AES车间三氧化硫工段课设

吉林化工学院课程设计说明书I目录目录.....................................................................................................I第一章总论.....................................................................................11.1醇醚硫酸盐生产的目的及意义.........................................11.2AES物化性质和用途.........................................................11.2.1物理性质..................................................................11.2.2化学性质..................................................................21.2.3AES用途..................................................................21.3原料及其特性.....................................................................21.4设计任务.............................................................................31.4.1反应原理..................................................................41.4.2工艺流程..................................................................51.4.3生产工艺流程方框图..............................................6第二章三氧化硫合成工段物料衡算..............................................72.1计算依据.............................................................................72.2SO3生成图..........................................................................72.3计算.....................................................................................72.4进料管径的计算...............................................................102.5转化塔高度的估算...........................................................10第三章转化塔热量衡算................................................................113.1计算依据...........................................................................113.2热量平衡图.......................................................................113.3计算...................................................................................123.4换热面积的计算...............................................................14工艺参数一览表..............................................................................16主要设备一览表..............................................................................17参考文献...........................................................................................19附录...................................................................................................19吉林化工学院课程设计说明书1第一章总论1.1醇醚硫酸盐生产的目的及意义脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸盐简称醇醚硫酸盐，商品名为AES，其化学结构式为C12H25(OCH2CH2)3OSO3M工业上采用的是月桂酸醇醚硫酸钠，月桂酸醇醚硫酸铵，月桂酸醇醚乙醇胺硫酸盐。AES是阴离子表面活性剂的重要品种之一，1988年西欧，美国，日本的AES用量已达80多万吨，近年来，随着我国国民经济的发展，国内对AES浓缩物需求量也很大。但目前国内生产AES的厂家，除了五、六家成功引进国外技术的大厂外，其他小厂设备落后，产品质量不高，开发和研究工作跟不上要求，每年尚需大量进口，因此建立一个大型的AES生产车间满足社会的多种需求是十分必要的。1.2AES物化性质和用途1.2.1物理性质脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠包括天然脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠和合成脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠。它们都是微黄色或者无色半透明膏状液体，平均分子量441，密度1080kg/m3，都溶于水，无毒，有良好的润湿，渗透，乳化，分散增溶和洗涤性能，生物降解性好，对人体无害，对动物粘膜相容性好，属于阴离子表面活性剂，具有共同的特点。吉林化工学院课程设计说明书21.2.2化学性质脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠不易燃烧，在较高温度下，能缓慢燃烧，脂肪醇聚氧乙烯醚硫酸钠在酸性条件下能水解，生成酸、脂肪醇聚氧乙烯和盐。由于生成更多的酸，使产品造成大幅度水解，最终使产品发生质的变化。1.2.3AES用途AES是无色或黄色透明膏状物体，是一种多功能的高级精细化工原料。它是阴离子表面活性剂，溶于水和乙醇，有优良的洗涤作用，广泛应用于日用化工、纺织、印染、洗涤乳化、润湿、助剂扩散等方面。该产品作为洗涤剂原料是当今世界一流产品。不但适用各种粉状洗涤产品生产，更适合于各种液状、膏状等洗涤、清洁、餐具洗涤剂。AES具备多项功能：它可以和其他任何一种型号的表面活性剂、助剂、助洗剂进行复配发挥作用。即成为去污力强、泡沫丰富、手感柔润的最佳产品。1.3原料及其特性1、硫磺物理状态：黄色晶体、粉末或液体。外观：固体，黄色粉末或片状。液体，棕黑色，粘稠，150℃（工作温度）左右流动性最好，闪点168~180℃。燃烧/爆炸性：可燃，粉尘在空气中能发生爆炸（爆炸极限35g/m3)。吉林化工学院课程设计说明书3健康：固体元素硫是无毒的，但一般视作有害粉尘对待，硫磺粉尘对眼睛和呼吸道粘膜有刺激性，液硫接触人体会引起灼伤。2、脂肪醇聚氧乙烯醚外观：无色透明液体白色膏状（25℃）。无毒、无刺激。平均分子量：300-330575-6053、液碱反应性：与水混合时放热。健康：滴入皮肤或眼睛会引起严重或永久损害，若入口可严重灼伤粘膜。4、SO2外观：常温下为无色，有刺激性臭味的气体。健康：3ppm有觉察的气味，200ppm时即可引起眼睛刺激。5、SO3外观：气体。燃烧/爆炸性：不易着火。反应性：与水形成H4SO4，与碱性物质剧烈反应，与空气混合形成腐蚀性烟雾。健康：若吸入烟雾可引起强烈刺激。1.4设计任务AES车间SO3合成工段生产的工艺设计，AES年产6万吨。吉林化工学院课程设计说明书41.4.1反应原理从反应方程式可以看出，反应有两个特点，这两个特点是生产方式的基本依据。第一、反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应；第二、这个反应没有催化剂实际上是不能实现工业生产的。由于这个反应是一个可逆、放热、体积缩小的反应，所以存在一个平衡状态，在平衡状态下转化率是理论上在某种条件下反应的最大可能限度，则实际可能达到的反应限度越大。SO2平衡转化率随着原始气体组成、温度、压力而变化，由于是一个放热反应，所以降低反应温度会是平衡转化率增高，增加压力可提高平衡转化率。但是实际生产中不采用加压转化，这是因为常压下转化率已经很高了，而加压要消耗很大的动力，平衡转化率却提高并不多，经济上不合理。原始气体中SO2和O2的含量与平衡转化率直接有关，氧和二氧化硫的比值增高，会使平衡转化率增高，所以，二氧化硫转化中有一个最佳气浓的问题。在洗涤工业中，三氧化硫发生均用硫磺为原料，由于磺化反应相当快速，气浓越大，反应越快，但产品质量越差，一般三氧化硫气浓应为：吉林化工学院课程设计说明书5对于烷基苯磺化三氧化硫气浓为5%左右；对于AES3硫磺化，三氧化硫气浓为3%左右；二氧化硫转化为三氧化硫的反应在常温下实际可以看作是不能进行的，因为这个反应活化能高，在反应物和反应压力一定的情况下，通常有两个方面加速反应速度，一个是提高反应温度，另一个是采用催化剂。在工业上常常由于催化剂要求在较高的温度条件下才具有催化性，因此，上述加快速度的两个方法在工业实践中是同时得到应用的。1.4.2工艺流程硫磺经人工倒入熔硫槽（0-TK10101），在熔硫槽中，用蒸汽间接加热使其熔融。温度控制在140-150℃，通过供硫泵（0-P10201/2)和质量流量计精确计量后送入燃硫炉（0-VE30101）中与空气燃烧生成SO2，气体浓度约为8%，经冷却器（0-HE30201）冷却至适当温度后进入装有三段五氧化二钒触媒的转化塔（0-VE30301），在钒触媒的催化作用下SO2转化为SO3，转化率≥97%。转化后的SO3/空气经喷淋式冷却器（0-HE30501）冷却，再通过入口除雾器（0-VE30401）过滤后的温度降至35~45℃，分出凝酸。加入稀释空气调节SO3气体浓度后，分别进入磺化反应器（1-VE40101和2-VE40101）。燃硫和SO2/SO3转化生成的大量反应热，采用空气换热回收热量，大部分用于吸附干燥剂的再生放热，小部分放空。吉林化工学院课程设计说明书61.4.3生产工艺流程方框图空气除尘压缩一级二级冷却吸附去湿-60℃恒定空气液硫燃硫炉中硫化SO2转化塔钒触媒和空气硫磺熔融SO3酸雾冷却入口除雾器SO3磺化反应醇醚NaOH中和泵中进行中和反应旋风分离器脱气产品罐尾气处理碱塔吸收酸吸收NaSO3/NaSO4排空吉林化工学院课程设计说明书7第二章三氧化硫合成工段物料衡算2.1计算依据（1）年产成品AES：6万吨（2）成品AES含量：70%（3）硫的纯度：99.8%（4）SO2的转化率：97%（5）SO2的气浓：8%（6）年生产时间：360天2.2SO3生成图空气W3W2硫W1W4W5（SO2尾气SO3）图2-1物料平衡图2.3计算总物料衡算：W1+W2+W3=W5燃硫炉转化塔吉林化工学院课程设计说明书8由C12H25(OCH2CH2)3OSO3Na~SO3可知剩余SO2的量为所以剩余硫的量吉林化工学院课程设计说明书91.设稀释SO2所需空气量为因为SO2气浓为8%，所以SSO2第一次空气量2.SO2SO3表2-1转化塔物料平衡表进料名称含量kg/h总计kg/h出料名称含量kg/h总计kg/h