫酸。无水硫酸就是指的100%的硫酸（又称纯硫酸）。纯硫酸的化学式用“H2SO4”来表示，分子量为98.08。

硫酸是基础化学工业中重要的产品之一。硫酸的性质决定了它用途的广泛性，硫酸主要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、致冷剂、饲料添加剂和石油的精炼、有色金属的冶炼，以及钢铁、医药和化学工业。

0

第二章 计算设备规格

两次吸收法生产硫酸的流程图

1 焚硫炉 2 废热锅炉 3 转化器 4 蒸汽过热器 5 蒸发器 6 锅炉给水预热器

7 换热器 8 中间吸收塔 9 最终吸收塔 10过滤器 11 空气干燥器 12鼓风机 13 泵 2.1干燥塔的工艺计算

进塔气温：40℃，出塔气温45℃；进塔气体压力：-5.884kPa，出塔气体压力：-7.06kPa。

进塔气量：20190.91m3/h，出塔气量：20190.910.99219789.11m3/h；大气压101.3kPa。 2.1.1塔径的计算

V20190.9119789.11236002734045101.326.86m3/h平均气体流量 5.887.06273101.326.863.31m （取塔径3.4m）

0.7850.8现取空塔速度0.8m/s，则塔径D：D 1

3.42则实际空塔速度0.76m/s ， 塔横截面积为：S3.149.07m

22.1.2填料面积F

G （2-1） KP2 F式中：G—需吸收的水量，kg/h；

K—干燥速度系数，kg/(m2·h·kpa)； P—干燥推动力，kPa。

①干燥水量：G1475.281.841473.44kg/h

②干燥速度系数：K0.2110.80.80.176kg/(m2·h·kpa)

③干燥推动力P：

入塔压力=101.3-5.884=95.42kPa，出塔压力=101.3-7.06=94.24kpa

95.4281.940.0856kpa 101.3819.4481.9494.240.11出塔气体水蒸气分压：P20.000117kpa

101.3819.440.11入塔气体水蒸气分压：P1PP0.08560.0001171P298.06651.3kpa P0.08562.3lg12.3lgP20.000171473.446439.86m2

0.1761.3将以上计算结果带入式(2-1)得：填料面积F2.1.3 填料高度H填

选用尺寸为50mm的瓷质矩鞍形填料为干燥层。 H填F/ （2-2） 20.785D式中： F—填料面积，m2；

—填料的比表面积，m2/m3； D—塔径，m。

2

由式（2-2）得：H填2.1.4压力降P

6439.86/1206.0m 20.7853.42G0.76212210001.260.2L8.840.20.004365gL9.811790.51790.5LGGL0.52726661.2627753.401790.50.5

0.26查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P239图4.5.2填料层压降的通用关联图得： 填料层压力降P5mmH2O/m填料

51036.0295pa10130010.33

2.1.5填料塔阻力P阻

①填料层阻力P1

查《接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编》P44，图5.3.1得： 当0.76m/s时，P干5.5mmH2O/m填料

’填料层阻力：P，mmH2O/m填料 （2-3） P1L1干 式中：P干—干填料阻力，mmH2O/m填料； —校正系数，93%～98%酸取0.055； L’—淋洒密度，m3/m2·h。 淋酸密度:L'VL151.716.7m3/m2h s9.110.05516.7 由式（2-3）得：P15.5

10.55mmH2O/m填料621pa3

②除沫层阻力P2

除沫层填料采用252.5mm陶瓷环，堆放高度：21.052.1m 则除沫层阻力：P22.13063mmH2O618pa。 ③填料塔阻力：P1P2621+618=1239pa 阻P2.1.6 填料层持酸量

持酸量=硫酸液膜厚度×填料面积 润湿率:LL'16.70.14 120查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P246,图4.5.5润湿率与液膜厚度的关系得：

L水的液膜厚度为0.05cm，校正系数0.022L0.331790.50.02238.84100.331.24。

则硫酸的液膜厚度经校正后为0.05/1.24=0.04cm。 则填料层持酸量0.041026439.92.6m3 2.1.7塔高H

在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸： 下气室（包括进气、出酸管）：高度2.5m； 分酸管、槽高度：2m； 球拱（或砖拱）高度：0.4m； 除沫层与空间高度：2.1m； 填料层高度：6.0m； 布酸层高度：0.6m； 全塔总高度H=13.6m。 2.2 中间吸收塔的工艺计算

进塔气温：160℃，出塔气温60℃；进塔气体压力：5.9kpa，出塔气体压力：4.7kpa。

4

进塔气量：17448.49m3/h（或779.55kmol/h），其中：SO3：79.79kmol/h；吸收率99%。 出塔气量：15679.06m3/h（或700.55kmol/h），其中：SO3：0.79kmol/h；大气压101.3kpa。 2.2.1塔径的计算

平均气体流量：

V17448.4915679.062360027316060101.326.8m3/s 5.94.7273101.32现取空塔速度1.2m/s， 则塔径D：D6.82.7m （取塔径2.8m）

0.7851.222.82则实际空塔速度1.10m/s 塔横截面积为：S3.146.15m

22.2.2填料面积F

FG （2-4） KP式中：G—SO3吸收量，kg/h；

K—吸收速度系数，kg/(m2·h·kPa)； P—吸收推动力，kpa。

①SO3吸收量：G79.790.79806320kg/h ②吸收速度系数：K1.0040.8kg/(m2·h·kpa)

K1.0041.100.81.08kg/(m2·h·kpa) ③吸收推动力P：

79.79102825900.108atm10.9kpa

779.55103360.79108284700.00118atm0.12kpa 出气分压：P2700.5510336 进气分压：P1 PP10.90.121P22.4kpa P10.92.3lg12.3lgP20.1262302404m2

1.082.4将以上计算结果带入式(2-4)得：填料面积F

5

2.2.3填料高度H填

同干燥塔，选用尺寸为50mm的瓷质矩鞍形填料为吸收层。 由式（2-2）得：H填2.2.4压力降P

2404/1033.8m 20.7852.8.

2G1.1212210001.090.2L8.160.20.0076gL9.811791.91791.9LGGL0.52946881.0926278.271791.90.5

0.27查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P239图4.5.2填料层压降的通用关联图得： 填料层压力降P8mmH2O/m填料

81033.8298pa10130010.33

2.2.5填料塔阻力P阻 ①填料层阻力P1

查《接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编》P44，图5.3.1得： 当1.1m/s时，P干9.5mmH2O/m填料 淋酸密度:L'VL158.724.4m3/m2h s6.5110.05524.4 由式（2-3）得：P19.5

22.3mmH2O/m填料829pa

6

②除沫层阻力P2

除沫层填料采用252.5mm陶瓷环，堆放高度：21.052.1m 则除沫层阻力：P22.13063mmH2O618pa。 ③填料塔阻力：P1P2829+618=1447pa 阻P2.2.6填料层持酸量

持酸量=硫酸液膜厚度×填料面积 润湿率:LL'24.40.24 103查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P246,图4.5.5润湿率与液膜厚度的关系得： 硫酸的液膜厚度为0.096cm。

则填料层持酸量0.09610224042.3m3 2.2.7塔高H

在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸为：

下气室（包括进气、出酸管）：高度2.5m； 分酸管、槽高度：2m； 球拱（或砖拱）高度：0.4m； 除沫层与空间高度：2.1m； 填料层高度：3.8m； 布酸层高度：0.6m； 全塔总高度H=11.4m。 2.3 最终吸收塔的工艺计算

进塔气温：180℃，出塔气温60℃；进塔气体压力：118.8Pa，出塔气体压力：0kPa。 进塔气量：15606.76m3/h（或696.73kmol/h），其中：SO3：6.07kmol/h；吸收率99%。

7

出塔气量： 15472.15m3/h（或690.72kmol/h）， 其中： SO3：0.06kmol/h；大气压101.3kPa。 2.3.1塔径的计算

平均气体流量：V15606.7615472.152360027318060101.326.2m3/s 0.1188273101.32现取空塔速度1.2m/sw，则塔径D：D6.22.70m （取塔径2.8m）

0.7851.222.82则实际空塔速度1.08m/s 塔横截面积为：S3.146.15m

22.3.2填料面积F

①SO3吸收量：G6.070.0680480.8kg/h

②吸收速度系数：

K1.004W0.8kg/(m2·h·kPa)

W36420.1636105.92360027318060101.3121.08m/s 0.118827312.56101.32 K1.0041.080.81.07kg/(m2·h·kPa) ③吸收推动力P：

6.0710282118.80.00877atm0.889kpa 696.73103360.06108280.0000864atm0.00876kpa 出气分压：P2690.7210336 进气分压：P1 PP0.8890.008761P20.19kpa P0.8892.3lg12.3lgP20.00876480.82365m2

1.070.19将以上计算结果带入式(2-4)得：填料面积F

8

2.3.3填料高度

H填

同干燥塔，选用尺寸为50mm的瓷质矩鞍形填料为吸收层。 由式（2-2）得：H填2.3.4压力降P

2365/1033.8m 20.7852.82G1.08212210000.930.2L9.440.20.0065gL9.811800.81800.8LGGL0.5288848.80.93198941800.80.5

0.32查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P239图4.5.2填料层压降的通用关联图得： 填料层压力降P7.8mmH2O/m填料

7.81033.8291pa10130010.33

2.3.5填料塔阻力P阻 ①填料层阻力P1

查《接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编》P44，图5.3.1得： 当1.08m/s时，P干10mmH2O/m填料 淋酸密度:L'VL154.725.2m3/m2h s6.1510.05525.2 由式（2-3）得：P110

23.86mmH2O/m填料959pa

9

②除沫层阻力P2

除沫层填料采用252.5mm陶瓷环，堆放高度：21.052.1m 则除沫层阻力：P22.13063mmH2O618pa。 ③填料塔阻力：P1P2959+618=1577pa 阻P2.3.6填料层持酸量

持酸量=硫酸液膜厚度×填料面积 润湿率:LL'25.20.25 103查《化工工艺设计手册计算篇》<二>，P246,图4.5.5润湿率与液膜厚度的关系得： 硫酸的液膜厚度为0.095cm。

则填料层持酸量0.09510223652.3m3 2.3.7塔高H

在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸：

下气室（包括进气、出酸管）：高度2.5m； 分酸管、槽高度：2m； 球拱（或砖拱）高度：0.4m； 除沫层与空间高度：2.1m； 填料层高度：3.8m； 布酸层高度：0.6m； 全塔总高度H=11.4m。

10

第三章 填料塔设计结果

3.1 填料塔设计结果见下表

填料塔主要计算结果

项目 进塔气温/℃ 出塔气温/℃ 进塔压力/kPa 出塔压力/kPa 进塔气量/(m/h) 出塔气量/(m/h) 平均气体流量/(m/s) 空塔速度/(m/s)

塔径/m 塔截面积/m 速度系数/(kg/m•h•kPa)

推动力/kPa 填料面积/m 填料高度/m 淋洒密度/(m/m•h)

压力降/Pa 填料塔阻力/Pa 填料层持酸量/m

塔高/m 填料类型

3

3

2222333

干燥塔 40 45 -5.884 -7.06 20190.91 19789.11 6.86 0.76 3.4 9.07 0.176 1.3 6439.86 6.0 16.7 295 1239 2.6 13.6

中间吸收塔

160 60 5.9 4.7 17448.49 15679.06 6.80 1.10 2.8 6.15 1.08 2.4 2404.00 3.8 25.3 298 1464 2.3 11.4

最终吸收塔

180 60 0.1188 0 15606.76 15472.15 6.2 1.07 2.8 6.15 1.07 0.19 2365.00 3.8 26.1 291 1526 2.3 11.4

50mm瓷质矩鞍型填料

50mm瓷质矩鞍型填料 50mm瓷质矩鞍型填料

11

排列形式

堆放

堆放

堆放

3.2 设备一览表

主要设备选型见下表

主要设备选型

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9

设备位号 E-2036-01 E-2036-02 E-2036-03 C-2036-01 C-2036-02 C-2036-03 J-2036-01a.b J-2036-02a.b J-2036-03a.b

设备名称 干燥塔 中间吸收塔 最终吸收塔 干燥塔酸冷却器 中间吸收塔酸冷却器 最终吸收塔酸冷却器 干燥塔循环酸泵 中间吸收塔酸泵 最终吸收塔酸泵

型号规格 Φ3400×13600 Φ2800×11400 Φ2800×11400 F=193 m F=223.5m F=128 m LBS200-30B LBS200-30B LBS200-30B

222

数量 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台 1台

材料 16MnR 16MnR 16MnR 20R 20R 20R A3 A3 A3

12