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ProcessDesignofa300㎏／aSulfuricAcidabsorptiontowerabstractSulfuricacidisakindofindustrialandagriculturalproductionmustbasematerial,thecommoditychemicalswidelyused.Canbeusedinmetallurgyindustry,textileindustryinsteelpicklingyarndyeingcanbeusedfordyeintermediates,dyeindustryproduction,chemicalfertilizerindustryfortheproductionofammoniumphosphate,calciumsuperphosphate,organicsynthesisindustryfordehydratingagents.itandpolymercomposition,inorganicindustrialusedinproducingmetalsulphate,civilforDTCvitriolicetc.Inaddition,alsousedinpharmaceutical,pesticide,oilrefining,leather,syntheticfiber,nationaldefenseindustry,etc.Sulfuricacidproductionmethodshavepyrite,sulfur,smeltingexhaust,gypsumetc.Thefoundationismainlybecauseofsulfuricacid,thedevelopmentdegreeofchemicalrawmaterialsofindustry,isanationaleconomicdevelopmentlevelinoneofthemarksofsulfuricacidproduction,countriesareseriously.Themainresearchobjectofgraduationdesignfortheproductionofsulfuricacidandbasicprincipleandprocessofresearchonabsorptionprocessdesignandmaterialsabsorptiontowerofchoiceforeachproductionmethodofchoiceforthepurposeanddetailedanalysis(suchasthetransformationofdevices3+2conversionprocesses.Chooseconsistsofsulphuricacidconcentrationof98%fordesiccantandabsorbingwaveevolutionprocess,suchasmotivation,thusdeepening)fortechnicaldetailsandglobalintegration.Keywords:Sulfuricacid,theabsorptiontower,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1.83g/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)(+88kJmol−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:a.低于硫酸蒸汽的露点温度,产生一定量的酸雾.b.增大制冷设备的投入,导致不必要的成本.所以,此次设计的中酸温度选择的区间为60‐75℃左右,并采用较高酸温和进塔气温的高温吸收工艺该工艺优点:减少酸冷器换热面积,提高吸收酸的换热面积,并避免酸雾的产生.2.1.2SO3进塔温度的选择在一般的吸收操作中,进塔气体温度较低有利于吸收.但在吸收SO3时,并不是气体温度越低越好.因为转化温度过低,更容易形成酸雾,尤其是炉气干燥较差时.当炉气中水分含量为0.1g/m3(标准状态)时,其露点为112℃,所以一般控制入塔气体温度不低于120℃,以减少酸雾的形成.2．1．4吸收工序的设备选择浓酸吸收三氧化硫气体，一般在封闭的塔设备中进行。该反应为放热反应，随着吸收过程的进行，吸收酸的温度随着增高，为使循环酸的温度保持一定，必须使其通过冷却设备，以除去在吸收过程中增加的热量。所以，一个完整的循环系统由吸收塔，循环酸储槽，酸泵，以及冷却器等设备组成。该吸收工序的由于组合的不同导致各自的效果不同，本次设计分为采用下种方式进行吸收吸收塔→循环酸储槽→冷却器→酸泵该流程的特点：酸的流速适中，传热较好，冷却器配置在酸泵前，酸在冷却器管内流动，一方面靠位差，一方面靠酸泵的抽吸，管内受压较小，比较安全，有效。2.1.5吸收塔的结构原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。填料塔结构示意图填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。液体再分布装置包括液体收集器和液体再分布器两部分，上层填料流下的液体经液体收集器收集后，送到液体再分布器，经重新分布后喷淋到下层填料上。所以，填料塔具有生产能力大，分离效率高，压降小，持液量小，操作弹性大等优点。2．1．6吸收塔的基本选择条件工业吸收塔应具备以下基本要求：吸收塔适用于快速和瞬间反应的吸收过程，多用于气体的净化。该塔结构简单，易于用耐腐蚀材料制作，气液接触面积大，接触时间长，气量变化时塔的适应性强，塔阻力小，压力损失为300～700Pa，与板式塔相比处理风量小，空塔气速通常为0．5～1．2m/s，气速过大会形成液泛，喷淋密度6～8m3／(m2，h)以保证填料润湿，液气比控制在2～10L／m3。填料塔不宜处理含尘量较大的烟气，设计时应克服塔内气液分布不均的问题。下面为其工艺条件的选择标准：1、喷淋酸的浓度（93%-95%硫酸）2、喷淋酸的温度（30-45℃）3、气体温度（进口30℃）4、喷淋密度（10-15m3/m2.h）具体要求如下6点：1．塔内气体与液体应有足够的接触面积和接触时间。2．气液两相应具有强烈扰动，减少传质阻力，提高吸收效率。3．操作范围宽，运行稳定。4．设备阻力小，能耗低。5．具有足够的机械强度和耐腐蚀能力。6．结构简单、便于制造和检修。2.2主要设备--吸收塔的具体设计此次设计将着重吸收塔部分进行以下设计：六个方面包括壳体材料的尺寸设计和材料选择,它由外壳、填料、填料支承、液体分布器、中间支承和再分布器、气体和液体进出口接管等部件组成，塔外壳多采用金属材料，也可用塑料制造。吸收塔填料是填料塔的核心，它提供了塔内气液两相的接触面，填料与塔的结构决定了塔的性能。填料必须具备较大的比表面，有较高的空隙率、良好的润湿性、耐腐蚀、一定的机械强度、密度小、价格低廉等。常用的填料有拉西环、鲍尔环、弧鞍形和矩鞍形填料（此次设计选用鲍尔环），20世纪80年代后开发的新型填料如QH—1型扁环填料、八四内弧环、刺猬形填料、金属板状填料、规整板