硫酸吸收塔设备初步设计

毕业设计

硫酸吸收塔设备初步设计

(重点设计:吸收塔)

系 部 生物与化工工程系 专业名称 班 级 姓 名 学 号 指导教师

摘要

硫酸是一种工农业生产必需的大宗化工基础原料，用途十分广泛。在冶金工业中可用于钢材酸洗、纺织工业中可用于棉纱漂染，染料行业用于染料中间体生产，化肥行业用于磷铵、过磷酸钙的生产，有机合成工业用于脱水剂与高分子组合物，无机工业用于制取金属硫酸盐，民用用于净水剂硫酸铝等。此外，还用于制药、农药、石油精炼、制革、人造纤维、国防军工等工业部门。硫酸生产方法有硫铁矿法、硫磺法、冶炼尾气法、石膏法等。由于硫酸是主要的基础化工原料，其发展程度是一个国家的工业、国民经济发达程度上的标志之一，各国对硫酸生产都比较重视。

此次毕业设计的主要研究对象为硫酸整个生产的基本原理和流程以及着重研究吸收工序中吸收塔的设计和材料的选择对于每一个生产方法的选择的原因和目的进行详细的剖析(如转化装置选用“3+2”五段转化工艺.选用浓度为98％的硫酸来做干燥剂和吸收剂，动力波进化工艺、等技术),从而加深对细节的把握和全局的整合.

关键词 : 硫酸、吸收塔、改造

Process Design of a 300㎏／a Sulfuric Acid

absorption tower

abstract

Sulfuric acid is a kind of industrial and agricultural production must base material, the commodity chemicals widely used. Can be used in metallurgy

industry, textile industry in steel pickling yarn dyeing can be used for dye intermediates, dye industry production, chemical fertilizer industry for the production of ammonium phosphate, calcium superphosphate, organic synthesis industry for dehydrating agents.it and polymer composition, inorganic industrial used in producing metal sulphate, civil for DTC vitriolic etc. In addition, also used in pharmaceutical, pesticide, oil refining, leather, synthetic fiber, national defense industry, etc. Sulfuric acid production methods have pyrite, sulfur, smelting exhaust, gypsum etc. The foundation is mainly because of sulfuric acid, the development degree of chemical raw materials of industry, is a national economic development level in one of the marks of sulfuric acid production, countries are seriously.

The main research object of graduation design for the production of sulfuric acid and basic principle and process of research on absorption process design and materials absorption tower of choice for each production method of choice for the purpose and detailed analysis (such as the transformation of \+ 2 conversion processes. Choose consists of sulphuric acid concentration of 98% for desiccant and absorbing wave evolution process, such as motivation, thus deepening) for technical details and global integration.

Keywords: Sulfuric acid, the absorption tower, transformation,

第一章 总 论

1.1 设计对象

1.1.1 设计规模

设计规模:15万吨/年 1.1.2 产品及规格:

原料: 硫铁矿 产品：98.3%的浓硫酸(98酸)

1.1.3 硫酸的性质及用途

硫酸纯品为无色油状透明油状液体,相对密度为1.83 g/cm3, 凝固点10.36。沸点(330±0.5)℃。98.3％的硫酸水溶液为恒沸混合物，沸点339℃,最低结晶温度为93.3%的硫酸,结晶温度为-38℃.工业品因含杂质而呈黄、棕等色。一种活泼的二元无机强酸,能与许多金属、金属氧化物或其他酸的盐类反应生成硫酸盐。浓硫酸具有强烈的脱水作用和氧化性。能使木材、纸张、棉麻织物等强烈脱水而炭化。与水混合反应激烈，放出大量热。用水稀释时应在不断搅拌下将硫酸缓缓注入水中，切勿将水注入酸中造成溅酸伤人。低于76％的硫酸与金属反应放出氢气。生产方法有接触法和硝化法。主要用于生产磷酸，磷肥，各种硫酸盐，二氧化钛(硫酸法)，洗涤剂，染料，药物，合成纤维等。也可用作搪瓷、金属的酸洗剂，有机合成的磺化剂和脱水剂，以及用于金属冶炼，石油精制和电子工业等。用工业硫酸在石英设备中蒸馏提纯，或以去离子水吸收三氧化硫制成纯品，再经微孔过滤膜进行超净过滤而得半导体及硫酸。超净高纯试剂。是半导体工业用量最大的化学品。一般和过氧化氢一起用于除去晶体上已完成屏蔽作用的光刻胶，或作腐蚀剂。还可用作电子产品的清洗剂和腐蚀剂。用纯净水吸收洁净三氧化硫气体制得蓄电池硫酸。也可用蒸馏法、吹出法对工业硫酸提纯制得。用作铅酸蓄电池中的电解液和电镀等。

1.2 工作日的制定和工作制度

硫酸厂采取一年大修一次，需要32天；一个季度中修一次，除去大修所处的季度，一年三个季度计算，合计9天；小修一月一次，一次48个小时，共计6天。则一年全厂运行318天。

工作制度：为五班三倒制。

第二部分 吸收塔工艺设计(重点设计部分)

2.1 吸收工序的生产基本原理

SO3是硫酸（H2SO4）的酸酐。因此，可以发生以下反应： 和水化合成硫酸：

SO3(l) + H2O(l) = H2SO4(l) (+88 kJ mol?1)

这个反应进行得非常迅速，而且是吸热反应。在大约~340℃以上时, 硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡浓度下共存。

下表为具体参数：

主要原理：利用98.3%的浓硫酸吸收SO3气体,通过对由下而上的SO3气体，由上而下的98.3%的浓硫酸进行流量控制，并在产品处实行2个部分的分离：1-成为产品，2-稀释至98.3%左右进行循环使用。

至此，一套浓硫酸吸收工艺的整个工作场所是吸收塔，所以，此次设计的核心部分为吸收塔设备的规格以及物料衡算。

此次设计的硫酸生产的成品规格为: 浓度=98.3%的硫酸。 吸收酸浓度的选择

为了达到理想的吸收效果和最大的经济效益,对于吸收酸的浓度的选择考虑有以下因素:

a. 吸收酸的浓度过高或过低都会产生相当量的酸雾,并与之成正比的是SO3的损失量.

b. 选择98.3%的硫酸的因素是能使其对SO3达到最完全.

而浓度过低和浓度高产生酸雾的细微差别在于酸雾产生的地点是在尾气筒处(低浓度-吸收过程中产生的酸雾)还是离开尾气筒一段时间(高浓度-尾气中的SO3与大气中的水蒸气结合而形成酸雾).

综合以上②点,吸收酸的浓度选择为98.3%为其最优选择. 2.1.1 吸收酸温度的选择

其它条件不变时,吸收酸温度升高,吸收率下降(由于酸自身的蒸发加剧,使液面上的蒸汽压明显增加).

吸收酸温度过低会造成:

1．传质效率要高 一般而言，规整填料的传质效率高于散装填料. 2．通量要大 在保证具有较高传质效率的前提下，应选择具有较高泛点气速或气相动能因子的填料.

3．填料层的压降要低.

4．填料抗污堵性能强，拆装、检修方便. 综合以上4点，此次设计吸收塔填料选择为：鲍耳环 材料选择为：陶瓷填料

规格选择为：38*38*4（径*高*厚mm） 填料形式：散装

陶瓷的性质稳定，具有很好的耐腐蚀性及耐热性，陶瓷填料价格便宜，具有很好的表面润湿性能，所以成为此次设计的填料材料的选择。

至于散装填料规格的选择：工业塔常用的散装填料主要有DN16、DN25、DN38、DN50、DN76等几种规格。同类填料，尺寸越小，分离效率越高，但阻力增加，通量减少，填料费用也增加很多。而大尺寸的填料应用于小直径塔中，又会产生液体分布不良及严重的壁流，使塔的分离效率降低。因此，对塔径与填料尺寸的比值要有一规定，一般塔径与填料公称直径的比值D/d应大于8，所以，此次设计的填料规格选择为：38*38*4（径*高*厚mm） 以上，即为吸收填料的的材质和规格的选择 2．2．3 吸收塔承压的选择

承压板在整个吸收塔系统中担当了一个承上启下的任务，因此，在设计过程中对于承压板的考虑主要集中在填料的重量承受，及耐酸耐温方面出发。所以，对其各项工艺指标的控制极为严格，需要很大的机械强度和耐酸性能,

此次设计选用的承压板为:镍基耐蚀合金(主要合金元素是铜、铬、钼).其具有良好的综合性能，符合此次设计的材料要求,所以,选择其作为承压板进行设计.

规格一般小于壳体,在其表面设计无数可供泻酸的通道,以保障物料的吸收效率和处理速度.

2.2.3 吸收塔的小部件的细节设计

其小部件包括:喷头,进出口连接件,及各个细微连接件等设施.

对于喷头而言,需要满足的要求为:足够大的输送物料的能力,以及最为严苛的耐酸标准.

所以,在选择其规格和材料是需注意其物料处理量和抗腐蚀能力.对于物料的处理量而言,需通过计算得出. 2.2.4 吸收塔结构的选择

关于吸收塔结构的选择部分,此次设计采用了效率优秀的双层设计,以加大其对SO3的吸收转化效率和降低对支撑板的条件.对外部表层还需使用专用油漆进行，以达到露天使用的要求。

3.1 计算

此次最主要的设计物料衡算部分，以下为该反应的主要原理：

SO3+H2O=H2SO4

设计的年产量为15万吨，即1.5×10㎏，全年的生产天数为318天，由此数据可知月产量为471698.11㎏，日产量为15723.27㎏，由此可以计算出每一个小时的生产量为665.14㎏，从而可以计算出设备的体积和处理能力。 设备的进口为：SO3 —原料进口 出口为: H2SO4—产品出口 循环物料出口

循环液: 98.3%的浓硫酸—来自出口高浓度的H2SO4稀释至98.3 %后循环使用。

整个系统可以表达为以下图示：

此图为整个吸收系统的循环简图，其进口和出口以及循环酸的路线为上图所示。 3.1.1 各个物料的具体计算部分

首先，通过对总的物料量进行恒算，可额定进口物料的流量15723.27㎏，则可以通过计算知道15723.27㎏。

假设15723.27㎏98.3%的H2SO4吸收了SO3后变成H2SO4·SO3再经过稀释成为98.3%的循环酸的质量可以通过下面的方法进行计算：

98.3%的浓硫酸可以看成是H2SO4·1/9H2O，因为此时H2SO4与H2O的质量比为98：2

要变成H2SO4·SO3的话，就相当于是98克H2SO4变成H2SO4·SO3，以及2克H2O变成H2SO4·SO3，那么它们的质量分别为：

98t/98×(98+80) = 178t 2t/18×(98+80) = 19.78t

8

所以可以生成H2SO4·SO3质量：178t+19.78t = 197.78t 则其中含的SO3质量为：197.78t×80/178 = 88.89t，这些SO3可以生成H2SO4

质量：88.89t/80×98 = 108.89t

所以H2SO4总质量：108.89t+(197.78t-88.89t) = 217.78t 则经过吸收的硫酸质量为：217.78t/98% = 222.22t

即1t98.3%的硫酸在吸收后又稀释，可以得到222.22t浓度为98.3%的浓硫酸

而通过计算，可以知道15723.27㎏硫酸可以得到的98.3%的硫酸为： 15723.27㎏/1000㎏=M/222.22 M=3494.03㎏ 即理解为一天的产品质量为3494.03㎏，而此次设计的循环酸的量为设计量为3494.03㎏×10%=349.40㎏。

接下来需要知道SO3的使用流量，其衡算方法如下：

SO3+H2O=H2SO4

96

98

M 3494.03-3494.03㎏×10%

从而得到： 96 / 98 = M / 3494.03㎏-3494.03㎏×10% M = 3080.45㎏

则可以知道一天的SO3的流量为：3080.45㎏/d

而循环酸的流量则为出口稀释（加水）的349.40㎏+原有循环酸量 总的出口酸的流量为3494.03㎏/d

SO3吸收率的计算公式为：

Y = 100 - c(1-0.015a)/(a-b)*100

式中：a-转化器进口气体中SO2的浓度，% B-吸收塔出口气体中的SO2的浓度，%

C-吸收塔出口气中SO3的浓度，% X-SO2的转化率，% y-SO3吸收率，%

通过该公式，可以计算出Y，即SO3的吸收率。

自己目前无法解决的问题:> :>

1, 1㎏98.3%的H2SO4可以吸收多少SO3?

2, 工厂中循环酸的量(因为其为动态总量守恒,所以其质量是一定的)? 3． 进口SO3的C值？ 4， 出口H2SO4的C值？

参考文献：[1] 郑广俭 张志华 无机化工生产技术 化工工业出版社2002年10：172-192

[2] 段林峰 张志宇 化工防腐与防护 化工工业出版社 2008年5 [3] 李相彪 于慧玲 宜宾职业技术学院内部教材 2009年8

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/51cw.html