当前位置:首页 >> 能源/化工 >>

25万吨硫磺制酸工艺设计


250Kt/a 硫磺制酸装置 工艺设计

设计者:xxx 学 班 号:xxx 级:xxxx

指导老师:xxx

2009 年 5 月 16 日

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

毕业设计(论文)任务书
设计(论文)题目:250KT/a 函授站: xxxxxx

班级:xxxxxx 指导教师(含职称)xxxx 1.设计(论文)的主要任务及目标 设计的主要任务:根据毕业设计课题要求,结合设计条件,主要完成 250KT/a 硫磺制酸 装置设计说明书、气体流量及组成计算、液体流量及组成计算、气体热量计算、循环酸 温计算、主要设备尺寸核算、主要管道尺寸核算。 设计目标:采用先进成熟的工艺设备,节能措施和环保措施,达到高效、节能、环保的 要求,取得好的经济效益。 2.设计(论文)的基本要求和内容 硫磺制酸装置的物料衡算和热量衡算,及主要设备的尺寸计算、定型型号的选择,原辅 材料的消耗计算,和带工艺控制点的工艺流程图和设备装备图的绘制,设计说明书的编 制。 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 的《硫酸工艺设计手册之工艺计算篇》 ; (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 艺设计手册之物化数据篇》 ; (3)南化公司设计院一室供稿、南化公司研究院《硫酸工业》编辑部编印的《接触法 硫酸工艺设计常用参考资料选编之试用稿第三分册》 ; (4)汤桂华主编, 《化肥工学丛书、硫酸》 ,化学工业出版社出版发行。 4.进度安排 设计(论文)各阶段名称 1 2 3 4 5 设计安排查询资料和参观考察 设计实施阶段 设计中期检查 设计完善阶段 设计毕业答辩 起 止 日 期 硫磺制酸装置工艺设计 专业:化学工程与工艺 学生姓名:xxxxx

2009 年 1-2 月份 2009 年 3 月 1 日-25 日 209 年 3 月 28 日 2009 年 4 月 1 日-5 月 15 日 2009 年 5 月 16 日

2

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

设计诚信声明
本人郑重声明:所呈交的设计是本人独立完成,设计中有关资料和数据是实事求是 的。尽我所知,除文中已经加以标注和致谢外,本设计不包含其他人已经发表或撰写的 成果。若有不实之处,本人愿意承担相关法律责任。

作者签名: xxx

日期:2009 年 5 月

16 日

3

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

250Kt/a 硫磺制酸装置工艺设计
摘 要
硫酸是一种重要的基本化工原料。在我国,硫酸产品有 20%、75%、93%和 98%等不 同规格。硫酸主要用于生产磷肥,其消费量占硫酸的总消耗量的 60%以上。硫酸还用于 生产还广泛的用于冶金、印染、医药等行业。 本设计主要介绍了年产 25 万吨硫磺制酸的工艺计算 (主要原物料的物料衡算和热 量衡算) 、主要设备的尺寸计算及选型、工艺流程的配置、安全生产、环境保护等。熔 硫工段采用了液硫过滤器和液硫储罐;转化工段采用了硫酸工业中技术成熟的“两转两 吸”3+2 五段转化工艺,并采用了开车间接升温系统、全不锈钢转化器及国产优质钒触 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%; 吸收工段采用大开孔球拱和新型填料、蝶形底、带阳极保护的不锈钢酸冷器和管槽式分 酸器、一二吸采用国产纤维除雾器,并增设尾气碱液吸收装置(用于开停车和事故性排 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、 热力除氧、蒸汽透平风机,确保余热的充分合理的利用。 在技术经济方面确保技术先进成熟,节省建设投资,为投产后获得好的经济指标 打下基础, 环境指标上则达到国家最新的污染物排放标准。 由此证明本设计在工艺计算、 工艺流程的配置、设备的选用上是合理的成功的。

关键词:硫磺;硫酸;工艺;设备;设计

4

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站





1、总 论 ................................................................................................... 7 1.1 概述 ...................................................................................................... 7 1.2 研究结论.............................................................................................. 7 2、市场需求预测....................................................................................... 9 2.1 国内外近期、远期需求量预测 ........................................................ 9 2.2 产品的销售预测、竞争能力和进入国际市场的前景 .................... 9 3、产品方案及生产规模......................................................................... 10 3.1 产品方案的选择............................................................................... 10 3.2 生产规模........................................................................................... 10 3.3 产品、中间产品和副产品的品种、规格及质量指标 .................. 10 3.4 催化剂的选择 ................................................................................... 10 4、工艺技术方案..................................................................................... 13 4.1 工艺技术方案的选择....................................................................... 13 4.2 工艺流程简述、余热回收系统方案的选择和消耗定额 .............. 14 4.4 全厂主要物料平衡........................................................................... 18 4.5 自控技术方案................................................................................... 18 4.6 主要设备的选择................................................................................ 22 4.7 标准化 ............................................................................................... 25 5、主要原料、辅助材料及燃料的供应 ................................................ 26 5.1 原料供应............................................................................................ 26 5.2 辅助材料供应.................................................................................... 26 6、建厂条件和厂址方案......................................................................... 27 6.1 建厂条件............................................................................................ 27 6.2 厂址方案............................................................................................ 28 7、公用工程和辅助设施方案 ................................................................ 28 7.1 总图运输............................................................................................ 28 7.2 给水排水............................................................................................ 30 7.3 供电及电讯........................................................................................ 31 7.4 供热 .................................................................................................... 32 7.5 贮运设施........................................................................................... 35 7.6 空压站 ............................................................................................... 36
5

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

7.7 机、电、仪修................................................................................... 37 7.8 化验室 ............................................................................................... 37 7.9 土建 ................................................................................................... 37 8、环境保护............................................................................................. 38 8.1 厂址与环境现状............................................................................... 38 8.2 执行环境质量标准及排放标准 ...................................................... 38 8.3 建设项目的主要污染源及污染物 .................................................. 39 8.4 环境保护与综合利用论述............................................................... 40 8.5 环境保护费用................................................................................... 40 9、劳动保护与安全卫生......................................................................... 41 9.1 劳动安全与安全卫生........................................................................ 41 9.2 消防 .................................................................................................... 44 10、工厂组织和劳动定员....................................................................... 45 10.1 工厂体制及组织机构...................................................................... 45 10.2 生产班制和定员.............................................................................. 45 10.3 人员来源及培训.............................................................................. 45 11、项目实施规划................................................................................... 46 11.1 建设工期规划................................................................................. 46 11.2 各阶段实施进度规划...................................................................... 46 12、研究结论........................................................................................... 47 12.1 综合评价.......................................................................................... 47 12.2 问题及建议...................................................................................... 47 13、设计条件???????????????????????48 14、气体流量及组成计算??????????????????49 15、液体流量及组成计算??????????????????52 16、气体热量计算?????????????????????54 17、循环酸温计算?????????????????????58 18、主要设备尺寸核算???????????????????60 19、主要管道尺寸核算???????????????????65 参考文献............................................................................ 65 制谢 .................................................................................. 66 附件:1、相关图纸
6

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

1、总
1.1 概述 1.1.1 项目名称 (1)项目名称:250Kt/a 硫磺制酸工程 1.1.2 设计概况



(1)大力加强工艺流程与设备配套开发的工作,在充分吸取国内外科技成果的基础 上,通过设计方案的比较和选择,提高装置的技术水平,完全实现设备国产化,以节约 工程建设投资。确保装置技术先进、工程投资省、运行费用低,装置运行可靠性高。做 出高水平、高质量、高效益的“三高”设计。 (2)在做好主装置设计的同时,要注重节能、环保、安全、消防、抗震、劳动安全 及工业卫生的配套设计。 “三废”排放必须符合国家的有关标准和本项目环评报告的要 求。生产操作的环境条件必须符合国家劳动安全及工业卫生的要求。贯彻执行国家有关 环境保护和职业安全卫生的政策和法规。 (3)认真贯彻“五化”的设计原则,尽量提高“工厂布置一体化、生产装置露天化、 (建)构筑物轻型化、公用工程社会化、引进技术国产化”的程度。 贯彻“安全生产,预防为主”的方针,确保本工程投产后符合职业安全卫生的要求, 保证职工的安全和健康。 (4)在确保工程质量的前提下,尽量降低工程造价,使项目综合技术经济指标达 到先进水平。 1.1.3 项目提出的背景、投资的必要性和经济意义(略) 1.2 可研的简要综合结论 (1)本项目所产硫酸,作为下游磷化工产品的原料,符合企业产业链的需要,装 置建成后具有较好的经济效益。 (2)本项目采用生产技术先进、成熟、可靠,设备全部实现国产化,既降低了工 程投资,又为装置长周期稳定运行提供了保障。 (3)本项目“三废”治理措施有效,项目建设满足环保要求。 (4)本项目财务评价结果良好:项目总投资预计 6000 万元。 综上所述,本项目是可行的,投资是必要的。

7

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

附:主要技术经济指标 序号 一 1 2 二 1 2 三 1 2 3 五 1 指标名称 生产规模及产品方案 硫酸 98% 蒸汽 3.82MPa 年操作日 日产量 小时产量 主要原材料、燃料用量 硫磺 钒触媒 柴油 公用工程消耗量 供水(补充新鲜水) 用电负荷 2 380V(总装机容量) 10KV(总装机容量) KW KW 1193.4 1458.6 575 85 度/吨×31.2 吨×45% 85 度/吨×31.2 吨×55% 25 万吨×23 度/吨 m3/h 156 31.2×5 吨水/吨酸 kt/a 吨 t/a 83
新工厂一次添加 146 吨, 之后每年 消耗 17.5 吨.

单位

数量

备注

kt/a kt/a 天 吨 吨

255.1 300 333 750.1 31.2

折 100%为 250 kt/a 1.2 吨蒸汽/吨酸 8000 小时

250×332÷1000 224.64×0.65t/ M3 开车升温用

55

年用电量(上透平风机) 万 kw.h 3 六 1 2 七 1 2 八 1 供汽 低压蒸汽(≤0.6MPa) “三废”排放量 废气 废渣 运输量 运入量: 运出量: 全厂定员 其中:生产工人 Nm3/h t/a kt/a kt/a kt/a 人 人 t/h

37.44

31.2 吨×1.2

57296 1568 10.1 8.5 1.6 50 44
8

产品硫酸自产自用, 不外卖。

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

2 九 十 十一

非生产人员 厂内占地面积 全厂建筑面积

人 亩 m2

6 30 5994 6000 30 亩×666×30%

工程项目总投资(估计) 万元

2、市场需求预测
2.1 国内外近期、远期需求量预测 国际上硫酸生产主要以硫磺为原料,上个世纪九十年代,由于国际硫磺市场持续低 迷、国内冶炼技术的不断发展,我国硫酸生产的原料结构发生了深刻变化,硫磺制酸与 冶炼气制酸得到了飞速发展, 改变了过去依赖硫铁矿的单一格局。 2004 年中央紧抓三农 问题,出台一系列对化肥企业的利好政策,促进了磷复肥特别是高浓度磷复肥生产,磷 复肥每月以同比 20%以上的速度增长;二是国民经济的快速增长,增加对硫酸的需求。 2005-2007 年全国硫酸产量(单位:万吨) 制酸品种 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 2005 年 产量 4625 1974 981 1621 58 占总产 量比例% 100 43 21 35 1 2006 年 产量 5044 2233 1163 1593 55 占总产量 比例% 100 44 23 32 1 2007 年 产量 5700 2655 1315 1678 52 占总产量 比例% 100 47 23 29 1

2.2 产品的销售预测、竞争能力和进入国际市场的前景 本项目所产硫酸全部公司自用,不需外售。

3、产品方案及生产规模
3.1 产品方案的选择 3.1.1 产品方案的选择的依据 随着企业的下游磷化工产品投产后, 硫酸总需求量将达到 250kt/a, 为了节省造价, 降低成本及规避风险,本项目硫酸产量确定为 250kt/a, 副产蒸汽可供浓缩磷酸、自身
9

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

熔硫及生活取暖使用。 3.1.2 产品方案的确定 本项目最终产品为:98%硫酸 副产品:0.6MPa 饱和蒸汽。 3.2 生产规模 98%硫酸硫酸:255kt/a。 0.6MPa 饱和蒸汽:31.2t/h 3.3 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 本项目建成后,其产品和副产品品种见下表: 序号 1 2 产品 硫酸 98% 饱和蒸汽 0.6MPa 新增产量 255kt/a 31.2t/h 小时产量×1.2 备注

3.3.2 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 项 目 指 标(一等品) 98.0 0.03 0.01 0.005 0.01 0.02 50 2.0

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 硫% ≥ 一级 99.90 0.04 0.005 0.001
10

二级 99.50 0.20 0.01 0.02

三级 98.50 0.40 0.03 0.05

测定方法 GB2451-81 GB2453-81 GB2454-81 GB2456-81

灰分%≤ 酸度(以 H2SO4 计)%≤ 砷(As)%≤

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

铁(Fe)% 有机物 水分% %

≤ ≤ ≤

0.003 0.05 0.10 无

0.005 0.30 0.50 无

不规定 0.80 1.00 不规定

GB2457-81 GB2455-81 GB2452-81

100 目筛(孔径 0.149mm) 筛余物%≤ 200 目筛(孔径 0.074mm) 筛余物%≤ 机械杂质(木、砂、纸) (3) 饱和蒸汽:执行企业标准 P(a)=0.6Mpa 3.3.3 催化剂的选用

GB2458-81 0.5 1.0 不规定 不允许

SO2 的转化反应是一个放热、 可逆、 体积缩小的氧化反应, 是硫酸生产的重点工段, SO2 的转化完全与否,关系到原料硫磺的利用率、环境保护和经济效益等,所以对 SO2 氧化用催化剂的选择提出了更高要求。SO2 氧化反应所用催化剂要求满足以下条件:① 有较高的转化率, 目的是提高硫的利用率和减少二氧化硫排放量。 ②有较低的起燃温度、 较高的耐热性能,以降低能耗,缩短开车预热时间,并适应气浓、气量的变化。③使用 寿命长,以保证系统的长期开工率。现在硫酸生产中的二氧化硫氧化主要用的是钒催化 剂。 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%、 SO310~20%、 250~70%, SiO 并含有少量 Fe2O3、 CaO、 MgO 及水份等。 以碱金属盐类 (硫 酸盐)作助催化剂,以硅胶、硅藻土、硅酸盐作为载体。而引起钒催化剂中毒的主要物 质是砷、氟、酸雾以及矿尘等。除了矿尘覆盖催化剂表面降低催化剂活性外,其它 3 种 有毒物质是以化学中毒形式来使催化剂中毒失去活性的。 现在国内广泛采用的是 S101-2H 型、S107-1H 型和 S108-H 型三种催化剂,这三种 催化剂为环状催化剂。比较先进的有 S101-2H(Y) 型和 S107-1H(Y)型,它们是菊花环钒 催化剂,床层阻力降比前者小,抗堵能力比前者强:堆密度小、强度高这两个指标已达 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。
11

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

表 2.2 S101 型钒催化剂反应速度常数: 温度,℃ K1 秒-1 大气压-1 600 590 580 570 560 550 540 530 520 510 500 10.7 9.65 8.66 7.74 6.60 5.60 4.75 4.05 3.26 2.65 2.10 490 480 470 460 450 440 430 420 410 400 —— 温度,℃ K1 秒-1 大气压-1 1.79 1.58 1.35 1.10 0.85 0.71 0.56 0.44 0.36 0.28 —— K1* 秒-1 大气压-1 —— —— 1.35 0.80 0.47 0.31 0.19 0.11 —— —— ——

说明:在转化率小于 60%,温度小于 470℃ 时用 K1*值。 S107 型催化剂的主要物理和化学性质:含 V2O55.5~6.5%,颗粒尺寸 Φ5×(10~15) 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; 表 2.3 S107 型或 S105 型钒催化剂反应速度常数 温度,℃

K1
秒-1 大气压-1

温度,℃

K1
秒-1 大气压-1

K*
秒-1 大气压-1 —— —— 1.20 0.81 0.55 0.37 0.25 0.16

600 590 580 570 560 550 540 530

8.15 7.25 6.40 6.05 5.05 4.60 4.05 3.50
12

480 470 460 450 440 430 420 410

1.58 1.36 1.20 1.02 0.85 0.70 0.58 0.49

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

520 510 500 490

2.92 2.45 2.13 1.86

400 390 380 —

0.41 0.32 0.26 ——

0.11 0.072 0.046 ——

说明:在转化率小于 60%,温度低于 460℃ 是用 K1*值。 所以综合考虑,选择国产 S107 型钒催化剂作为 SO2 氧化用催化剂。

4、工艺技术方案
4.1 工艺技术方案的选择 4.1.1 国内外工艺技术概况 (1)国外工艺技术概况 (a)国外硫酸生产的原料主要是硫磺,其生产规模正向大型化发展,最大单系列 能力为美国 MEC 公司在澳大利亚 Murrin 承建的 4400 吨/日,带低温余热回收(HRS)系 统的硫酸装置。一般新建装置规模≥3000 吨/日,由于装置大型化,对节约投资,提高 劳动生产率,降低生产成本等方面效果显著。 (b)随着环保法日趋严格,生产技术趋向采用“3+1”或“3+2”两转两吸流程, 总转化率在 99.7~99.9%,尾气 SO2 含量低于 300PPM,酸雾含量低于 45mg/m 。 (c)采用先进技术,强化设备能力,不断采用结构先进、效率高、节能耐用的机 泵设备,从而使硫酸装置的生产稳定,开工率高,安全可靠,先进硫酸厂年开工率达到 99%以上。 (d)注重硫酸生产中的热能回收和转换,最大限度回收高、中、低位热能。 (2)国内工艺技术状况 近几年我国硫磺制酸工业有较快的发展,生产技术水平不断提高,其液体硫磺精 制大多采用沉降法,转化工艺为“3+1”和“3+2”两转两吸工艺,转化触媒多采用国产 触媒,转化率在 99.5~99.7%,干吸塔、换热器、转化器等都采用一些新设备、新材料。 热力系统一般只回收利用高、中位热能,副产中、低压蒸汽自用或副产中压蒸汽用于发 电或驱动透平主风机。与国外相比存在单系列能力小、设计余量偏大、热利用水平偏低 等缺点。 4.1.2 工艺技术方案的选择 本项目选择工艺技术方案为:固体硫磺皮带输送,快速熔硫、液硫过滤器过滤精 制液硫,机械雾化焚硫, “3+2”两转两吸流程,其主要特点:
13
3

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(1)结合中国国情,采用引进技术消化吸收的国內领先的硫磺制酸转化、干吸技 术,进行工程设计。具有技术先进,操作稳妥可靠,投资合理,综合经济效益好的特点。 (2)采用“3+2”两转两吸流程,采用国产大颗粒环型触媒,提高转化器气速, 减少压降,延长触媒使用寿命,总转化率保证达到 99.7%以上,采用全不锈钢转化器, 确保其安全运行。 (3)转化工段的换热器选用列管换热器,进气扩散管,使气体均匀分布,设备直 径小,占地面积小。 (4)干吸塔采用大开孔球拱和新型填料,蝶形底,采用带阳极保护的不锈钢管槽 式分酸器,加大淋洒密度,降低填料高度,提高干吸塔生产强度,一二采用国产纤维除 雾器,提高除雾效率,保护后续设备及环境。 (5)采用火管锅炉、蒸汽过热器、省煤器合理组成热力系统,回收高中位热能, 产生 450℃、3.82MPa 蒸汽,用于推动透平风机,乏汽供熔硫、浓缩磷酸及生活取暖, 热利用率高。 (6)采用高低温交叉配酸吸收技术和干吸塔低位配置,减少酸冷却器换热面积, 降低设备投资。 (7)干吸塔上、下酸管采用阳极保护 304L 不锈钢管,安装维修方便,使用寿命 长,减少酸的跑冒滴漏。 (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, 维修量小。触媒层设置从上至下依次为 3、4、5、2、1,便于更换触媒,减少烟气管长 度,消除热应力。 (9)为了保证转化率,保护转化触媒,配置有间接升温系统。 4.1.3 本工艺技术可达到的工艺指标为: 10.5% 31.2 吨/时(100% ≥99.7% 99.99% ≤960mg/Nm3 H2SO4)

SO2 浓度 硫酸产量: SO2 转化率: SO3 吸收率: 尾气排放 SO2

4.2 工艺流程简述、余热回收系统方案的选择和消耗定额 4.2.1 工艺流程简述 A、熔硫工段:固体硫磺经汽车直接运入硫磺仓库后,采用人工上料,固体硫磺经
14

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

过下料斗,再经过大倾角皮带运输机送入快熔槽,快熔槽设蒸汽盘管间接加热到 135℃ —145℃,并设有搅拌桨搅拌加快硫磺熔化,液体硫磺溢流进入粗硫槽,加入石灰中和 液体硫磺中的酸度,粗硫经粗硫泵打到液硫过滤器过滤,过滤后的液硫流入精硫槽,再 由精硫泵打入液硫大罐贮存待用。另设有硅藻土预涂层槽及泵,用于液硫过滤器预涂过 滤层用。 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。 C、转化工段:从焚硫炉来经过余热锅炉降温到 420℃的二氧化硫气体,送到转化 器的一段, 二氧化硫气体在转化器五段催化剂床层间经过五氧化二钒的催化氧化下生成 三氧化硫气体,经过每段转化床层后其温度上升,二氧化硫气体量减少而三氧化硫气体 的量在增加,转化一段出口气体温度达 600℃,经过高温过热器降温到 442℃后进入转 化二段,转化二段出来的气体温度达 506℃,再经过从一吸塔来的 330℃的低温气体在 热热换热器内降温到 430℃进入转化三段,转化二段出来的气体温度达 459℃,再经过 从一吸塔来的 70℃低温气体在冷热换热器内降温到 240℃后, 进入空气预热器进一步的 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。 为了在升温过程中保护触媒不受柴油燃烧产生的水汽损害,本系统还设置了转化 工段间接升温系统, 干燥空气经升温炉加热后直接送入转化器一段、 四段对转化器升温。 D、干吸工段:空气经过空气鼓风机加压后进入干燥塔干燥,再经过塔顶的金属丝 网除雾器除沫后进入焚硫炉。从转化三、五段段来的含大量三氧化硫的气体分别在第一 和第二吸收塔内,借助异鞍瓷质填料,利用 98%硫酸中的水吸收三氧化硫气体,生产我 们想要的硫酸,硫酸浓度升高后不利于吸收进行完全,因此通过串酸或加工艺水来调整 到 98%的浓度恒定不变,吸收是放热反应,酸温升高后经过阳极保护管壳式换热器中的 水间接冷却到 60℃合适的硫酸温度, 第一和第二吸收塔顶都设置了纤维除雾器, 带液的
15

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

气体经过纤维除雾器有效的除去酸雾以后分别去转化四段或经过高烟囱排放, 开车或事 故性的排放难免会造成尾气二氧化硫和酸雾超标,为此,在高烟囱前设置了尾气处理装 置,利用纯碱液吸收,一般正常情况下尾气装置不用。 干燥、一吸循环酸共用一格循环酸槽,二吸单独用一格循环酸槽,干燥、一吸、 二吸所需的 98%循环酸分别由干燥、一吸、二吸循环酸泵打入干燥、一吸、二吸酸冷却 器与循环冷却水进行换热冷却后, 送入塔内槽管式分酸器喷淋与气体进行传质、 传热后, 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 槽,最后输送到成品酸贮槽贮存。 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)采用先进、可靠的余热回收技术,确保硫酸装置长期连续稳定运行; (2)立足热力系统国产化,精心设计,合理选材,用最少的投资,获取尽可能大 的热回收效果; (3)积极采用先进成熟的技术成果,如焚硫炉后设置火管锅炉,转化一段、五段 设置高低温过热器产 3.82MPa 过热蒸汽推动透平主鼓风机,乏汽供熔硫、磷酸、生活等 使用。 (b) 余热回收系统选择 (1)蒸汽系统参数 按我国蒸汽锅炉和汽轮发电机组系列,选用蒸汽参数如下: 锅炉汽包操作压力:3.82MPa(饱和温度为 245℃) 中压过热蒸汽:3.82MPa (2)余热回收系统组成 装置中的各台余热回收设备串成一个热力系统,生产中压过热蒸汽。热力系统由 热管省煤器 2 台、火管锅炉 1 台、蒸汽过热器 2 台组成。三类设备在工艺系统中配置方 式的不同,组成不同的余热回收系统,常用系统见下表: 序号 1 2 2.1 设备设置位置 余热回收系统设备台数 设备设置 焚硫炉后设置 火管锅炉 火管锅炉 方案 1 5 方案 2 6 备注 450℃

16

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

2.2 2.3 2.4 2.5 3

一段出口设置 三段出口设置 四段出口设置 五段出口设置 方案简称

过热器 1#省煤器 2#省煤器 低压锅炉 2 锅+1 过+2 省

2#过热器 空气预热器 1#省煤器 1#过热器+2#省煤器 1 锅+2 省+2 过+1 空

两种方案都能达到预期效果,但考虑到在开车时减少升温柴油用量,考虑使用空 气预热器,同时也为了避免一吸塔进口低温段 SO3 气体的低温露点腐蚀,本设计推荐方 案 2,预期产汽率 1.2t/t 酸,产汽量 37.4t/时,产汽压力 3.82MPa (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 右进入 2#省煤器进一步加热到 210℃再进入中压火管锅炉, 锅炉产生的 3.82MPa, 245℃ 饱和蒸汽依次经过 1#过热器→2#过热器, 加热到额定的 450℃后送去驱动蒸汽透平主风 机。蒸汽透平风机采用背压式,将 3.43MPa,435℃蒸汽经透平后背压为 0.68MPa,送往 全厂蒸汽管网供熔化硫磺、磷酸工段及生活取暖使用。 (c) 热力系统技术特点 (1)用最少的投资,获取尽可能大的热回收效果 硫磺制酸装置的余热回收应包括高温、中温和低温三部分余热,其中高温和中温余 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,可增加 1.0MPa 蒸汽产量 0.5t/t 酸。考虑到减少建设投资,本项目不上 HRS 系统。 (2)余热回收系统主体设备 100%国产化 硫磺制酸装置余热回收系统的主体设备:中压火管锅炉、翅片管过热器和水平夹 套式热管省煤器,热管空气预热器都已在许多生产装置中得到应用。 (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 一 1 名称及规格 原材料及动力消耗 硫磺:S≥99.5% t 0.332
17

450℃。

单位

消耗定额 (吨酸单耗)

小时

每年

备注

10.375 吨

8.3 万吨

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 二 1 2

工艺水 循环水 脱盐水 电 蒸汽 0.6MPa 饱和 钒触媒 柴油 仪表空气 硅藻土 石灰 副产品 蒸汽 0.6MPa 硫磺渣 4.4 全厂主要物料平衡

m3 m3 m3 KWh t kg kg Nm3 kg kg

0.20 76 1.35 23 0.22 0.07 0.22 2 0.11 0.13

6.24 m3 2371m3 42.12m3 717.6 度 6.87 吨 2.184 kg 6.87kg 63 Nm3 3.43 kg 4.06 kg

5万 1897 万 33.75 万 575 万 5.5 万吨 17.5 吨 55 吨 50 万 27.5 吨 32.5 吨
上透平风机 熔化硫磺用 正常消耗

升温用
气动仪表用 液硫过滤用 中和硫磺 酸度

t t

1.2 0.00627

37.44 吨 0.1956 吨

30 万吨 1568 吨

硫磺 8.3 万吨 硫磺制酸

硫酸 25 万吨 蒸汽 30 万吨

硫磺渣 1568 吨 4.5 自控技术方案 4.5.1 自动化水平 一般而言, 生产过程连续性强或者工艺操控要求较高的装置的控制系统选用技术先 进,操控可靠而且易于操作和维护的分散型控制系统(简称 DCS) ;次要装置或者工艺技 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(DCS)或者计算机监控 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 置较为分散, 且操控性和连续性不强的生产装置采用一般模拟仪表和就地仪表实现过程

18

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

控制。 本项目硫酸主装置采用 DCS 控制系统 化学水站采用 PLC 控制系统 仪表空压站、循环水站等辅助配套装置采用模拟仪表控制系统 4.5.2 自动化系统设置原则 (1)DCS 和 PLC 控制系统 采用的 DCS 控制系统和 PLC 控制系统基本集合回路控制,显示,记录,逻辑等各项 功能,并具有报警管理,数据历史趋势,数据实时记录,动态流程画面,数据报表等功 能。系统的控制,通讯和电源部分应该具有教好的冗余性,较高的可靠性。采集的过程 信号制式为 4~20 mA DC 标准信号或者总线数字信号, 标准数字量信号; 操作信号为 4~ 20 mA DC 标准信号或者总线数字信号,标准数字量信号。控制系统应具有较好的可扩张 性, 升级性, 并部分采用国际标准总线。 控制系统的人机接口界面应有良好的操作环境, 易于操控和管理。系统网络结构不少两级,并应有解决接入全厂综合信息网络或者工业 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 求分可以很灵活的组成数据采集系统 (DAS) 模拟量调节系统 , (MCS) 顺序控制系统 , (SCS) 三大子系统,或者集成于整个系统中 (2)模拟仪表控制系统 简单的数据采集和控制系统采用模拟仪表,来完成简单的过程控制和检测要求,控 制器使用单回路数字控制仪,其他显示和记录的仪表使用数字显示仪,无纸记录仪等常 规仪表。 4.5.3 环境特征和仪表选型 25 万吨/年硫磺制酸技改工程建设项目所处的环境和条件各自不同,工艺介质 腐蚀性强,对过程中设备和管道的密闭要求较高,部分的物质泄漏对人体有较强的刺激 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 HG/T20507-2000《自动化仪表选型规定》执行。 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 介质情况,仪表材质选用了钽、哈氏合金、蒙乃尔合金等贵重金属,以满足抗腐蚀性能 的要求。
19

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(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 符合相应防护等级的要求。 (3)安装在火灾和爆炸危险场合的仪表设备符合危险区域等级划分的要求。 (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 可靠接地; 各类现场仪表的防护等级最低为 IP54。 重要的精密仪表安装于仪表保护箱内, 防止日晒和腐蚀。 4.5.3.2 主要仪表的选型 (1)温度仪表 就地温度检测选用双金属温度计。 集中温度检测一般选用一体化温度变送器、 Pt100 热电阻、镍铬-铜镍热电偶。温度开关等。就地温度调节选用自力式温度调节阀。 (2)压力仪表 就地压力检测一般选用不锈钢压力表,有脉动的场合选用耐震压力表,有腐蚀、粘 稠、结晶的场所选用隔膜压力表或隔膜耐震压力表。集中的压力检测点选用智能压力变 送器。重要压力报警、联锁点选用压力开关,一般报警选用电接点压力表。就地压力调 节选用自力式压力调节阀。 (3)流量仪表 流量就地检测:小口径一般选用金属管转子流量计,大口径选用椭圆齿轮流量计或 流量开关;简单场合可选用水表。 集中流量检测优先选用节流装置和智能差压变送器, 对精度要求较高的选用椭圆齿 轮流量计、涡轮流量计等。 根据工艺介质条件还选用电磁流量计、称重装置等。 (4)物位仪表 就地液位计一般采用玻璃管、玻璃板液位计或磁式液位计。 需要集中检测的液位点一般采用智能液位变送器和差压变送器、远传磁式液位计、 超声波料位计、雷达料位计、磁致伸缩液位计等,超声波液位计等。液位开关一般选用 浮子或电容式。特殊的场合也可选用吹气或冲洗法测液位。 (5)分析仪表 采用工业在线式水质分析仪,如 PH 计,电导率测量仪,酸碱浓度分析仪,在线式 紫外 SO2 分析仪。 (6)执行器
20

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

一般调节阀采用气动执行机构,配电/气阀门定位器和空气过滤减压阀。一般选用 柱塞式单座、套筒调节阀、偏芯旋转阀、蝶阀,球阀,旋塞阀等。二位控制阀选用气动 执行机构。一般采用 O 型球阀,当口径≥DN50mm 时可选用蝶阀,配有电磁阀、空气过滤 减压阀和限位开关等。就地调节分别选用自力式压力调节阀、自力式温度调节阀。硫酸 装置转化工段的大口紧气路调节力矩要求较大, 执行机构采用角行程电动执行机构来驱 动。原则上,所有调节阀的执行机构都配备有阀门定位和保护装置。控制阀配有先导机 构和限位开关,用于安全联锁的控制阀的执行机构在气源故障时可使阀门处于安全位 置。 4.5.4 动力供应 4.5.4.1 仪表用压缩空气 根据各装置仪表用气量计算,本设计经计算须用 100NmЗ /h(最大用量)仪用压缩空 气,考虑上两台每台 3 NmЗ /min 的螺杆式空压机(一开一备)。 气源要求: 压力:0.6~0.7MPa(表压) 温度:30℃ 露点:气源在操作压力下比环境温度低 10℃ 含尘量:净化后气体含尘粒直径小于 3μ m,含尘量小于 1mg/mЗ 含油量:干燥净化后的气体含油量小于 3ppm 仪表用气量表 用气装置 硫磺制酸装置 化学水站 其他装置 合 计 用气量(NmЗ /h) 70 20(间断) 10 100 备用时间(分) 30 30 30 备 注

4.5.4.2 仪表用电源 按各装置控制室的设置和控制系统的要求, 仪表用电原则上是由电气专业送至各控 制室的控制柜的仪表用电总开关。电气专业从低压配电盘的专用开关接出,所有仪表电 源按重要负荷考虑,电源应是双回路自动切换的独立供电回路。控制室内设有专用的仪 表用电分配开关,由分开关引出送至各用电单元,如 UPS,CRT,打印机,电动阀,控制 仪表等。总开关和分开关设有过流,短路等保护措施。
21

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

仪表用电输入按 380V 50Hz.或者 220V 50Hz 设计。 主要仪表用电量表 用 户 输入电压等级 380V 380V ~ 容 量 电源要求 重要负荷 重要负荷 按具体要求 备 注

硫磺制酸主控制室 化学水站控制室 其他

6KVA 4KVA ~

仪表用电的可靠性保证,仪表用电设计按重要负荷考虑,为保证电源不畸变和受到 电磁干扰,在电源进线加设防雷击和抗浪涌装置,所有用电开关均有过流,过负载,短 路保护。 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 在生产装置中,液体硫磺输送,拟选用屏蔽泵,液体硫磺输送时液硫温度在 135℃ 左右,采用屏蔽泵型式,避免了主轴密封渗油现象,泵体夹套蒸汽加热,配有耐高温绝 缘线绕制的耐腐蚀的哈氏合金转子。并备有轴承易损报警器,泵内自动温度装置,结构 紧凑,使用寿命长。 (2)液体硫磺过滤器 采用卧式叶片液体硫磺过滤器。液体硫磺加入硅藻土送入卧式叶片过滤器,在叶 片过滤网面上结成硅藻土滤饼层,经过滤后的合格液体硫磺在叶片框架内流动,经汇总 后输出。当定期清理硅藻土滤饼层时,设备端顶盖自动液压开放,叶片框架自动液压移 出设备外,进行清理硅藻土硫磺尘滤饼,清理完毕,自动放进设备和顶盖关闭。该设备 结构紧凑,过滤效果好。 (3)硫酸泵 国内已有生产,泵的流量 400m3/h、38m 硫酸柱,电机功率 110KW。98%,99℃高 温浓硫酸循环泵,泵体采用合金球墨铸铁。 (4)酸冷却器 由于采用高温吸收技术,一吸塔出塔酸温较高,因此采用带阳极保护管壳式酸冷 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 采用此种酸冷器,操作可靠,冷却效果好。 4.6.2 主要非标准设备的设计
22

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(1)快速熔硫槽 大型快速熔硫槽,直筒体内加盘式换热器,锥体加蒸汽夹套,为了防止界面腐蚀, 筒体内衬耐酸防腐材料,盘式换热器进出管端气液界面部分用外包热塑四氟套管防腐, 二层搅拌桨采用自卸式结构。快开式人工放渣孔,设备下部设放渣口。 (2)焚硫炉 焚硫炉钢壳内衬硅酸铝纤维,二层隔热砖,二层耐火砖,炉体内设有三道隔墙, 炉进口异形接管采用耐热混凝土浇注。炉内硫磺喷枪采用高压喷嘴型式,设空气导流装 置加强雾化效果。雾化的焚硫炉进口干燥空气与液体硫磺同方向进入炉内,炉子中部设 有二次空气作进一步燃烧,炉体上部设有遮雨棚,防止大量散热,支座为鞍型支座,设 固定支座和活动支座。 (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 层的分段从上至下为 3、4、5、2、1。各段触媒层壳体内衬耐火砖,衬砖高度为触媒层 的高度。转化器外包复合硅酸盐保温材料。触媒采用国产大颗粒环状钒触媒。 (4)气体换热器 气体换热器采用传统的列管换热器,进气扩散管,使气体均匀分布,传热系数高, 设备直径小,设备占地面积少。 (5)干吸塔 干吸塔为立式园筒形结构,钢壳体内衬耐酸砖,支承填料层为球拱结构,开孔率 大于 50%,填料为 5.6 米Φ 76 异鞍座环,0.8 米Φ 38 阶梯环,塔底为蝶形底,出酸口处 装有防涡流装置。分酸装置采用阳极保护槽管式分酸器,每平方米喷头有 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 大型液体硫磺贮槽为碳钢壳体,底部加热元件,顶盖上设有保温盘管,蒸汽灭火 管,蒸汽夹套放空管及蒸汽夹套进料管。 4.6.3 主要热力系统设备 (1)火管锅炉 火管锅炉为卧式双锅筒自然循环火管锅炉,露天布置。上锅筒为汽包,下锅筒为 锅壳,烟管固定在锅筒两端的管板上。烟气由进口烟箱分流,纵向通过烟管,在出口烟 箱内汇流引出。
23

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

给水送入汽包,汽包内的脱盐水通过下降管侧向进入锅壳的壳程空间,炉水受热 后形成的汽水混合物再通过上升管进入汽包,形成自然循环回路。上升管和下降管同时 作为汽包在锅筒上方的支撑结构,使汽包与锅壳连成一体。 整台锅炉由鞍式支座支承,锅筒前部支座为固定支座,用地脚螺栓锚固在基础上, 其余为滑动支座,使锅炉的各部分在运行时均能按设计预定方向自由膨胀。 (2)过热器 转化一段、五段出口蒸汽过热器为全合金钢制立式矩形箱体结构,露天布置。自 上而下布置有高温和低温两段过热器管束,蒸汽与烟气呈逆向流动。在两段过热器之间 设有喷水减温器,以调节出口蒸汽温度。减温器和连接管道均在合金钢箱壳外面。 两段过热器均由进出口联箱和带螺旋翅片的蛇形管组成,蛇形管的直段带翅片, 弯头部分是光管,直段翅片管位于箱体通道箱内,进出口联箱和弯头则放置在两端的弯 头箱内,以方便安装与检修。蛇形管基管和进出口联箱采用 321(1Cr18Ni9Ti),螺旋片采 用 304(0Cr19Ni9),外壳采用 304(0Cr19Ni9); (3)水平夹套式热管省煤器 水平夹套式热管省煤器应用于硫磺制酸装置,它不仅能有效地防止低温腐蚀产生, 而且结构简单,无现场维修工作量。 运行实践已表明,热管省煤器能确保长期安全运行。 (4)蒸汽透平驱动的空气鼓风机 大型透平鼓风机在国内已有成熟的制造技术和丰富的使用经验,推荐使用辽宁沈 阳鼓风机厂或陕西鼓风机厂生产的较为可靠。 国内主要鼓风机制造厂商等都有很好的透平鼓风机供货业绩,并均可根据客户特 殊要求订制。本项目空气鼓风机技术参数如下: a、鼓风机 进口风量 Q=1800m3/min; 风机进口压力:-1KPa。 (当地大气压 89.17kPa) 出口压力:43Kpa(表) b、蒸汽透平机 型式:背压式,进汽压力 3.43MPa,进汽温度 435℃,排汽压力 0.6MPa。

主要工艺设备规格及技术参数
24

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

序号









主要技术参数 带搅拌桨, 加热面积 F=2 X 60m
2





1 快速熔硫槽 2 液体硫磺过滤器 3 焚硫炉 4 转化器 5 热热换热器 6 冷热换热器 7 空气鼓风机

φ3500X3000 WYB-YL-50 φ 3800×15000 内 φ 8200 内 φ5000 φ5000 S1800-45

2台,锥底

采用卧式叶片液体硫磺过滤器 2台 (1开、 1备) 带二支机械雾化磺枪, 燃烧容积168 m
3

1台钢衬耐火砖 1台不锈钢 1台,列管式 2台,列管式 2台(1台电风 机、 1台汽风机) 1台钢衬耐酸砖

五段催化剂共224.64m 换热面积 换热面积 F=1326m F=2290m
3 2

3

2

流量Q=1800m /min △P=45kPa 扬酸量400 m /h,喷淋密度 L=16m /m .h,填料层高6.4米 扬酸量360 m /h,喷淋密度 L=18m /m .h,填料层高6.4米 扬酸量360 m /h,喷淋密度 L=16m /m .h,填料层高6.4米 换热面积 换热面积 换热面积 换热面积 F=321m F=357m F=164m F=32m
3 2 2 3 2 2 3 2 2 3 2 2

8 干燥塔

φ内5300

9 第一吸收塔

φ内5300

1台钢衬耐酸砖

10 第二吸收塔

φ内5300

1台钢衬耐酸砖 1台 1台 1台 1台 1台钢衬耐酸砖 1台

11 干燥塔酸冷却器 带阳极保护管壳式 12 一吸塔酸冷却器 带阳极保护管壳式 13 二吸塔酸冷却器 带阳极保护管壳式 14 成品酸冷却器 15 干吸酸循环槽 16 尾气烟囱 4.7 标准化 带阳极保护管壳式 φ内3500×12000 φ1600×60000

2

2

容积为100m

钢架结构,中心筒采用PP材质

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 设计使用国际标准工程单位,如下表:
25

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

测量参数 液体 流量 气体 蒸汽

单位 m3/h Nm3/h Kg/h or t/h

刻度 Direct Direct Direct





5、主要原料、辅助材料及燃料的供应
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 1 名称 硫磺 主要规格 S≥99.5% 年需用量(万吨) 8.3 来源 进口 供应方式 火车到站, 汽车转运

5.1.2 原料资源的储量、品位、开采及生产规模 本装置所用硫磺主要从国外进口。 a、由于硫磺价格的下降,一部分原来改为硫铁矿制酸的装置重新恢复采用硫磺制 酸; b、由于有色金属工业的发展,特别是电解铜、电解锌行业的发展,使冶炼烟气制 酸的比例逐年上升,从而间接地抑制了硫磺制酸的过度发展,使硫磺价格能够得以保持 稳定。 c、目前世界硫磺主要来自石油冶炼的副产物,其价格与世界石油价格密切关联。 目前世界石油价格已在低位,短期内价格再出现大幅上涨的可能性很小,因此,硫磺价 格大幅上涨的可能性已较小。 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 本项目辅助材料供应如下表: 序号 1 2 3 名称 钒触媒 柴油 硅藻土 规格 S107、S101 0# 单位 吨 吨 吨 年需用量 17.5 55 27.5 来源 外购 外购 外购 供应方式 汽车 汽车 汽车

26

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

6、建厂条件和厂址方案
6.1 建厂条件 6.1.1 厂址的地理位置、地形、地貌 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 A、年平均温度 B、最热月平均温度 C、最冷月平均温度 D、风压值 E、年平均风速 F、年平均相对湿度 G、最热月平均相对湿度 H、最冷月平均相对湿度 I、 当地平均大气压 14.8℃ 23.4℃ 4.8℃ 34N/m2 1.9m/s 79% 79% 78% 669mmHg(合 89.17KPa)

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 工厂的正常生产。厂内雨水经有组织汇集后排出。 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 及辅助生产装置高低压用电设备的供电。 电讯设施由行政电话、生产指令调度电话、无线对讲电话、火灾自动报警系统及电 信线路等组成。 6.1.8 供热情况 25 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
27

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

热锅炉余热利用方式向厂内各生产、生活设施供热。 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 中硫磺精制残渣。 对于新增的“三废”排放物,硫磺精制残渣外卖给硫铁矿制酸企业作原料。 本项目主要污染物对本地区周围环境会产生一定影响。由于处理工艺采用成熟可 靠的技术,且加强了治理措施, “三废”均可达标排放,故可以减轻其影响。 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) 6.1.12 拟建厂址目前土地使用现状,厂区拟占地面积、需征土地情况 6.2 厂址方案 本项目属配套项目,生产装置均利用现有空地进行建设,不存在厂址方案的比选。

7、公用工程和辅助设施方案
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。 (2)符合工艺流程,使工艺顺畅,运输便捷。 (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。 (5)布置尽量紧凑,以减少占地面积。 (6)注重风向、朝向,减少环境污染; 7.1.1.2 竖向布置原则及工程的土方工程量 布置原则 (1)满足生产、运输和管理要求; (2)使厂区不被洪水及内涝水淹没; (3)合理利用自然地形,尽量减少土(石)方、建筑物和构筑物基础、护坡和挡土 墙等工程量;
28

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(4)填、挖方工程,应防止产生滑坡、塌方; 7.1.1.3 总图布置方案 本次新建 25 万吨/年硫磺制酸装置布置在厂区磷矿石堆场以北的地方。从用地 的现状分析,一方面用地西南面的道路为全厂运输主干道,直接通往厂外,因此宜将硫 磺仓库靠西南布置,接近此主干道,便于硫磺运入。另一方面,拟建场地东面已建成硫 酸贮罐区,因此应将新增的硫酸贮罐靠东布置,融入硫酸贮罐区,便于管理。基于以上 两点,总平面布置的思路为西南部布置硫磺仓库,东端布置硫酸贮罐,它们之间顺工艺 流程布置熔硫、焚硫、转化、干吸等工段和设施。但它们之间用地的情况是东部的较为 宽敞, 西部的较为狭窄, 应将转化、 干吸这两个占地较大的工段布置于东部宽敞用地内, 而在西部狭窄用地内布置其它设施。具体为:西南面布置硫磺仓库,其以北布置熔硫厂 房和液硫贮槽;液硫贮槽以东布置化学水站、循环水站和硫酸装置区综合楼;再向东布 置焚硫、转化和干吸工段;最东面布置硫酸贮罐;循环水站布置在转化和干吸工段东北 面。 7.1.1.4 绿化 为美化、净化环境,应对装置区进行绿化。在道路旁、生产区内种植枝叶茂密的 常绿乔木,以阻尘滞灰﹑净化空气,但循环水站附近应铺草皮,种灌木, 以免影响降温 效果。 7.1.2 工厂运输 7.1.2.1 货物运输量及运输方式的确定 序号 运入、 运出 1 运入 硫磺 小计 2 3 4 运出 硫渣 小计 合计 物料名称 运输量 万吨/年 8.3 8.3 0.1568 0.1568 8.4568 散 汽车 块 散 汽车 物料形态 包装方式 运输方式

运输方式采用汽车运输,为节约工程投资,不考虑购置货运车辆,依靠社会运力承担。 7.1.3 工厂防护设施设置的原则和要求 厂区周围设置 2 米高的实体围墙。目前厂区已有一个 8 米宽的人、物共用出入口,以 后将建一个专门物流出入口,原来的出入口变为人流出入口。
29

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

7.1.4 排渣 7.1.4.1 工厂排出废渣的数量、综合利用途径 工厂每年排出硫磺渣 1568 吨, 可卖给硫铁矿制酸企业作原料。 7.2 给水排水 7.2.1 概述 (1)设计范围 为本工程配套的给排水设计,设计内容包括输水、循环水站及界区内给排水管网设计。 (2)装置用水量和排水量 根据各生产工段的用水、排水条件及生产定员,本项目直流用水 86.0m3/h,循环用 水 2500.0m3/h,循环水利用率 93%。 7.2.2 水源及输水 本项目的生产水源来自公司总供水站 7.2.3 厂区给水 界区内的给水系统采用分质给水系统。 界区内的给水管分为如下几个系统: 厂区生产、消防给水由布置成环状的给水干管供给; 硫酸循环水系统给水干管布置成枝状,主管管径 DN700。 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 2500m3/h,△t=10℃,供水压力 0.3MPa,回水压力 0.1MPa。 循环冷却水系统主要由冷却塔、循环水池、循环冷水泵、配电控制室等组成。 主要设备详见《硫酸循环水站设备一览表》 。 主要建、构筑物: (1)循环水池 (2)配电控制室 LXBXH=18.6x8.5x3.8m LXBXH=12x4.8x4.5m 钢筋混凝土 砖混 一座 一栋

循环水水质稳定措施采用旁滤及投加水稳剂, 另外定期排污补充新鲜水以降低水中 悬浮物和硬度。 旁滤水量为循环水量的 5%左右,循环水旁滤选用无阀过滤器 1 台,单台处理能力 140m3/h。 在循环水管的回水管道上接一根管道至过滤器进行旁滤, 过滤后的旁滤水直接 进入循环水水池,以此构成循环水系统的旁滤系统。
30

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

加药设备选用 WA 型一体化加药设备两套,分别用来投加缓蚀阻垢剂、杀菌剂。水 质稳定剂根据循环水水质采用有机磷系配方。 7.2.5 厂区排水 界区排水系统采用清污分流制。 地面雨水及清净生产废水、粪便污水(经化粪池处理后)用加盖排水明沟排至厂外。 装置无生产污水外排。 用水排水量一览表 装置名称 硫酸装置 化学水站 硫酸循环水站 生活 合 计 直流水 10.0 15.0 56.0 5.0 86 2500.0 循环水 2500.0 15.0 17.0 4.0 36.0 39.0 1.0 50.0 (m3/h) 净下水 污水 系统消耗 10.0

7.3 供电及电讯 7.3.1 供电 7.3.1.1 供电计算负荷及负荷等级

根据用电负荷在化工连续生产过程中的重要性, 并按其对供电可靠性及连续性的要 求, 本次硫磺制酸工程及其配套装置二级负荷。其它为三级负荷。 根据中华人民共和国行业标准(HG/T20664-1999) 《化工企业供电设计技术规定》 6.4.1 规定:高压供电时,全厂功率因数不应低于 0.90。当自然功率因数不能满足上述 要求时,应装设无功功率补偿装置进行人工补偿。 本工程在 10KV 高压配电室装设高压无功补偿电容器组, 使功率因数大于 0.9。 同时 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 侧总功率因数大于 0.9 。 低压无功补偿电容器组均串有抑制五次及以上谐波的电抗器和 自动调节装置。 自动调节装置能根据电源侧功率因数的变化自动调节无功补偿电容器组 的投切。 7.3.1.2 供电电源选择和可靠性阐述 根据中华人民共和国行业标准(HG/T20664-1999) 《化工企业供电设计技术规定》 4.2.2 规定: 二级负荷宜由双回电源线路供电。 为了满足规范要求, 本项目 10KV 及 0.38KV
31

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

侧母线进线电源均为二回且互为备用, 10KV 线路的输送能力, 按其中一回线路断电时另 一回仍能保证对全部生产负荷的供电。 0.38KV 侧二台变压器互为备用, 变压器的负荷率 按其中一台断开时,另一台能带 93%的生产负荷。生产装置的事故照明用带蓄电池的应 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 及辅助生产装置高压用电设备的供电。 配电电压: (1) 、高压用电设备:10KV,50HZ,三相三线制,中性点不接地系统, 电压波动范围±5%。 (2) 、低压用电设备:380/220V,50HZ,三相四线制,中性点接地 系统,电压波动范围±5%;接地系统采用 TN-C 接地系统。 (3) 、电动机电压:≥200KW (特殊用电设备除外) :10KV。 < 200KW 电动机:380V。 (4) 、控制保护电压:10KV

系统:DC220V。380V 系统:AC220V。 (5) 、照明电压:AC220V 车间变电所 0.38KV 配电侧母线采用双电源单母线分断的主接线方式。 7.3.2 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 25 万吨/年硫磺制酸装置,生产过程中产生大量的热能。企业的生产需求,本硫酸 装置同时采用余热锅炉利用方式。余热利用的原则是首先满足生产用供热蒸汽。 本设计范围为 25 万吨/年硫酸装置余热锅炉系统,供热方式为蒸汽供热。 7.4.1.2 全厂供热蒸汽负荷情况及热工技术方案 本项目生产蒸汽供硫磺制酸装置熔硫、保温自用蒸汽负荷为 7 吨/时;余热锅炉给 水除氧自用蒸汽负荷为 5.5 吨/时,计入管网热损失, 全厂供热蒸汽计算最大负荷为 12.5 吨/时。 经过硫酸余热系统回收、转换生成的高温高压的过热蒸汽,采用“热功联产”的节 能技术, 利用蒸汽轮机直接驱动鼓风机后背压蒸汽供热。 综合利用热能, 充分节能降耗。 改善环境,提高装置的经济效益,极大的降低了生产成本,增加了企业的市场竞争力。 本工程供热对象为工艺生产热负荷和动力负荷。 全厂生产用汽及副产蒸汽情况见表 7-6;蒸汽轮机负荷见表 7-7;余热锅炉给水负荷见表 7-8。
32

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

表 7-7 序号 1 用户名称 风机蒸汽轮机 合计

蒸汽轮机负荷 轴功率(kW) 1800 1800 备 注

1台

表 7-8 锅炉给水负荷一览表 序号 用户名称 压力 (MPa(G)) 1 硫酸余热锅炉 合计 7.4.1.3 余热利用系统的组成及说明 (1) 热力系统 主蒸汽系统采用单母管制。 正常工况下硫酸余热锅炉副产蒸汽用于驱动风机蒸汽轮 机。蒸汽轮机背压 0.6MPa 蒸汽母管供全厂所需的低压蒸汽。 0.6MPa 等级蒸汽母管与 3.82MPa 等级蒸汽母管之间设置减温减压装置, 以满足风机 蒸汽轮机检修工况需要。 (2) 除氧及给水系统 硫酸装置蒸汽冷凝液化验合格后进入除氧器除氧,一级脱盐水作为除氧器补充水。 除氧水经给水泵升压后送硫酸余热锅炉。 (3) 疏放水系统 汽轮机本体疏水和其他热力设备和管道的疏水排至疏水扩容器,疏水化验合格后, 由疏水泵输送至除氧器。 (4) 厂区管网 根据生产热负荷情况, 新建装置的蒸汽管网将分成 3.82MPa、 0.6MPa 两种压力等级。 (a) 3.82MPa 等级 3.82MPa 等级蒸汽来自硫酸余热锅炉,用于驱动风机蒸汽轮机。该蒸汽母管采用单 母管。 (b) 0.6MPa 等级 0.6MPa 等级蒸汽来自汽轮机背压,主要供应磷酸、硫酸等装置用汽。0.6MPa 等级 蒸汽母管采用单母管。 (5) 开车锅炉
33

温度 (℃) 104

给水量 (t/h) 50 50

备注

5

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

硫酸装置在开车前需要外界供给 0.6MPa 的低压蒸汽用于熔融硫磺和保温以及除氧 自用蒸汽,新增 1.25MPa,4 吨/时快装锅炉一台,可以作为装置开车锅炉。 7.4.1.4 主要设备选型 (1) 硫酸余热锅炉 额定蒸发量:37.5 吨/时 蒸汽压力:3.82Mpa (2) 背压汽轮机 额定功率: 进汽压力: 排汽压力: 蒸汽温度:450℃ 1 台 1800kW 3.43 Mpa 0.6 Mpa 1 台 进汽温度: 435℃ 排汽温度: 300℃ 1 台

(3)减温减压装置 流量:40t/h

一次蒸汽压力:3.82Mpa 一次蒸汽温度:450℃ (4)给水泵: 流量:50 t/h 电机:132KW 2 台 扬程:500m 380V 1 台

二次蒸汽压力:0.6Mpa 二次蒸汽温度:185℃

(5) 热力喷雾式除氧器 额定出力:Q=50t/h 7.4.2 脱盐水站 7.4.2.1 脱盐水站技术方案

水箱容积:V=50m3

汽轮机的蒸汽品质和余热锅炉的给水品质,应采用“火力发电机组及蒸汽动力设备 水汽质量标准” (GB12145-1999) 。补给水为一级脱盐水。 本工程水源采用地表水, 其枯水期电导率为 995μ s/cm, 丰水期电导率为 698μ s/cm, 制取脱盐水采用反渗透法要优于离子交换法,本工程推荐采用反渗透法。余热锅炉需脱 盐水 40t/h, 磷酸装置正常工况冷凝水可回收 10 t/h, 考虑各种运行工况和一定富裕量, 除盐水站规模按 50t/h 设计。除盐水站采用预处理+反渗透+混床除盐水系统,原则性工 艺流程为: 厂区生产供水管网→混凝剂→活性炭过滤器→微过滤器→阻垢剂→高压泵→反渗 透系统→除二氧化碳器、 中间水箱→中间水泵→混合离子交换器→加氨→脱盐水箱→脱
34

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

盐水泵→外供。 外来酸、碱 →酸、碱计量箱→酸雾吸收器→酸、碱喷射器→混合离子交换器。 除盐水出水质量: 电导率:≤10μ s/cm,PH 值:8.5-8.8,SiO2<0.1MG/L,硬度=0。 脱盐水站为单层厂房,面积 42m×12m,水处理间层高 7.5m。 储水池、酸碱储罐、酸碱中和池均布置在室外。排地沟及酸碱储罐的操作平台均要 求防酸碱腐蚀。 7.4.2.2 主要设备选型 (1)活性炭过滤器:二台(一用一备) 。 规格:ф 3000,出力:70t/h; 工作压力≤0.59Mpa,工作温度:5-50℃, (2)反渗透系统 系统利用率:>75% (3)混合离子交换器 能力 50 t/h 一套

脱盐率:>97% 二台(一用一备) 。

规格:ф 1500,出力:50t/h; 工作压力≤0.59MPa,工作温度:5-50℃, 7.4.2.3 定员表 工作岗位 操作 合计 7.5 贮运设施 7.5.1 贮运设施内容 本项目固体贮运设施为 8.3 万吨/年固体硫磺的卸车、输送和贮存。 7.5.2 固体物料贮存天数、贮运量的确定 250kt/a 硫磺制酸装置年需硫磺 8.3 万吨,为减少固体库存占地,原料贮存方式为 液固各贮存一半, 液硫采用液硫贮罐贮存, 液硫贮罐 Φ 内 12000x10000,V=1130m3,1 台, 液体硫磺容重:1.792t/m3,消耗定额按 10.4t/h,液体硫磺贮存周期约为 7 天(最大 90% 的液位储量) ;固体硫磺采用仓库贮存方式,根据现场布置情况,硫磺仓库定为 70x30m, 硫磺仓库贮存量为 6170 吨 (按面积利用系数为 0.6, 堆高为 3.5m, 硫磺容重为 1.40t/m3
35

每班人数 2

班制 3

轮休 2

小计(人) 8 8

备注

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

计算) ,消耗定额按 10.4t/h 计算,贮存周期约为 25 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 硫磺的贮存可采用液体和固体两种方式贮存,为减少占地,本设计硫磺贮存方式: 液硫采用液硫贮罐贮存,固体硫磺的贮存又可分为仓库贮存和露天堆放,为了保证原料 质量,本设计固体硫磺采用仓库贮存。 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 (15t/h) ,本装置采用胶带输送机输送可满足要求,且固体硫磺输送只通过一台胶带输 送机输送,就地控制可满足要求,不须考虑远程控制方式,不但降低了投资,还基本实 现机械化运行。 7.5.4 主要设备表 7.5.4.1 硫酸装置原料工段主要设备一览表

序号 1 2 3 4

名称 加磺斗 电磁振动给料机 大倾角胶带输送机 手动三通换向阀

型号和规格 2700x2700x1800 V=5.86m3 给料能力:50t/h Q=40t/h,B=650mmL=12.87M ,V=0.8m/s 倾 角 a=45°N=7.5KW, 400x400

数量 1 1 1 1

备注

7.5.5 罐区及辅助设施方案的选择 本装置内的贮罐根据场地设置在装置附近。 25 万吨/年硫酸装置每小时产 100%H2SO4 31.2 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 Φ 内 14000x12000,V=1800m3 4 台,停留时间 360 小时, 15 天。 7.6 空压站 本次将新增仪表用压缩空气,因此新建设仪表空压站。 仪用空压站技术方案确定:
36

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

本设计经计算须增 100Nm /h 仪用压缩空气。设置 3m /min 的空压机 2 台,二开一 备,其中仪用空气采用一套 6mЗ /min 空气干燥净化装置及相关设备(储气罐等). (1)气源要求 压力:0.7MPa(表压) 温度:25~35℃ 露点:气源在操作压力下比环境温度低 10℃ 含尘量:净化后气体含尘粒直径小于 3μ m,含尘量小于 1mg/mЗ 含油量:干燥净化后的气体含油量小于 3ppm 净化方法: 根据变压吸附原理, 气体干燥采用微热再生方法, 对压缩空气进行干燥。 空气干燥装置额定处理气量:6mЗ /min 新增加有效供气量:100mЗ /h (2)工艺流程简述 空气经过螺杆压缩机压缩到 0.8MPa 后进入强力除油过滤器, 除去空气中的微量油雾, 然后进入变压吸附式微热再生干燥器除去全部水分,最后进入仪表储气罐中,由外管送 至各用气装置和用气点。 7.7 机、电、仪修 依托公司机、电、仪修车间。 7.8 化验室 为满足车间生产工艺对分析化验的需要,在各车间分别设置车间化验室。 7.9 土建 7.9.1 土建工程方案的选择和原则确定 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 7.9.1.5 生产厂区主要建、构筑物的设计原则 (1)土建设计认真贯彻执行国家现行的建筑法规,做到技术先进、经济合理、安全 适用、确保质量。 (2)建筑设计应满足于工艺流程的要求,便于安装、检修,生产操作与管理。使建
37

З

З

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

筑设计经济适用,平面布置合理紧凑,建筑造型简洁明快,与原厂区协调统一。 (3)建筑设计注重环保和可持续发展。 (4)根据化工生产的特点,认真做好防火、防腐、防潮、防噪声设计,满足化工生 产的要求,保证安全生产。 (5)结构设计应从工程实际出发,合理选用材料、结构方案、结构布置及相关的构 造措施,以满足生产、使用和检修的要求。 (6)结构设计应具有足够的强度、刚度、稳定性和耐久性,并注意验算结构构件制 作、运输、安装等施工阶段的强度和刚度。 (7)本工程设计须严格执行国家颁发的现行设计规范、规定和法定计量单位,部颁 标准及现行的贵州省有关规定、规程。 (8)本工程设计标准图以国家建设部批准颁发的现行标准图为主,部分采用现行的 行业标准图及西南地区标准图。 7.9.1.6 生产厂区主要建、构筑物的方案选择详建、构筑物一览表 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、环境保护
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 本设计尾气排放标准执行国家《大气污染物综合排放标准》 (GB16297-1996)二级 标准,见表 2.24。

表 2.24《大气污染物综合排放标准》

38

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

8.3 建设项目的主要污染源及污染物(略) 8.3.1 工程概述 本次项目新建 25 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。 8.3.2 主要污染源及污染物 (1)废气 主要废气污染源是硫酸装置最终吸收塔尾气。 (2)废水 主要废水是装置冲洗废水,生产装置正常生产情况下没有废水污染物排放。 (3)废渣 主要固体废物污染源是硫酸装置中硫磺精制残渣。 (4)噪声 主要噪声污染源是硫酸装置主空气风机。 装置具体排放情况见表 8-1

39

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

8-1 污染源 名称 尾气洗涤 塔尾气 硫磺渣 80402 m3/h 1568t/a 排放量 污染 物名 称 SO2 酸雾 硫磺

装置三废排放表 主要污染物 浓度 mg/m3 960 45 含硫 50% 排放量 kg/h 60.16 0.144 196 方式 排放特性 高度 (m) 60 温度 (℃) 65 直径 (m) 1.6 处理 措施 高空 排放 外卖

连续

间断

备注:废气污染物浓度 mg/Nm3。 8.4 环境保护与综合利用论述 8.4.1 综合利用和回收方案 以硫磺为原料生产硫酸,属清洁生产工艺,可大大减少污染物排放量及排放浓度, 不会造成严重的大气环境污染。 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 公司污水处理总站处理。 本装置拟采用国际上较先进的硫磺制酸生产技术,采用“3+2”两转两吸工艺,总 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 S02: 960mg/m3。 为了中和原料硫磺中的游离酸,在熔硫槽中加入石灰中和。熔融硫磺送入精液硫贮 槽前, 通过液硫过滤器滤去杂质, 形成硫磺精制残渣。 硫磺精制残渣量约为 1568 吨/年, 外卖硫铁矿制酸工厂作原料。 硫酸装置定期停车大修时,将对催化剂进行筛分,筛下物废催化剂可以送往催化剂 厂回收利用。 8.4.3 环保管理机构及检测机构定员 公司现已按国家有关规定,在公司管理部门内设有安全环保环境管理人员,本工 程不另设环保管理机构及新增管理人员,本工程的环保管理工作由公司机构统一安排。 8.5 环境保护费用 本项目内三废治理,噪声治理等均是工艺生产中的组成部分,其费用已包括在工艺 费用中。其投资占建设投资的 10%。
40

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

9、劳动保护与安全卫生
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 25 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 相应措施,改造操作环境,保障职工的身体健康。 9.1.3 生产过程中主要危害因素分析 9.1.3.1 生产过程中有毒有害物质的属性 (1)硫磺 元素硫实际上没有毒性,但是硫磺粉尘对皮肤、眼睛、粘膜具有刺激性,因此可以 认为是一种有害粉尘。据文献报道,吸入高浓度硫磺粉尘可对呼吸系统产生有害影响。 其表现为鼻粘膜的卡他炎症,并伴有呼吸困难、顽固性咳嗽;刺激眼睛而引起流泪、失 明、结膜炎;经常接触皮肤可患红斑、湿疹及溃疡。长期吸入的慢性作用主要为气管、 支气管和肺部疾患。 硫尘的另一危害是可能引起火灾或爆炸, 且燃烧时生成的 SO2 具有毒性和强烈的刺 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 限浓度为 1.4kg /m3。 我国对生产场所硫磺粉尘的最高允许浓度目前尚无具体规定,但 GBZ2-2002 规定, 凡游离 S02 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 许浓度为 10 mg/m3,硫磺粉尘属于此范畴。 (2)二氧化硫 吸入二氧化硫后主要在上呼吸道,尤其是鼻粘膜的湿润表面被吸收溶解于体液中, 一部分二氧化硫进而氧化成 H2S04,因而对呼吸道及眼粘膜产生更强烈的刺激作用,既 可引起支气管和肺血管的反射性收缩,也可引起分泌物增加及局部炎症,甚至腐蚀组织 引起坏死。大量吸入可引起肺水肿、喉水肿、声带痉挛而致窒息。长期吸入低浓度二氧 化硫,有头昏、头痛、乏力等全身症状,并常有鼻炎、咽喉炎、嗅觉和味觉减退等症状。 接触液体二氧化硫可引起皮肤灼伤,溅入眼内可立即引起角膜混浊,浅层细胞坏死。 按照 GBZ2-2002 标准的规定,生产场所短时间接触 SO2 容许浓度为 10 mg/m3。
41

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(3)三氧化硫 由于强烈的亲水性,在空气中三氧化硫实际上以硫酸雾的形式存在。研究表明,三 氧化硫对肺的刺激作用比等硫量的二氧化硫更为强烈, 且其刺激性随酸雾的粒径增大而 增强。吸入酸雾后经粘膜吸收产生强烈刺激作用,主要是使组织脱水,蛋白质凝固,以 致形成局限性灼伤和坏死。急性中毒表现为上呼吸道刺激,咽喉和胸骨后区有灼烧感, 眼结膜充血,高浓度吸入能引起带血鼻分泌,痰中带血,严重者发生喉头水肿甚至肺水 肿。慢性中毒者可有鼻粘膜萎缩,伴有嗅觉减退或消失、慢性支气管炎、慢性肺纤维化, 后遗症是支气管扩张和肺气肿,并发生牙齿酸蚀症,其症状是最初牙釉质失去光泽,继 而出现褐斑,变黑,并损伤牙本质而出现龋齿和牙冠损坏。 人对空气中不同浓度的硫酸雾反应为: 当浓度为 0.5~2.0 mg/m3 时几乎无明显刺激, 当浓度为 3.0~4.0 mg/m3 时可引起咳嗽,当达到 6.0~8.0 mg/m3 则感到明显不舒服并显 著影响呼吸。 按照 GBZ2-2002 标准的规定,生产场所短时间接触 SO3 容许浓度为 2 mg/m3。 9.1.3.2 职业危害因素分析 (1)火灾爆炸 1)生产使用的原料,如硫磺粉尘具有燃烧爆炸的性质。 2)高温操作带来的危险性如高温的表面易引起与之接触的可燃物着火; 3) 硫酸与大部分金属接触易产生氢气, 氢气与空气混和当体积浓度达到 4.10 %~ 74.20%(V)时,遇明火、火花、高温物体和热源、静电放电产生的火花等,极易产生火 灾、爆炸。 4)生产过程中,在有易燃、易爆危险品存在的场合,静电放电、雷电放电均可成 为引起燃烧、爆炸的点火源,导致火灾、爆炸事故的发生。 (2)灼伤 硫酸具有较强的腐蚀性,所以当其溅到皮肤上以后,皮肤便很快被氧化腐蚀,使组 织破坏,造成化学性灼伤。其中稀硫酸的灼伤能力最强。眼睛被溅入强酸后,严重的可 致失明;如接触酸雾可引起上呼吸道粘膜刺激症状,重者发生慢性气管炎及齿酸蚀、口 腔炎和消化道炎等;皮肤接触酸雾或稀酸可在接触部位发生急性皮炎。 接触炽热物体、高温表面,过热蒸汽等都可发生热灼伤。 对带压、带热的化工设备进行检修或生产中发生爆炸、火灾事故时,可能发生复合 性化学灼伤。
42

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(3)粉尘:主要来自硫磺库。 (4)噪声危害 噪声的来源一般有三类:①空气动力性噪声,如鼓风机;②电磁性噪声,如变压器、 电力继电器。 (5)高温与中暑 生产中有不少设备是在高温下操作的,由于高温设备表面散发的热量和辐射热,使 一些生产岗位的环境温度升高,超过了工业卫生标准,特别是夏季高温季节太阳辐射热 的影响,常常可产生高温、高湿、辐射热等特殊气象条件,影响着人体的正常散热功能, 引起体温调节障碍和水分、盐分损失,以及心跳过快,血压降低,从而发生中暑。 (6)静电、雷电、触电的危害 生产过程中,在有易燃、易爆物存在的场合,静电放电、雷电放电均可成为引起爆 炸的点火源,导致火灾、爆炸事故发生。以及触电事故发生。 9.1.4 职业安全卫生防护措施 9.1.4.1 设计原则 本设计贯彻“安全第一、预防为主”的方针,安全卫生设施必须执行与主体工程同 时设计,同时施工,同时投产的“三同时”制度,以保证安全生产,促进企业生产发展。 9.1.4.2 设计中采取的主要防范措施 (1)尘毒物的防范措施 对毒物危害严重的生产装置内的设备和管道在满足生产工艺条件下,布置为敞开 式,如硫酸装置露天布置,防止有毒物积累。设备、管道之间的连接设计要考虑密闭措 施,对可能逸出毒物的生产应尽量采用自动化操作。 (2)化学腐蚀及灼伤防范措施 对与工艺物料硫酸直接接触的设备、管道、阀门选用耐腐蚀材料,并消除跑冒滴漏 现象;建构筑物采用耐腐蚀的建筑材料和涂料。易发生化学性灼伤的生产现场设置事故 冲洗设施及洗眼器。同时,制定相应的操作规程,以保证安全生产。 (3)噪声防治措施 设计优先应选用低噪声的机械设备。对单机超标的噪声源采用安装消声器。出入高 噪声区的人员必须配带耳罩或耳塞等防护用具。 (4)危险性较大的生产过程中,发生事故和急性中毒的抢救、疏散方式和应急措 施
43

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

生产过程中,易发生事故和急性中毒的场所及生产作业岗位设置事故柜,紧急事故 状态下及时启用。 发生事故和急性中毒的抢救:现场急救,如做人工呼吸、简单的卫生处置,或直 接送厂职工医院急诊室。 对于伤重或中毒严重者用救护车送附近条件较好的医院进行救 治。 事故状态下的疏散方式和应急措施:通过疏散楼梯,应急通道等将处于危险区域中 的人员撤离至安全区域;通过断电或紧急停车等应急方式处理事故。 (5)人身防护措施 各车间根据工作环境特点配备各种必需的职业卫生防护用具和用品。 包括眼面防护 用具,工业安全帽、工作帽、防护服、防护手套、防毒面具和口罩、耳塞、耳罩及护肤 用品等。 (6)职业安全卫生教育 对新入公司的职工必须经过三级安全生产教育,并通过安全考试,考试合格取得安 全作业证后方可上岗。 9.1.5 职业卫生投资估算 由于公司现已有职业卫生机构设置及人员配备, 故本工程充分依托现有的机构设施 适当新增人员,增加与本工程相配套的劳动保护用品及器材。 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 采取以上职业卫生防护措施,可以达到国家和有关部门所颁布的有关标准的要 求,能够确保操作人员有一个较好的卫生环境。 9.2 消防 9.2.1 常规水消防系统 (1)消防用水量的确定 本项目中最大建筑为硫磺库(含熔硫厂房),根据规范规定,室外消火栓用水量应为 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 消防系统采用临时高压制。
44

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

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 600 m3,水池设置消防用水不作他用的技术措施,发生火灾时启动消防水泵加压灭火。 界区内的消防给水采用生产、消防共用的给水管网,给水管网布置成环状,主管管 径为 DN300。 根椐消防用水量、保护面积以及火灾危险性在界区内布置地上式室外消火栓 4 个, 消火栓间距≤120m。 各建筑物内根椐耐火等级、火灾危险性设置室内消火栓,消火栓间距保证两支水枪 同时到达室内任何部位。 9.2.2 其他消防系统 在各建筑内按规范设置手提式磷酸铵盐干粉灭火器,用来扑灭电器火灾、仪表火 灾及初期火灾。 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 本项目建成后,生产班制为四班三运转,除需增设硫酸车间管理人员 6 名外,还需 增加操作工 44 人。 序号 1 2 3 4 装置或部门名称 硫酸装置 公用工程 分析化验 机电仪维修 总 计 1 1 6 管理人员 4 生产工人 20 12 4 8 44 合计 20 12 5 9 50 备注

10.3 人员来源及培训 11.3.1 人员来源 本项目建成后,全部新增人员面向社会公开招聘。 11.3.2 培训 本项目实施之后,为了保证新建和扩建装置的顺利投产,不仅生产岗位的工人需要 进行培训,管理及工程技术人员也须要进行培训。生产岗位工人除学习化工基础知识,
45

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

还需在现有生产装置进行实习或培训, 对硫酸装置的操作工人应到国内同类生产装置进 行学习培训,培训时间为三个月,以保证新建装置安装结束后,顺利开车成功。 11、项目实施规划 11.1 建设工期规划 本项目建设工期定为一年。 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 (2)设计阶段进度规划 初步设计 施工图设计 2 个月 4 个月 1 个月

(3)施工阶段进度规划 土建施工 设备采购制作及安装 管道安装 试车投产 4 个月 7 个月 2 个月 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 可行性研究报告批准 初步设计 施工图设计 土建施工及准备 设备采购制作及安装 管道安装 投料试生产 时间 (月) 1 2 4 3 5 2 1
46

月 1 2 3 4 5 6 7

份 8 9 10 11 12

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

12、研究结论 12.1 综合评价 (1)本项目所产硫酸全部自用,本设计产量以满足本系统磷肥生产需要。 (2)主要原料硫磺主要从国外进口,目前国际上硫磺是供大于求,不会出现供应 紧张的情况,硫磺的供应是有保障的。 (3)本项目采用的技术先进成熟的 3+2 两转两吸流程,本装置的设备主要采用国 产设备。 硫酸装置主要设备有:快速熔硫、液硫过滤器、液硫大罐、机械雾化焚硫,中心筒 转化器、蝶型底干吸塔、硫酸储罐、钢架尾气烟囱等。 (4)余热利用:尽量吸收焚硫和转化系统的高中温位热能,转化为中压蒸汽驱动透 平风机,节省电能消耗; 本项目建成投产后,新增人员 50 人,可解决当地部分人员就业。 项目预计总投资 6000 万元。 12.2 问题及建议 本项目经济效益和社会效益显著,希望尽快取得当地政府及有关部门支持,并尽早 开工建设。

13、设计条件
1、设计能力: 250Kt/a 硫磺制酸工程; 2、生产时间:333 天/年,即 8000 小时/年,750.1 吨/天,31.2 吨/小时(100%H2SO4); 所生产的产品硫酸符合 GB/T534-2002 质量标准中的一等品的质量标准; 3、生产原料:硫磺,质量标准按照 GB2449-81 标准中的二级品,即 S≥99.5%; 4、当地自然条件: (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 候。 A、年平均温度 14.8℃ B、最热月平均温度 23.4℃ C、最冷月平均温度 4.8℃ D、风压值 34N/m2 E、年平均风速 1.9m/s (2)湿度: A、年平均相对湿度 79% B、最热月平均相对湿度 79% C、最冷月平均相对湿度 78% (3)大气压: 当地平均大气压 669mmHg(合 89.17KPa) (4) 、地震烈度: 6度
47

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

5、主要技术参数 (1) 、焚硫炉出口炉气浓度 SO2+SO3=10.5% (2) 、总转化率 99.7% (3) 、总吸收率 99.99% (4) 、各段转化率 转化器 一段 二段 三段 四段 五段 转化率(%) 62 82 94 99.3 99.7 (5) 、尾气排放浓度 A、SO2≤960mg/m3(合 335.7PPM) B、酸雾≤45mg/m3 排放速率按 《大气污染物综合排放标准》 GB16297-1996 新污染源排放标准中二级 标准,最高允许排放速率: 烟囱高度(米) 30 40 50 60 80 100 SO2 排量(Kg/h) 17 30 45 64 120 200 酸雾排放量(Kg/h) 10 18 27 39 74 122 6、公用工程条件 (1) 、新鲜水: 按平均 20℃ (2) 、循环水: A、水温: t1=40℃ t2=30℃ △t=10℃ B、水压: 供水压力 0.3Mpa 回水压力 0.1Mpa (3) 、供电: A、低压:380V 50HZ B、高压:10000V 50HZ (4) 、蒸汽: A、低压:0.6Mpa B、中压:3.82Mpa 450℃驱动主透平风机 (5) 、脱盐除氧水:A、硬度=0 B、电导率≤5us/㎝ C、PH=7-8 D、温度=102-104℃ E、压力 P=4.5Mpa F、氧含量=0.02 ㎎/L 3 (6) 、仪表用气:A、气量=100NM /h B、气压=0.6 Mpa 3 C、含尘≤0.1g/NM D、尘径≤3um E、含油≤8PPM

14、气体流量及组成计算
1、焚硫炉出口气体组成 (1) 、SO2 需要量 (31.25×1000÷98×22.4)÷(0.997×0.9999)=7163.63NM3/h (2) 、根据生产经验,焚硫炉出口 SO3 含量占 SO2 总量的 2% SO3=7163.63×2%=143.27 NM3/h SO2=7163.63-143.27=7020.36NM3/h (3) 、SO2 占炉气总量的 10.5%,则炉气总量为: 7163.63÷10.5%=68225.05 NM3/h (4) 、氧含量:S+O2=SO2,SO2 含量 10.5%,则也是 10.5% 2SO2+O2=2SO3, O2 含量为:7163.63-143.27÷2=6877.09NM3/h (5) 、氮气含量:68225.05×79%=53897.79 NM3/h
48

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

焚硫炉出口炉气汇总: (从 NM3/h 换算成 Kmol/h 除以 22.4) SO2 7020.36NM3/h 313.41Kmol/h 3 SO3 143.27 NM /h 6.40 Kmol/h O2 N2 合计:∑ 6877.09 NM3/h 53897.79NM3/h 67938.51 NM3/h 307.01 Kmol/h 2406.15 Kmol/h 3032.96Kmol/h

10.3% 0.2% 10.4% 79.1% 100%

2、一段触媒层出口气体组成(一段转化率 62%) : 3 SO2:7020.36×(1-62%)=2667.74 NM /h SO3:7020.36-2667.74+143.27=4495.89NM3/h O2: 6877.09-(7020.36-2667.74)÷2=4700.78NM3/h 一段出口气体汇总: SO2 2667.74 NM3/h 119.10Kmol/h 3 SO3 4495.89NM /h 200.71Kmol/h 3 O2 4700.78NM /h 209.86 Kmol/h 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 3 合计:∑ 65762.2NM /h 2935.82 Kmol/h 3、二段触媒层出口气体组成(二段总转化率 82%) : 3 SO2:7020.36×(1-82%)=1263.66 NM /h SO3:7020.36-1263.66+143.27=5899.97NM3/h O2:6877.09-(7020.36-1263.66)÷2=3998.74 NM3/h 二段出口气体汇总: SO2 1263.66NM3/h 56.41Kmol/h 3 SO3 5899.97NM /h 263.39 Kmol/h 3 O2 3998.74NM /h 178.52Kmol/h 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 3 合计:∑ 65060.16NM /h 2904.47 Kmol/h 4、三段触媒层出口气体组成(三段总转化率 94%) : 3 SO2:7020.36×(1-94%)=421.22NM /h SO3:7020.36-421.22+143.27=6742.41NM3/h O2: 6877.09-(7020.36-421.22)÷2=3577.52 NM3/h 三段出口气体汇总: 3 SO2 421.22NM /h 18.80Kmol/h 3 SO3 6742.41NM /h 301.00Kmol/h 3 O2 3577.52 NM /h 159.71Kmol/h 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 3 合计:∑ 64638.94NM /h 2885.66Kmol/h 5、四段触媒层入口气体组成(一吸塔吸收率 99.99%) : 3 SO3:6742.41×(1-99.99%)=0.67NM /h 脱出 SO3 量:6742.41-0.67=6741.74NM3/h,合 300.97 Kmol/h 四段入口气体汇总:
49

4.0% 6.8% 7.5% 81.7% 100%

1.9% 9.0% 6.5% 82.6% 100%

0.65% 10.4% 5.85% 83.10% 100%

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

421.22NM3/h 18.80Kmol/h 0.725% 3 0.67NM /h 0.030Kmol/h 0.001% 3 3577.52 NM /h 159.71Kmol/h 6.526% 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 92.748% 3 合计:∑ 57897.2NM /h 2584.69Kmol/h 100% 6、四段触媒层出口气体组成(四段总转化率 99.3%) : 3 SO2:7020.36×(1-99.3%)=49.14NM /h SO3:0.67+421.22-49.14=372.75NM3/h O2: 3577.52-(421.22-49.14)÷2=3391.48 NM3/h 四段出口气体汇总: SO2 49.14NM3/h 2.19Kmol/h 0.085% 3 SO3 372.75NM /h 16.64Kmol/h 0.644% 3 O2 3391.48NM /h 151.41Kmol/h 6.226% 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 93.046% 3 合计:∑ 57711.16NM /h 2576.39Kmol/h 100% 7、五段触媒层出口气体组成(五段总转化率 99.7%) : SO2:7020.36×(1-99.7%)=21.06NM3/h SO3:372.75+49.14-21.06=400.83NM3/h O2: 3391.48-(49.14-21.06)÷2=3377.44 NM3/h 五段出口气体汇总: SO2 21.06NM3/h 0.94Kmol/h 0.036% 3 SO3 400.83NM /h 17.89Kmol/h 0.692% 3 O2 3377.44NM /h 150.78Kmol/h 6.203% 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 93.069% 3 合计:∑ 57697.12NM /h 2575.76Kmol/h 100% 8、第二吸收塔出口气体组成(二吸塔吸收率 99.99%) : 3 SO3:400.83×(1-99.99%)=0.040NM /h 3 脱出 SO3 量:400.83-0.040=400.79NM /h,合 17.89Kmol/h 第二吸收塔出口气体汇总: SO2 21.06NM3/h 0.94Kmol/h 0.037% 3 SO3 0.040NM /h 0.0018Kmol/h 0.00007% 3 O2 3377.44NM /h 150.78Kmol/h 6.246% 3 N2 53897.79NM /h 2406.15 Kmol/h 93.717% 3 合计:∑ 57296.33NM /h 2557.87Kmol/h 100% 9、尾气 SO2 和 SO3 排放速率与排放浓度: SO2 排放量:21.06NM3/h,合 0.94 Kmol/h 即:0.94×64×1000×1000÷57296.33=1049.98mg/NM3 折算成操作状态: 尾气:温度 T=65℃,压力 P=0.2KPa 操作态 V= (273+65) { ÷273} {101.3÷ × (89.17+0.2) ×57296.33=80401.68M3/h } 尾气 SO2 排放速率:0.94×64=60.16Kg/h 尾气 SO2 排放浓度:0.94×64×1000×1000÷80401.68 =748.24mg/M3 合 261.62PPM(从 mg/M3 换算成 PPM 除以 2.86) 尾气 SO3 排放速率:0.0018×80=0.144Kg/h SO2 SO3 O2
50

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

尾气 SO3 排放浓度:0.0018×80×1000×1000÷80401.68 =1.79mg/M3 因为存在 SO3 的气液夹带,环保部门允许酸雾排放浓度指标为 45mg/M3 尾气烟囱高度设计:60 米 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,允许酸雾排放 速率为 39 Kg/h。SO2 和 SO3 排放指标均满足国标要求。 10、空气鼓风机风量计算: (1) 、用空气中氧量计算空气的理论用量 (7020.36+143.27×1.5+6877.09)÷0.21=67201.69 NM3/h, 合 3000.08Kmol/h (2) 、风机进口状态 ①、风机进口温度、湿度、压力 当地最热月平均温度 23.4℃,取进口大气温度 30℃, 当地相对湿度 79%,大气压 89.17KPa(669mmHg) 查《硫酸工艺设计手册》 : 600 mmHg 湿空气 T-d 图,当 T=30℃,湿度=79%时,d=27.0g/Kg 干空气; 700 mmHg 湿空气 T-d 图,当 T=30℃,湿度=79%时,d=21.5g/Kg 干空气; 669mmHg 插入法:27.0-(27.0-21.5)÷100×69=23.2g/Kg 干空气;23.2g/Kg 干空气中 V=1.29 Kg/NM3 ②、空气带入水量:67201.69×1.29×23.2÷1000=2011.21Kg/h VH20=2011.21÷18×22.4=2502.84NM3/h ③、湿空气标准体积 V=67201.69+2502.84=69704.53NM3/h (3) 、风机选择计算 A、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 气压 89.17KPa 调整系数:(273+30)÷273}×{ { (101.325)÷(89.17-1.5) }=1.283 3 3 V 操作=69704.53×1.283=89430.91M /h÷60=1490.52M /min 取风机富余 20%(包含部分冷激空气量) 1490.52×1.2=1788.62M3/min,取 1800 M3/min,△P=43KPa, 采用蒸汽透平驱动,蒸汽参数为:P=3.43Mpa,T=435℃,背压 0.6 Mpa 11、干燥气体物料计算 进 干 燥 塔 气 体 69704.53NM3/h , 其 中 干 空 气 67201.69 NM3/h , 带 入 水 份 2011.21Kg/h; 出 干 燥 塔 干 空 气 带 出 水 份 0.1g/ NM3, 合 67201.69 × 0.1 ÷ 1000=6.72Kg/h ÷ 18=0.373Kmol/h 干燥塔脱出水份:2011.21-6.72=2004.49Kg/h÷18=111.36Kmol/h 干空气中:O2=67201.69×21%=14112.35 NM3/h N2=67201.69-14112.35=53089.34 NM3/h

15、液体流量及组成计算
1、计算依据
51

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

(1) 酸泵扬程 38 米, 、 干燥进塔酸温 60℃, 一吸进塔酸温 60℃, 二吸进塔酸温 60℃; (2) 、一吸和干燥循环酸槽内酸温按 84℃计,二吸循环酸槽内酸温按 70℃计; (3) 、循环酸流程用三台酸泵,三台酸冷器,两台循环酸槽(干燥和一吸收循环酸 槽共用一格槽, 二吸循环酸槽为单独的一格)一吸吸收率 99.99%, , 二吸总吸收率 99.99%。 2、一吸塔计算: (1) 、一吸塔进塔酸量 Q=400M3/h,T=60℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 8 页,ρ =1.7978× 1000Kg/M3,以下查表 W=400×1.7978×1000=719120Kg/h 其中:H2SO4=719120×98%=704737.6Kg/h H2O=719120-704737.6=14382.4 Kg/h (2) 、一吸塔吸收 SO3 量及产酸量 3 6742.41NM /h=301.00Kmol/h=301.00×80=24080.04 Kg/h 产酸量:301.00×98=29498Kg/h(100% H2SO4) (3) 、一吸塔出塔酸浓 (704737.6+29498)÷(719120+24080.04)=98.79% H2SO4 3、干燥塔 (1) 、干燥塔进塔酸量 Q=360M3/h,T=60℃,ρ =1.7978×1000Kg/M3, W=360×1.7978×1000=647208Kg/h 其中:H2SO4647208×98%=634263.84Kg/h H2O=647208-634263.84 =12944.16 Kg/h (2) 、吸收水量:2004.49 Kg/h (3) 、干燥塔出塔酸浓 634263.84÷(647208+2004.49)=97.70% H2SO4 4、二吸塔 (1) 、二吸塔进塔酸量 Q=360M3/h,T=60℃,ρ =1.7978×1000Kg/M3, W=360×1.7978×1000=647208Kg/h 其中:H2SO4=647208×98%=634263.84 Kg/h H2O=647208-634263.84=12944.16Kg/h (2) 、二吸塔吸收 SO3 量及产酸量 400.83NM3/h=17.89Kmol/h=17.89×80=1431.2Kg/h 产酸量:17.89 Kmol/h×98=1753.22 Kg/h(100% H2SO4) 总产酸量:29498+1753.22=31251.22 Kg/h(100% H2SO4) 总加水量: (301.00+17.89)×18=5740.02 Kg/h 其中干燥塔脱水:2004.49 Kg/h 加入工艺水量:5740.02-2004.49=3735.53 Kg/h (3) 、二吸塔出塔酸浓 (634263.84+1753.22)÷(647208+1431.2)=98.05% H2SO4

52

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

98%硫酸 647208 Kg/h

干燥塔
H2O 2004.49Kg/h

97.69%硫酸 649212.49Kg/h

98%硫酸 719120 Kg/h

一吸塔
SO3 24080.4 Kg/h 98%硫酸 647208Kg/h

98.80%硫酸 743200.4Kg/h

二吸塔
SO3 1431.2 Kg/h

98.05%硫酸 648639.2Kg/h

一吸来 98.80%硫酸 743200Kg/h

去一吸 98%硫酸 719120 Kg/h

二吸来 98.05%硫酸 648639.2Kg/h 干燥来 97.69%硫酸 649212.49Kg/h

去二吸 98%硫酸 647208Kg/h

循环槽

去干燥 98%硫酸 647208 Kg/h

加水 H2O

3735.53Kg/h

产品 98%硫酸 31251.22 Kg/h

∑进= 2044787.22 Kg/h

∑出= 2044787.22

Kg/h

16、气体热量衡算
1、焚硫炉出口炉气温度计算 (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 T=120℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 39 页,Cp=28.966J/mol.K 水汽 T=120℃,Cp=33.254J/mol.K 则 q1=67201.69÷22.4×28.966×(273+120)+0.373×33.254×(273+120)
53

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

=34156647.53KJ/h ②、液体硫磺带入热 q2: 硫磺单耗:332Kg/T 酸,T=135℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 62 页,Cp=1.03KJ/Kg.K q2=31.2×332×1.03×(135+273)=4353014 KJ/h ③、液体硫磺燃烧热 q3: 查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 67 页,△H=9282KJ/Kg q3=31.2×332×9282=96146668.8KJ/h Q 入= q1+q2+q3=34156647.53+4353014+96146668.8=134656330.33KJ/h (2) 、出热 Q 出 ①、炉气带出热 q1、 设焚硫炉出口炉气炉气出口温度为 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/mol.K , CpN2=31.38J/mol.K q1 、 =(313.41×50.64+6.40×74.15+307.01×33.04+2406.15×31.38)×(273+ T)=101994.24×(273+T) 、 ②、水蒸汽带出热 q2 设焚硫炉出口炉气炉气出口温度为 1050℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇 第 39 页,CpH20=38.48J/mol.K q2、=38.48×0.373×(273+T)=14.35(273+T) Q 出= q1、+q2、=(101994.24+14.35) (273+T) Q 入= Q 出,即 134656330.33=(101994.24+14.35) (273+T) T=1047.05℃,取 1047℃ 2、余热锅炉移走热量 (1) 、炉气带入热 Q 入= 134656330.33KJ/h (2) 、出口气体带出热 Q 出: 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,CpSO3=62.72J/mol.K,CpO2=30.90 J/mol.K,CpN2=29.64J/mol.K Q 出=(313.41×45.59+6.40×62.72+307.01×30.90+2406.15×29.64)×(273+ 400)=64267909.48KJ/h △Q= Q 入-Q 出=134656330.33-64267909.48=70388420.85KJ/h 3、一段高温过热器移走热量: (1) 、炉气带入热 Q 入: 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,CpSO3=67.62J/mol.K,CpO2=31.65 J/mol.K,CpN2=30.23J/mol.K Q 入=(119.10×47.48+200.71×67.62+209.86×31.65+2406.15×30.23)×(273+ 600)=86083790.26 KJ/h (2) 、高温过热器出口气体带出热 Q 出: 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,CpSO3=63.81J/mol.K,CpO2=31.05 J/mol.K,CpN2=29.76J/mol.K Q 出=(119.10×45.98+200.71×63.81+209.86×31.05+2406.15×29.76)×(273 +440)=68737977.17KJ/h △Q= Q 入-Q 出=86083790.26-68737977.17=17345813.09 KJ/h 4、三段出口空气预热器移走热量 (1) 、热气体带入热 Q 入:
54

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

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, SO2=43.76J/mol.K, SO3=57.97J/mol.K, O2=30.2 J/mol.K, N2=29.15J/mol.K Cp Cp Cp Cp Q 入 =(43.76 × 18.80 + 57.97 × 301.00 + 30.2 × 159.71 + 29.15 × 2406.15) × (273 + 240)=47829130.49 KJ/h (2) 、热气体带出热 Q 出: 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 39 页, SO2=43.15J/mol.K, SO3=55.45J/mol.K, O2=29.89 J/mol.K, N2=28.91J/mol.K Cp Cp Cp Cp Q 出 =(43.15×18.80+55.45×301.00+29.89×159.71+28.91×2406.15) ×(273+ 170)=40683878.89KJ/h △ Q= Q 入-Q 出=47829130.49-40683878.89=7145251.6KJ/h 5、空气预热器空气升温计算 (1) 、冷气体带入热 Q 入: 3 ①、干空气带入热:干空气量 67201.69NM /h,合 3000.08Kmol/h 冷空气进口 T=58℃,58℃时,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 39 页,Cp 空气 =28.75J/mol.K Q 空气入=28.75×3000.08×(273+58)=28549511.3 KJ/h ②、水分带入热:水分量 6.71Kg/h,合 0.373Kmol/h,水分进口 T=58℃,58℃时,查 《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 39 页,Cp 水分=32.84J/mol.K Q 水分入=0.373×32.84×(273+58)=4054.52 KJ/h Q 入= Q 空气入+Q 水分入=28549511.3+4054.52=28553565.82 KJ/h (2) 、冷气体带出热 Q 出: 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.K Q 空气出=28.97×3000.08×(273+T)=86912.32(273+T) KJ/h Q 水分出=0.373×33.25×(273+T)=12.40(273+T) KJ/h Q 出= Q 空气出+Q 水分出=86912.32(273+T)+12.40(273+T)=86924.72(273+T) KJ/h △Q= Q 出-Q 入=86924.72(273+T)-28553565.82=7145251.6 KJ/h 解得: T=137.7℃ 6、四段出口省煤器移走热量 (1) 、气体带入热 Q 入: 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 39 页, SO2=45.99J/mol.K, SO3=63.86J/mol.K, O2=31.06 J/mol.K, N2=29.77J/mol.K Cp Cp Cp Cp Q 入 =(45.99 × 2.19 + 63.86 × 16.64 + 31.06 × 151.41 + 29.77 × 2406.15) × (273 + 441)=55333019.01KJ/h (2) 、气体带出热 Q 出: 省煤器出口气体温度为 430℃,430℃时,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 39 页, SO2=45.88J/mol.K,CpSO3=63.54J/mol.K, O2=31.01 J/mol.K, N2=29.73J/mol.K Cp Cp Cp Q 出 =(45.88 × 2.19 + 63.54 × 16.64 + 31.01 × 151.41 + 29.73 × 2406.15) × (273 + 430)=54403658.20KJ/h △ Q= Q 入-Q 出=55333019.01-54403658.20=929360.81KJ/h 7、五段出口低温过热器和省煤器回收热量 (1) 、气体带入热 Q 入: 设五段出口气体温度为 432℃,432℃时,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 39 页, SO2=45.91J/mol.K, SO3=63.62J/mol.K, O2=31.03 J/mol.K, N2=29.74J/mol.K Cp Cp Cp Cp
55

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

Q 入 =(45.91×0.94+63.62×17.89+31.03×150.78+29.74×2406.15) ×(273+ 432)=54580339.31 KJ/h (2) 、气体带出热 Q 出: 设省煤器出口气体温度为 160℃,160℃时,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇 第 39 页 , CpSO2=43.03J/mol.K , CpSO3=55.07J/mol.K , CpO2=29.85 J/mol.K , CpN2=28.88J/mol.K Q 出 =(43.03 × 0.94 + 55.07 × 17.89 + 29.85 × 150.78 + 28.88 × 2406.15) × (273 + 160)=32481946.19KJ/h △Q= Q 入-Q 出=54580339.31-32481946.19=22098393.12KJ/h 8、转化器各段触媒层计算 (1) 、钒触媒用量 采用国产钒触媒,用量按 300L/t.d 钒触媒总用量=300×24×31.2÷1000=224.64M3 (2) 各段转化率及钒触媒用量比例 、 项 目 一段 二段 三段 四段 五段 各段总转化率(%) 62 84 94 99.3 99.7 钒触媒用量比例(%) 15.8 18.2 23.7 21.1 21.1 (3) 、各段触媒层出口气体温度计算 查《硫酸工艺设计手册》第 276 页,当炉气 SO2=10.5%时, λ =(278+303)÷2=290.5 ①、转化一段出口气体温度:入口温度 T 入=420℃,一段转化率 62% T 出=420+290.5×62%=600℃ ②、转化二段出口气体温度:入口温度 T 入=442℃,二段总转化率 84% T 出=442+290.5×(84-62%)=506℃ ③、转化三段出口气体温度:入口温度 T 入=430℃,三段总转化率 94% T 出=430+290.5×(94-84%)=459℃ ④、转化四段出口气体温度:入口温度 T 入=425℃,三段总转化率 99.3% T 出=425+290.5×(99.3-94%)=440℃ ⑤、转化五段出口气体温度:入口温度 T 入=430℃,三段总转化率 99.7% 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部表 项目 一段 二段 三段 四段 五段 备注 总转化率(%) 62 84 94 99.3 99.7 钒触媒用量比例 15.8 18.3 23.7 21.1 21.1 (%) ∑ =224.64 3 钒触媒用量(M ) 35.49 41.11 53.24 47.40 47.40 M3 , 用 量 = 比例乘总量 S107,9.57 钒触媒型号 S101 S101 S107 S107 S101, 18.87 气体入口温度(℃) 420 442 430 425 430 气体出口温度(℃) 600 506 459 440 432 △T=290 气体温升△T(℃) 180 64 29 15 2 (℃)
56

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

钒触媒层阻力降 P(KPa)

2.5

2.5

2.5

2.0

2.0

△P=11.5 (KPa)

附表二:气体各主要点温度、压力及组成 序号 气体各主要点 温度(℃) 压力(KPa) 备注 1 透平风机进口空气 30 -1.0 2 透平风机出口空气 58 40 3 干燥塔进口空气 58 39.5 4 干燥塔出口干空气 60 36 5 焚硫炉出口炉气 1050 33.5 6 余热锅炉出口炉气 400 30.5 7 余热锅炉热副线炉气 1000 33 8 转化器一段进口炉气 420 30 9 转化器一段出口炉气 600 27.5 10 转化器二段进口炉气 442 26.5 11 转化器二段出口炉气 506 24 12 转化器三段进口炉气 430 23.5 13 转化器三段出口炉气 459 21 14 1#冷热交换器出口 351 20.5 15 2#冷热交换器出口 (管内) 240 20 16 一吸塔入口炉气 170 19.5 17 一吸塔出口炉气 70 14.5 18 2#冷热交换器出口 (管间) 215 13.5 19 1#冷热交换器出口 (管间) 330 13 20 转化器四段进口炉气 425 12.5 21 转化器四段出口炉气 440 10.5 22 转化器五段进口炉气 430 10 23 转化器五段出口炉气 432 8 24 低温过热器出口炉气 380 7 25 五段出口省煤器出口炉气 160 6 26 二吸塔进口炉气 160 5.5 27 二吸塔出口炉气 65 1 28 尾气塔出口 65 0.1 说明: 1、转化气体温升△T=290(℃) ; 2、转化一、二、三段触媒层阻力△P=7.5(KPa),四、五段△P=4(KPa); 3、二吸塔入口气体温度美国孟山都公司为 136℃,本设计取 160℃; 4、吸收塔内阻力 2. 5KPa ,纤维除雾器 2. 5-3 KPa

17、循环酸温计算
1、干燥塔酸温计算 (1) 、入热: ①、进塔酸带入热:进塔酸温 60℃,进塔酸量 98%H2SO4 647208Kg/h,
57

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 41 页,60℃时,I 酸=89.2KJ/ Kg Q1=647208×89.2=57730953.6KJ/ h ②、空气带入热:进塔空气 58℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 42 页, 并经过计算 N2、O2 组成的混合气体空气,得 I 空气=1.675 KJ/mol Q2=67201.69÷22.4×1.675×1000=5025126 KJ/ h ③、 水汽带入热: 进塔空气 58,《硫酸工艺设计手册》 查 物化数据篇第 42 页,H2O=1.92 I KJ/mol Q3=1.92×(2502.84÷22.4)×1000=214529.1KJ/ h ④、水汽凝结热: 查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 45 页表 3,58℃时,I=2362.8 KJ/Kg Q4=2004.49×2362.8=4736209KJ/ h ⑤、硫酸和水的稀释热: H2SO4:98%——97.69% Q2-Q1= (17860×n2) (n2+1.7983) (17860×n1) (n1+1.7983) ×4.1863J/ { ÷ - ÷ } mol n1 为 98%的硫酸:n1={ (100-98)÷18}÷(98÷98)=0.1111 mol n2 为 97.75%的硫酸:n2={ (100-97.69)÷18}÷(97.69÷98)=0.1287mol Q2-Q1={ (17860×0.1287)÷(0.1287+1.7983)-(17860×0.1111)÷(0.1111 +1.7983) }×4.1863J/ mol=643 J/ mol Q5=643×{ (647208×98%)÷98}=4161547.44K J/ mol Q 入 = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5=57730953.6 + 5025126 + 214529.1 + 4736209 + 4161547.44=71868365.14 K J/ h (2) 、出热: ①、空气带出热: 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、O2 组成的混合气体空气,得 I 空气=1.732 KJ/mol Q1=67201.69÷22.4×1.732×1000=5396130.67KJ/ h ②、空气中水汽带出热: 出塔空气 60℃,查《硫酸工艺设计手册》物化数据篇第 42 页,IH2O=1.986KJ/mol Q2=1.986×(6.72÷18)×1000=741.44KJ/ h ③、硫酸带出热: 设硫酸热焓为 X,硫酸量 649212.49 Kg/ h Q3=649212.49X Q 出= Q1+Q2+Q3=5396130.67+741.44+649212.49X Q 入= Q 出,即 71868365.14 = 5396130.67+741.44+649212.49X X=102.4 KJ/mol 查 《硫酸工艺设计手册》 物化数据篇第 41 页, 97.69% H2SO4, 60℃时,H2SO4=89.44KJ/ I Kg;80℃时,IH2SO4=121.24KJ/ Kg T=60+20÷(121.24-89.44)×(102.4-89.44)=68.15℃≈68℃ △T=68-60=8℃ 2、一吸塔出塔酸温 (1) 、入热: ①、气体带入热:T=170℃,查表得:ISO2=7.63,ISO3=9.51,IO2=5.09,IN2=4.92 Q1= ( 7.63 × 18.80 + 9.51 × 301.00 + 5.09 × 159.71 + 4.92 × 2406.15 ) × 1000=15657135.9 KJ/h
58

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

②、硫酸带入热: T=60℃,查表得:IH2SO4=89.2KJ/Kg Q2=719120×89.2=64145504 KJ ③、吸收热: SO2 和 HO2 的混合热,混合后的浓度为 98.80% H2SO4 查表 P46 页表 5 得:80℃的 98% H2SO4 的混合热为 105.1KJ/mol,80℃的 99.3% H2SO4 的混合热为 102.1KJ/mol 则 98.80% H2SO4 的混合热=105.1-(105.1-102.2)÷1.3×0.80=103.32% KJ/mol Q3=301.00×103.32×1000=31099320 KJ/h Q 入= Q1+Q2+Q3=15657135.9+64145504+31099320 =110901959.9 KJ /h (2) 、出热: ①、 气体带出热: T=70℃, 插入法查表得: SO2=2.96,ISO3=3.70, O2=2.07,IN2=2.01 I I Q1= (2.96×18.80+3.70×0.030+2.07×159.71+2.01×2406.15) ×1000=5222720.2 KJ /h ②、硫酸带出热: 设出塔硫酸热焓为 X,硫酸量 743200.4 Kg/ h 98.80% H2SO4 Q2=743200.4X Q 出= Q1+Q2=5222720.2+743200.4X Q 入= Q 出,即 110901959.9 =5222720.2+743200.4X X=142.2 KJ/Kg 查表 P41 页,得 98% H2SO4 80℃ 121 KJ/Kg 100℃ 154.1 KJ/Kg 99% H2SO4 80℃ 118.9 KJ/Kg 100℃ 151.6KJ/Kg 插入法:98.80% H2SO4 80℃得 121-(121-118.9)÷(99-98)×0.80=119.32 98.80% H2SO4 100℃得 154.1-(154.1-151.6)÷(99-98)×0.80=152.1 T=80+20÷(152.1-119.32) ×(142.2-119.32)=94.0℃,取 94℃ 即:一吸塔出口酸温为 94℃ 3、二吸塔出口酸温计算 (1) 、入热: ①、气体带入热:T=160℃,查表得:ISO2=6.912,ISO3=8.544,IO2=4.787,IN2=4.678 Q1= ( 6.912 × 0.94 + 8.544 × 17.89 + 4.787 × 150.78 + 4.678 × 2406.15 ) × 1000=12137103KJ/h ②、硫酸带入热: T=60℃,查表得:IH2SO4=89.2KJ/Kg Q2=647208×89.2=57730953.6KJ/h ③、吸收热: SO2 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 的混合热为 101.3KJ/mol 则 70℃的 98% H2SO4 的混合热=(105.1+101.3)÷2=103.2 KJ/mol Q3=17.89×103.2×1000=1846248 KJ/h Q 入= Q1+Q2+Q3=12137103+57730953.6+1846248 =71714304.6 KJ /h (2) 、出热: ①、气体带出热:T=65℃,插入法查表得:ISO2=2.75 KJ/mol,ISO3=3.432 KJ/mol, IO2=1.9 KJ/mol,IN2=1.87 KJ/mol Q1= (2.75×0.94+3.432×0.0018+1.9×150.78+1.87×2406.15) ×1000=4788573.7
59

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

KJ/h ②、硫酸带出热: 设出塔硫酸热焓为 X,硫酸量 648639.2Kg/ h 98.05% H2SO4 Q2=648639.2X Q 出= Q1+Q2=4788573.7+648639.2X Q 入= Q 出,即 71714304.6=4788573.7+648639.2X X=103.2 KJ/Kg 查表 P41 页,得 98% H2SO4 60℃ 89.2 KJ/Kg 80℃ 121 KJ/Kg 99% H2SO4 60℃ 87.9 KJ/Kg 80℃ 118.9KJ/Kg 插入法:98.05% H2SO4 80℃得 121-(121-118.9)÷(99-98)×0.05=120.9 98.05% H2SO4 60℃得 89.2-(89.2-87.9)÷(99-98)×0.05=89.1 98.05% H2SO4 60℃ 89.1 KJ/Kg 80℃ 120.9KJ/Kg T=60+20÷(120.9-89.1) ×(102.7-89.1)=68.5℃,取 69℃ 即:二吸塔出塔酸温为 69℃

18、主要设备核算
1、焚硫炉: ①、按燃烧强度核算:设焚硫炉的容积为 Xm3 取△H=9282KJ/Kg,硫磺单耗 332Kg/T100% H2SO4 ,小时产酸 31.2 吨 Q 放=31.2×332×9282=96146668.8 KJ/h (96146668.8÷100)÷X≤150000×0.04186 X≥153,取焚硫炉的容积为 153×1.1=168 m3(放 10%的富余) ②、如果按照体积强度计算:168/31.2=5.4>5 m3/h.T,可行。 2、转化器: ①、按标方流速核算:设转化器的直径为 X 米 一段入口气速:67938.51NM3/h÷3600=18.87 m3/s 18.87÷{3.14×(X÷2)2}≤0.4 m/s X≥7.75 米,取转化器的直径为 7.75×1.06=8.2 米(考虑放大 6%的余量) ②、各段触媒层高度: 一段 35.49M3 H=669mm 3 二段 41.11M H= 775mm 3 三段 53.24M H=1004mm 3 四段 47.40M H=894mm 3 五段 47.40M H=894mm 3 合计 ∑=225 M ∑H=4236 mm 3、第一吸收塔: 气体状态:进口 64638.94NM3/h 170℃ 19.7KPa 3 出口 57897.2 NM /h 70℃ 17.5 KPa(不含除雾器) 平均 61268.07 NM3/h 120℃ 18.5 KPa ① 、 一吸塔的直径计算: 操作气速: { V= (273+120) ÷273} {101.3÷ × (89.17+18.5) ×61268.07 } 3 ÷3600=23.05 m /s 设一吸塔的直径为 X 米
60

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

空塔气速:W= 23.05÷{3.14×(X÷2)2}≤1.2 m/s(可取 0.8-1.5 m/s 之间) X≥4.95 米,取一吸塔的直径为 4.95×1.08=5.3 米(考虑放大 8%的余量) ② 、 一吸塔纤维除雾器的计算: 操作气速: V 操作= (273+70) { ÷273} {101.3÷ × (89.17+16.0) ×57897.2 } 3 ÷3600=19.46 m /s 空塔气速:W= 19.46÷{5.32×0.785}=0.88 m/s,0.8<0.88<1.5 m/s (可取 0.8-1.5 m/s 之间),可行。 4、第二吸收塔: 气体状态:进口 57697.12 NM3/h 160℃ 5.5KPa 3 出口 57296.33 NM /h 65℃ 3.5 KPa(不含除雾器) 平均 57496.73 NM3/h 112.5℃ 4.5 KPa ①、二吸塔的直径计算: 操作气速: { V= (273+112.5) ÷273} {101.3÷ × (89.17+4.5) ×57496.73 } 3 ÷3600=24.39 m /s 设二吸塔的直径为 X 米 空塔气速:W= 24.39÷{3.14×(X÷2)2}≤1.2 m/s(可取 0.8-1.5 m/s 之间) X≥5.09 米,取二吸塔的直径为 5.09×1.05=5.3 米(考虑放大 5%的余量) ② 、二吸塔纤维除雾器的计算: 操作气速: V 操作= (273+65) { ÷273} {101.3÷ × (89.17+3) ×57296.33 } 3 ÷3600=21.66 m /s 空塔气速:W= 21.66÷{5.32×0.785}=0.98m/s,0.8<0.98<1.5 m/s (可取 0.8-1.5 m/s 之间),可行。 5、干燥塔: 气体状态:进口 69704.53NM3/h 58℃ 39.5KPa 出口 67201.69NM3/h 60℃ 37.5 KPa(不含除雾器) 3 平均 68453 NM /h 59℃ 38.5 KPa ①、二吸塔的直径计算: 操作气速:V={ (273+59)÷273}×{101.3÷(89.17+38.5) }×68453 3 ÷3600=18.35 m /s 设干燥塔的直径为 X 米 空塔气速:W= 18.35÷{3.14×(X÷2)2}≤1.2 m/s(可取 0.8-1.5 m/s 之间) X≥4.4 米,取干燥塔的直径为 4.4×1.2=5.3 米(考虑放大 20%的余量) ②、干燥塔丝网除沫器的计算: 操作气速: V 操作= (273+60) { ÷273} {101.3÷ × (89.17+37.5) ×67201.69 } 3 ÷3600=18.21 m /s 设干燥塔丝网除沫器直径为 X 米 空塔气速:W= 18.21÷{X2×0.785}≤3.5m/s X≥2.57 米,取干燥塔网除沫器直径为 2.8 米(适当放大) 6、干吸塔填料层高度计算 5.3×1.2=6.4 米(可取 0.6-1.4) ; 选用φ 76 的大开孔瓷质异鞍型填料。 7、干燥塔循环酸泵 设干燥酸泵流量为 X m3/h,扬程 H=38 米, X÷(3.14×2.652)≥16 m3/h. m2(喷淋密度可取 15-20 m3/h. m2)
61

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

X≥353m3/h,取干燥循环酸泵流量为 360 m3/h(考虑适当放大) 8、一吸塔循环酸泵 设一吸塔循环酸泵流量为 X m3/h,杨程 H=38 米, X÷(3.14×2.652)≥18 m3/h. m2(喷淋密度可取 15-20 m3/h. m2) X≥397m3/h,取一吸循环酸泵流量为 400m3/h(考虑适当放大) 9、二吸塔循环酸泵 设二吸塔循环酸泵流量为 X m3/h,杨程 H=38 米, X÷(3.14×2.62)≥16 m3/h. m2(喷淋密度可取 15-20 m3/h. m2) X≥353m3/h,取二吸循环酸泵流量为 360 m3/h(考虑适当放大) 10、干燥酸冷却器 ①、干燥酸冷却器换热面积:选用阳极保护管壳式酸冷却器 进出酸冷却器硫酸量:98% H2SO4 647208Kg/h, 进出酸冷却器硫酸温度:T 进=84℃ T 出=60℃, 查 《硫酸工艺设计手册》 物化数据篇 P41 页, 98% H2SO4 84℃时, p=127.6KJ/ C Kg,98% H2SO4 60℃时,Cp=89.2KJ/ Kg △Q=Q 进-Q 出= 647208×127.6-647208×89.2=24852787KJ/ h 酸侧:84℃————60℃ 水侧:40℃————30℃ △T={ (84-40)+(60-30) }÷2=37℃ 2 总传热系数取:K=500KCal/ M .h.℃ F=△Q÷(△TK)=(24852787÷4.186) ÷(37×500)=321M2 ②、Q=353 m3/h,T=84℃,W=647208 Kg/h, 酸侧:入口 W=647208 Kg/h,T 入=84℃ 出口 W=647208Kg/h,T 出=60℃,△T 酸=24℃,△P≤0.1Mpa 水侧:入口 T 入=40℃ 出口 T 出=30℃,△T 水=10℃,△P≤0.1Mpa 11、一吸酸冷却器 ①、一吸酸冷却器换热面积:选用阳极保护管壳式酸冷却器 进出酸冷却器硫酸量:98% H2SO4 719120Kg/h, 进出酸冷却器硫酸温度:T 进=84℃ T 出=60℃, 查 《硫酸工艺设计手册》 物化数据篇 P41 页, 98% H2SO4 84℃时, p=127.6KJ/ C Kg,98% H2SO4 60℃时,Cp=89.2KJ/ Kg △Q=Q 进-Q 出= 719120×127.6-719120×89.2=27614208 KJ/ h 酸侧:84℃————60℃ 水侧:40℃————30℃ △T={ (84-40)+(60-30) }÷2=37℃ 2 总传热系数取:K=500KCal/ M .h.℃ F=△Q÷(△TK)=(27614208÷4.186) ÷(37×500)=357M2 ②、Q=387 m3/h,T=84℃,W=712840 Kg/h 酸侧:入口 W=719120 Kg/h,T 入=84℃ 出口 W=719120 Kg/h,T 出=60℃,△T 酸=24℃,△P≤0.1Mpa 水侧:入口 T 入=40℃ 出口 T 出=30℃,△T 水=10℃,△P≤0.1Mpa 12、二吸酸冷却器 ①、二吸酸冷却器换热面积:选用阳极保护管壳式酸冷却器
62

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

进出酸冷却器硫酸量:98% H2SO4 647208Kg/h, 进出酸冷却器硫酸温度:T 进=70℃ T 出=60℃, 查 《硫酸工艺设计手册》 物化数据篇 P41 页, 98% H2SO4 70℃时, p=105.1KJ/ C Kg,98% H2SO4 60℃时,Cp=89.2KJ/ Kg △Q=Q 进-Q 出=647208×105.1-647208×89.2=10290607KJ/ h 酸侧:70℃————60℃ 水侧:40℃————30℃ △T={ (70-40)+(60-30) }÷2=30℃ 2 总传热系数取:K=500KCal/ M .h.℃ F=△Q÷(△TK)=(10290607÷4.186) ÷(30×500)=164M2 ②、Q=353 m3/h,T=70℃,W=647208Kg/h 酸侧:入口 W=647208Kg/h,T 入=70℃ 出口 W=647208Kg/h,T 出=60℃,△T 酸=10℃,△P≤0.1Mpa 水侧:入口 T 入=40℃ 出口 T 出=30℃,△T 水=10℃,△P≤0.1Mpa 13、热热换热器换热面积核算 ①、换热气体: 热气体:转化二段出口即三段入口炉气:65060.16NM3/h, T 入=506℃,T 出=430℃,△T=76℃ 冷气体:转化四段入口即从一吸塔来炉气:57897.2NM3/h, T 入=330℃,T 出=425℃,△T=95℃ ②、换热量:按照二出三入气体计算 T 入=506℃气体热容查《硫酸工艺设计手册》第 39 页,取 500℃值 CpSO2=46.56 KJ/Kmol.K,CpSO3=65.44KJ/Kmol.K,CpO2=31.28KJ/Kmol.K , CpN2=29.94KJ/Kmol.K Q 入=(56.41×46.56+263.39×65.44+178.52×31.28+2406.15×29.94)×(273 +506)=75942316.8KJ/h T 出 =430 ℃ 气 体 热 容 插 入 法 查 《 硫 酸 工 艺 设 计 手 册 》 第 39 页 , CpSO2=45.89KJ/Kmol.K , CpSO3=63.54KJ/Kmol.K , CpO2=31.01KJ/Kmol.K , CpN2=29.73KJ/Kmol.K Q 出=(56.41×45.89+263.39×63.54+178.52×31.01+2406.15×29.73)×(273 +430)=67765825.7KJ/h △Q= Q 入-Q 出=75942316.8-67765825.7=8176491.1 KJ/h ③、四入气体进口温度核算: 四入气体 T 入=425℃时,取 425℃时的 Cp 值 T 入 =430 ℃ 气 体 热 容 插 入 法 查 《 硫 酸 工 艺 设 计 手 册 》 第 39 页 , CpSO2=45.89KJ/Kmol.K , CpSO3=63.54KJ/Kmol.K , CpO2=31.01KJ/Kmol.K , CpN2=29.73KJ/Kmol.K Q 出=(18.80×45.89+0.030×63.54+159.71×31.01+2406.15×29.73)×(273 +425)=53991755.2KJ/h 根据经验,热热交换器管间冷气体进口温度 T 入=330℃,气体热容插入法查《硫 酸 工 艺 设 计 手 册 》 第 39 页 , CpSO2=44.89KJ/Kmol.K , CpSO3=60.82KJ/Kmol.K , CpO2=30.61KJ/Kmol.K,CpN2=29.44KJ/Kmol.K 设热热交换器管间冷气体进口温度为 T,则 Q 入=(18.80×44.89+0.030×60.82+159.71×30.61+2406.15×29.44)×(273
63

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

+T)KJ/h=19338516.3+70837.1T(KJ/h) 因为,△Q=Q 出-Q 入=53991755.2-(19338516.3+70837.1T)=8176491.1KJ/h 解之得:T=373.8℃,热热交换器管间冷气体进口温度调整到 374℃ ④、热热换热器换热面积核算 506℃——————430℃ 425℃——————325℃ △T=81℃ △T=105℃ F=Q÷(K×△T) △Tm=(105-81)÷Ln105/81=92.5℃ K 值取 80KJ/m2.h.℃ F=8176491.1÷(80×92.5)=1105m2,取 1105×1.2=1326 m2(考虑放大 20% 的余量) 核算 K 值:K= Q÷(F×△Tm)= 8176491.1÷(1326×92.5)=66.7 KJ/m2.h.℃< 80KJ/m2.h.℃,可行。 13、冷热换热器换热面积核算 ①、换热气体: 3 热气体:转化三段出口炉气:64638.94NM /h,T 入=459℃, T 出=240℃,△T=219℃ 冷气体:热热换热器管间入口气体即从一吸塔来炉气:57897.2NM3/h,T 入 =70℃,T 出=330℃,△T=260℃ ②、换热量:按照三段出口气体计算 T=459℃————240℃ T 入=459℃气体热容查《硫酸工艺设计手册》第 39 页, CpSO2=46.16 KJ/Kmol.K, CpSO3=62.32KJ/Kmol.K,CpO2=31.12KJ/Kmol.K,CpN2=29.81KJ/Kmol.K Q 入=(18.80×46.16+301.00×62.32+159.71×31.12+2406.15×29.81)×(273 +459)=70508901KJ/h T 出 =240 ℃ 气 体 热 容 插 入 法 查 《 硫 酸 工 艺 设 计 手 册 》 第 39 页 , CpSO2=43.76KJ/Kmol.K , CpSO3=57.97KJ/Kmol.K , CpO2=30.2KJ/Kmol.K , CpN2=29.15KJ/Kmol.K Q 出=(18.80×43.76+301.00×57.97+159.71×30.2+2406.15×29.15)×(273+ 240)=47829130.5KJ/h △Q= Q 入-Q 出=70508901-47829130.5=22679770.5 KJ/h ③、冷热换热器传热面积核算: 459℃——————240℃ 330℃——————70℃ △T=129℃ △T=170℃ F=Q÷(K×△T) △Tm=(170-129)÷Ln170/129=148.55℃ K 值取 80KJ/m2.h.℃ F=22679770.5÷(80×148.55)=1908.4 m2,取 1908.4×1.2=2290.1m2 核算 K 值: Q÷(F×△Tm)= 22679770.5÷(2290.1×148.55)=66.7 KJ/m2.h.℃ K= <80KJ/m2.h.℃,可行。 14、液硫过滤机的选型: 液硫过滤机的主要规格和技术参数表 M2
64

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站

型号 WYB-YL-20 WYB-YL-30 WYB-YL-40 WYB-YL-50 WYB-YL-60 WYB-YL-70 WYB-YL-80 WYB-YL-90 WYB-YL-100

过滤面积(M2) 20 30 40 50 60 70 80 90 100

平均过滤流速 (T/h) 6 9 12 15 18 21 24 27 30

一个排渣周期 过滤量(T) 400-720 600-1080 800-1440 1000-1800 1200-2160 1400-2520 1600-2880 1800-3240 2000-3600

助滤剂的消耗 量 Kg/过滤周期 20-40 30-60 40-80 50-100 60-120 70-140 80-160 90-180 100-200

小时耗硫磺量:31.2 吨酸/小时×0.332 吨硫磺/吨酸=10.4 吨,考虑部分富余,选择 WYB-YL-50 型号,平均过滤流速 15(T/h)的液硫过滤机 2 台,达到一开一备。

19、管道直径核算
1、空气鼓风机到焚硫炉入口管道: V=67201.69 NM3/h=18.67 NM3/s,T=60℃,P=36KPa V 操作={ (273+60)÷273}×{101.3÷(89.17+36) }×18.67 3 =18.43M /s 设管道的直径为 X 米 18.43÷(0.785×X2)≤15(可取 15-20) X=1.25 米,取空气鼓风机到焚硫炉入口管道直径 1.4 米 2、余热锅炉出口到二吸塔出口管道: V=67938.51 NM3/h=18.87 NM3/s,T=425℃,P=30KPa V 操作={ (273+425)÷273}×{101.3÷(89.17+30) }×18.87 3 =41.01M /s 设管道的直径为 X 米 41.01÷(0.785×X2)≤20(可取 15-20) X=1.61 米,取余热锅炉出口到二吸塔出口管道直径 1.6 米

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的《硫酸工艺设 计手册之工艺计算篇》 ; [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《硫酸工艺 设计手册之物化数据篇》 ; [3]南化公司设计院一室供稿、南化公司研究院《硫酸工业》编辑部编印的《接触法硫酸 工艺设计常用参考资料选编之试用稿第三分册》 ; [4]汤桂华主编, 《化肥工学丛书、硫酸》 ,化学工业出版社出版发行。
65

北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站





衷心感谢学校能够给我们这次毕业设计的机会!由于老师们的悉心指导,我们学到 了很多知识,对文献和资料的查阅和解读利用能力有了进一步的提升,自己本身所学的 知识也得到了加深和巩固。通过本次毕业设计,使我们分析问题和解决问题的能力有了 较大的提高。同时也感谢和我一起进行毕业设计的同学们,他们在毕业设计中给予了我 帮助和鼓励,这同时也让我们有了进一步接触和交流的机会,同学之间的友情进一步得 到加强,团队合作有了进一步提高,而这对于我们这些走向工作岗位多年的人来讲无疑 是一个难得的机会。 特别感谢刘老师在本文的撰写期间给予的细心指导, 同时感谢所有给予帮助的老师 和同学,在这里请接受我最诚挚的谢意! !

66


相关文章:
25万吨硫磺制酸工艺设计
250Kt/a 硫磺制酸装置 工艺设计 设计者:xxx 学班号:xxx 级:xxxx 指导老师:xxx 2009 年 5 月 16 日 北京化工大学贵州科技工程职业学院函授站 毕业设计(论文...
年产20万吨硫磺制酸工艺设计
硫铁矿制酸工艺 51页 免费如要投诉违规内容,请到百度文库投诉中心;如要提出功能问题或意见建议,请点击此处进行反馈。 年产20万吨硫磺制酸工艺设计 隐藏>> 贵州大...
20万吨l硫磺制酸工艺设计
20万吨l硫磺制酸工艺设计_工学_高等教育_教育专区。硫磺制酸工艺设计200...xxxx 2009 年 1-2 月份 2009 年 3 月 1 日-25 日 209 年 3 月 28 ...
年产24.5万吨的硫磺制酸工艺设计
年产24.5万吨硫磺制酸工艺设计_化学_自然科学_专业资料。北京化工大学毕业设计...(C 2 表3 0.5 21.6 0.6 25.8 0.7 30.0 吸收酸的温升 ? t , ...
硫磺制酸工艺设计
济源职业技术学院 毕业设计(论文) (冶金化工系) 题专班姓学 目业级名号 年产 45 万吨硫磺制硫酸工艺设计 应用化工技术 指导教师 完成日期 济源职业技术学院毕业...
80万吨硫磺制酸工艺设计(邓小东)
80万吨硫磺制酸工艺设计(邓小东)_化学_自然科学_专业资料。800Kt/a 硫磺制酸...25 日 209 年 3 月 28 日 2009 年 4 月 1 日-5 月 15 日 2009 年...
年产30万吨硫磺制硫酸工艺设计
年产30万吨硫磺制硫酸工艺设计_电力/水利_工程科技_专业资料。第一章 1.1 物质的性质 1.1.1 硫磺的性质 综述 硫磺一般呈块状或粉末状, 浅黄色, 带杂质者...
10万吨年硫酸生产工艺设计(硫磺制酸熔硫工序毕业设计
21 II 荆楚理工学院毕业设计 10 万吨/年硫酸生产工艺设计(硫磺制酸熔硫工序) 摘要硫酸作为工业之母, 至今还发挥着重要作用。 采用硫磺制硫酸有利于保护环境建...
年产30万吨硫磺制酸工艺参数整定过程
年产30 万吨硫磺制酸工艺参数整定过程 1.1.1 设计规模 设计规模 30 万吨/年 1.1.2 产品及规格: 原料: 硫磺 规格: 含水:0.24% 灰分:0.72% 产品:98...
更多相关标签:
硫磺制酸工艺 | 硫磺制酸工艺流程 | 硫磺制酸工艺流程图 | 硫磺掺烧亚铁硫酸工艺 | 硫磺回收工艺 | 克劳斯硫磺回收工艺 | 硫磺生产工艺 | 硫磺回收工艺流程图 |