1、课 程 设 计 任 务 书设计题目：AES 车间 SO3 吸收工段生产工艺设计学生姓名 专业班级 学 号同组学生指导教师 职 称 教授 学 历 硕士设计时间一、设计内容及要求1.以单质硫和空气为原料合成 SO3，所用单质硫的纯度 99.8，SO 3 吸收塔入口 SO3 质量浓度 3，采用 96硫酸吸收，吸收率 99.8。输送 SO3（质量浓度 3）管路压强差 2atm，管长 50m。换热器采用工艺冷却水冷却，入口温度 20，出口温度 40。设计规模：AES 产量 6 万吨/ 年。2.编写课程设计说明书（国内外生产工艺状况，生产工艺流程叙述，物料衡算，热量衡算，输送 SO3 管径计算，SO 3
2、吸收塔尺寸计算，生产设备一览表，生产工艺参数一览表，原材料消耗定额一览表） 。3.画出本工段带控制点的生产工艺流程图。4.画出本工段的设备平面布置图。5.画出本工段管道布置图或 SO3 吸收塔的结构图。二、设计进度安排11 月 25 日11 月 27 日编写设计说明书。11 月 28 日11 月 30 日画出本工段带控制点的生产工艺流程图。12 月 1 日12 月 3 日画出本工段的设备平面布置图。12 月 4 日12 月 6 完成课程设计说明书及打印装订。三、设计成果 1.AES 车间 SO3 吸收工段课程设计说明书一份，包括生产设计说明、物料衡算、热量衡算和设备尺寸计算。2.AES 车间
3、SO3 吸收工段工艺流程图一张。3.AES 车间 SO3 吸收工段平面布置图一张。评分要素 得分 指导教师评语设计态度与纪律情况（20%）设计任务完成情况 （20%）设计说明书及图纸质量（30%）成绩评定设计答辩情况（30%） 总成绩指导教师签 字系主任签 字目录第一章 AES 生产原料及其产品叙述11.1原料及其特性.11.2产品名称、物理化学性质及用途.11.2.1产品名称11.2.2物理性质11.2.3化学性质21.2.4产品用途21.2.5 AES 产品标准2第二章 AES 国内生产状况. .32.1AES 国内生产概况. 32.2AES 车间状况. 3第三章生产工艺流程43.1生产工
4、艺原理.43.2生产工艺流程叙述.43.3生产工艺流程方框.5第四章 SO 吸收工段物料衡算与热量衡算 734.1物料衡算.74.2热量衡算.74.3管径的计算.9附录一.10附录二.11致谢.12参考文献.13第 一 章 AES 生 产 原 料 及 其 产 品 概 述1.1 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 168180 。燃 烧 /爆 炸 性 ： 可 燃 ， 粉 尘 在 空
5、气 中 能 发 生 爆 炸 （ 爆 炸 极 限 35g/m3)。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 黏 膜 有 剌 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 ： 300-330 575-6053） 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
6、 ， 若 入 口 严 重 灼 伤 粘 膜4） 2SO1.2 产 品 名 称 、 物 理 化 学 性 质 及 用 途1.2.1 产 品 名 称脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 硫 酸 钠 ， 简 称 AES。分 子 式 : (R=C12-14,C12-15 烷 基 ： n=2， 3)NaSOCHRn32)(产 品 分 子 量 ： AES2-W-124n-70 (377 388)AES3-W-124n-70 (419 438)AES3-W-125s-70（ 434 450）1.2.2 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
7、 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 溶 性 好 ， 属 于阴 离 子 表 面活 性 剂 ， 具 有 阴 离 子 表 面 活 性 剂 共 同 的 特 点 。1.2.3 化学性质脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 硫 酸 钠 不 易 燃 烧 ，
8、 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 。1.2.4 产 品 用 途脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 硫 酸 钠 可 作 为 良 好 的 活 性 剂 来 配 制 各 种 工 业 与 民 用 洗涤 剂 。 如 ： 洗 涤 剂 、 洗 发 香 波 、 复 合 皂 、 硬 表 面 活 性 剂 等 。 另 外 还 广 泛 用 与 农业
9、 、 医 药 、 石 油 、 采 矿 、 燃 烧 、 皮 革 、 机 械 等 国 民 经 济 各 行 业 。1.2.5 AES 产品标准 表 1 AES 产 品 标 准 第二章 AES 国内生产状况2.1 AES 国内生产概况AES 是 无 色 或 黄 色 透 明 膏 状 物 体 ， 是 一 种 多 功 能 的 局 级 精 细 化 工 原 料 。它 是 阴 尚 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 、 湿 润 、 助 剂 扩 散 等 方 面 。 该 产 品 作 为
10、 洗 涤剂 原 料 是 当 今 世 界 一 流 产 品 。 不 但 适 用 各 种 粉 状 冼 涤 产 品 生 产 ， 更 适 合 用各 种 液 体 、 膏 状 等 洗 涤 、 清 洁 、 餐 具 洗 涤 剂 。 AES 具 备 多 项 功 能 、 它 可 以 和指 标项 目优 等 品 一 等 品 合 格 品乙 基 化 烷 基 硫 酸 钠 含 量 % 702未 硫 化 物 含 量 （ 相 对 100%AES） % 2.0 3.0 3.5酸 钠 含 量 （ 相 对 100%AES） % 1.5 2.0 3.0色 泽 Hazen(5%AES 溶 液 ) 10 15 20PH 值 （ 1%AES 溶
11、 液 ） 7.5-10.5 7.5-10.5 7.5-10.5其 他 任 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 。阴 离 子 表 面 活 性 剂 是 表 面 活 性 剂 中 发 展 历 史 最 悠 久 、 产 量 最 大 、 品 种 最多 的 一 类 产 品 。 其 中 ， 磺 酸 盐 又 是 阴 离 子 表 面 活 性 剂 中 产 量 最 大 、 应 用 领 域最 广 的 一 种 。 磺 酸 盐 表 面 活 性 剂 按 未 油 基 或 磺 化 原 料 可
12、 分 为 ： 1 石 油 礎 酸盐 （ 横 酸 基 在 芳 环 或 环 焼 环 上 ） ； 2 烷 基 芳 基 磺 酸 盐 （ 磺 酸 基 在 芳 环 上 ） ；3 烷 基 或 烯 基 在 磺 酸 盐 ； 4 聚 氧 乙 烯 醚 磺 酸 盐 （ 磺 酸 基 在 氧 乙 基 链 端 ） ； 5多 环 芳 烃 磺 酸 盐 缩 合 物 （ 磺 酸 基 在 芳 环 上 ） 等 。 除 此 之 外 ， 还 有 烷 基 苯 醚磺 酸 盐 。 目 前 常 用 的 表 面 活 性 剂 有 3 种 ： 石 油 磺 酸 盐 、 烯 烃 磺 酸 盐 和 烷 基 苯 磺 酸 盐 。 近 年 来 ， 随 着 经 济 需
13、 求 和 石 油 工 业 的 发 展 ， 人 们 对 表 面 活 性 剂 的 研弈 越 来 越 重 视 ， 在 磺 酸 盐 表 面 活 性 剂 的 研 究 方 面 ， 也 得 到 了 长 足 的 发 展 。2.2 AES 车间状况装 置 规 模 设 计 生 产 能 力 为 年 产 6 万 吨 脂 肪 醇 聚 氧 乙 烯 醚 硫 酸 钠 （ 两 套 平行 的 装 置 ， 按 70%AES 计 ） 一 套 SO3 发 生 两 套 磺 化 ， 一 套 酸 碱 吸 收 ， 即 称“一 个 头 ， 两 个 身 子 ， 一 个 尾 。 ”资 金 来 源 ： 公 司 自 筹专 利 商 ： 美 国 CHEMI
14、THON 公 司 （ 凯 米 森 公 司 ）合 同 签 字 R 期 及 地 址 ： 2001 年 11 月 28 日 中 国 吉 林 省 吉 林 市 合 同 生 产 日 期 ： 中 美 两 国 最 后 一 方 批 准 日 期 为 合 同 生 效 曰 期 中 方 设 计 单 位 ： 吉 化 公 司 设 计 院承 建 商 ： 中 油 划 建 公 司投 资 ： 6000 万 元 人 民 币 车 间 定 员 ： 36 人第 三 章 生 产 工 艺 流 程3.1 生产工艺原理液 体 硫 磺 经 氮 气 物 化 后 ， 与 经 过 压 缩 、 冷 却 、 硅 胶 吸 附 的 露 点 可 达 到 一60 左
15、 右 的 空 气 中 燃 烧 生 成 SO2， 高 温 下 ， 在 钒 触 媒 的 催 化 作 用 下 SO2 转 化为 SO3， 经 稀 释 空 气 调 节 SO3 浓 度 后 进 入 磺 化 反 应 器 。 SO3 与 醇 醚 在 1#黄化 器 中 ， 磺 化 反 应 生 成 醇 醚 硫 酸 脂 ， 与 减 中 和 反 应 ， 生 成 醇 酸 硫 酸 盐 。磺 化 /硫 酸 化 产 生 的 尾 气 中 含 有 少 量 的 SO2、 SO3 气 体 和 有 机 酸 雾 ， 通 过 静 电除 雾 器 和 酸 碱 洗 涤 塔 二 级 净 化 处 理 ， 达 到 排 放 指 标 。3.2 生产工艺
16、流程叙述主 风 机 （ 0B20101)和 主 风 机 （ NB20102)将 空 气 压 缩 至 0. 1MPa,并绝 热 升 温 到 100 160C， 分 别 经 空 气 冷 却 器 （ 0VE20201)和 空 气 冷 却 器（ NVE20201),通 过 冷 却 水 和 冷 冻 水 二 级 冷 却 ， 其 中 大 部 分 水 分 被 冷 凝 析 出 ，在 经 干 燥 器 （ 0VE20301)和 （ 0 VE20302)吸 附 去 湿 ， 从 而 得 到 一 个 与 气象 条 件 无 关 的 恒 定 空 气 流 ， 此 时 空 气 露 点 可 达 到 一 60 左 右 。 两 台 干
17、 燥 器硅 胶 吸 附 ， 再 交 替 进 行 ， 定 时 自 动 切 换 。 采 用 换 無 空 气 加 热 再 生 ， 低 压 空气 循 环 吹 冷 流 程 。 切 换 过 程 中 没 有 泄 压 和 充 压 操 作 ， 保 证 体 系 工 艺 空 气 压 力 稳 定 。硫 磺 经 人 工 倒 入 熔 硫 槽 （ 0TK10101)， 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 （ 0P10201/2)和 质 量 流 量计 精 确 计 量 后 送 入 燃 硫 炉 （ 0VE30101)中 与 空 气 燃 烧
18、 生 成 SO2， 气 体 浓 度约 3%， 经 冷 却 器 （ 0HE30201) 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 （ 0VE30301) 在 钒 触 媒 的 催 化 作 用 下 SO2， 转 化 成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 （ 0VE30401)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
19、 反 应 器 （ 1 一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 。燃 硫 炉 （ 0VE30101),转 化 塔 （ 0VE30301)系 统 附 有 空 气 电 加 热 器（ 0SP30701 )， 供 系 统 冷 态 开 车 时 预 热 使 用 。 1#醇 醚 磺 化 反 应 含 有3 5%SO3 混 合 气 ， 与 原 料 醇 醚 一 起 从 膜 式 磺 化 反 应 器 （ 1 一 VE4
20、0101)的 顶部 加 入 ， 醇 醚 作 为 液 相 沿 反 应 器 管 壁 呈 膜 状 流 下 ， SO3 气 体 则 从 反 应 器 中 心通 过 ， 气 液 两 相 接 触 发 生 磺 化 反 应 ， 放 出 的 热 量 由 反 应 器 另 一 侧 的 冷 却 水 带走 。 在 反 应 器 底 部 气 液 两 相 流 出 后 ， 进 入 旋 风 分 离 器 （ 1 一 VE40201)进行 气 液 分 离 ， 分 离 出 来 的 液 相 产 品 经 脱 气 送 至 中 和 单 元 ， 从 旋 风 分 离 出 来的 气 相 送 至 尾 气 处 理 单 元 进 行 处 理 。来 自 磺 化
21、 反 应 单 元 的 产 物 进 入 混 合 气 ， 分 一 定 浓 度 的 NaOH 溶 液 进 行 中和 反 应 ,中 和 过 程 产 生 的 反 应 热 通 过 预 热 器 用 冷 却 水 除 去 ， 中 和 后 的 AES 产品 经 脱 气 ， 检 验 合 格 后 送 至 产 品 罐 。排 空 尾 气 中 SO2 含 量 5ppm, SO3 15ppmo 静 电 除 雾 器 （ 2VE80301)操 作 电 压 3-5 万 伏 ， SO3 和 酸 雾 在 此 被 分 离 收 集 成 “黑 磺 酸 ”， 从 静 电 除 雾器 （ 1/2VE80301)底 部 排 除 ， 数 量 6kg/
22、h; SO2 气 体 在 碱 吸 收 塔 中 被 吸 附生 成 / 水 溶 液 被 作 为 废 水 排 出 ， 其 占 80%左 右 。 水 溶 液32SONa42 42SONa中 固 体 物 含 量 7 8%， PH 值 8 10， 排 液 量 约 0. 5t/h。 洗 涤 碱 液 的 PH 值在 线 PH 计 连 续 调 节 控 制 。SO3 吸 收 系 统 在 开 车 阶 段 ， 临 时 停 车 和 原 料 切 换 时 使 用 ， 从 而 使 不 合 格 产品 降 到 最 低 限 度 。 系 统 由 吸 收 塔 （ 0VE70101)， 循 环 泵 （ 0VE70102)和换 热 器 （
23、 0HE70101) 组 成 ， 工 艺 水 从 吸 收 塔 顶 部 定 量 进 入 ， 在 酸 吸 收 过 程放 出 的 热 量 由 换 热 器 通 过 冷 却 水 导 出 。 经 循 环 吸 收 产 生 95 98%的 硫 酸 ,作 为 副 产 品 由 循 环 输 出 泵 输 送 到 硫 酸 暂 存 罐 ， 其 排 出 量 由 开 停 车 次 数决 定 ， 一 般 冷 态 开 车 产 生 的 酸 量 约 为 0. 8 1. 2t。3.3 生产工艺流程方块第四章 三氧化硫吸收工段物料衡算与热量衡算4.1 物料衡算年 产 6 万 吨 AES， AES 的 纯 度 为 70%。 NaOCH322
24、51)( 3SO420 80x736三 氧 化 硫 ： x=hkg926408%2014223SOHS80 18926 x(1-96%)吸 收 926kg/h 三 氧 化 硫 ， 需 96%的 浓 硫 酸 的 流 量 为 ： hkg5209%)961(80296&的 硫 酸 吸 收 后 成 为 98%的 浓 硫 酸 ， 为 循 环 使 用 ， 需 加 水 使 其 稀 释 为3SO96%， 经 计 算 ， 每 1000kg98%需 加 水 20kg， 则 5209+926=6135kg/h 需 加 水 量为h210354.2 热量衡算查 表 的 KJ/kg KJ/kg 18.4水pC47.12S
25、OpHC223SOHSmol5.396%的 浓 硫 酸 吸 收 放 出 的 热 量 换 热 器 中3hKJQ631053.12089620 降 至 50 。由 )()(1221tcqTcqmpm得 水 升 高 至 温 度 44)20(8.45047.63t 7tt21 65T1496170lntlt21m传 热 系 数 K=1500W/ 2m热 量 hJQ5610.43. 换 热 面 的 换 热 面 积28.92mtQSm查 表 得 397.13Kgso35.12KgN进 入 吸 收 塔 为 3%， 则 气 体 流 量SOhKgU3086%92混 合 气 体 的 密 度327.195.7.12
26、3 mKgNso 进 入 吸 收 塔 的 气 体 体 积 流 量smVs 3.630.8设 计 点 的 孔 塔 气 速 2m/suVDs1.4.3756塔 高 OLNH吸 收 塔 的 传 质 单 元 高 度 mOL2.0进 入 塔 内 气 体 流 量 为 926/80=11.575Kmol/h， 流 体 流 量 为5209/94.8=54.95Kmol/hm=1.231y 52 06).(3. y.095.471LGA 9.725.0163.)25.0(.1)ln(121 AmxyNOGHL6.09.74.3 管径的计算 根 据 物 料 衡 算 的 硫 酸 的 流 量 为 6135kg/h，
27、Pap510.2查 表 得 硫 酸 密 度 183mkg设 u=4m/s 04.2dlp450.1830.25得 d=0.3m=30cm附录一工艺参数一览表年产成品 AES 6wt 年生产时间 360d成品 AES 含量 70% 管路压强差 AP 2atm硫的纯度 99.8% 进口温度 220VS03的吸收率 99.8% 出口温度 50CS02的气浓 8% 传热系数 K 1500 w/m2,C摩擦系数 0.08 进料管长附录二主要生产设备一览表位号 设备名称型号和技术规格 单位i/r数里材料事重 总重 (kg)备注-P70101浓硫酸 循环泵 (耐酸陶瓷泵HTB-ZK10. /35介质:H2S
28、04(98%) 温度：43 C 比重：1800 kg/m3 粘度：10cp Q=60m3/hr H=35m n=2950rpm 电机功率：18. 5kW台 1 衬陶瓷江苏宜兴华东化工 设备有限公司0-VE30601烟酸储罐4)500x1100x8 介质：so3，发烟硫酸 操作温度:4rc 丨操作压力:0. 7kg/cm2 设计温度：149C 设计压力：1. 0kg/cm2台 1 20R致谢参考文献1姚玉英.化工原理（上）M.天津:天津科技出版社，19992谭天恩.化工原理（上）M.北京:化学工业出版社，19943陈敏恒.化工原理（上）M.北京:化学工业出版社，19894贾绍义.化工原理课程设计M.天津:天津大学出版社，2002
