1、年产 5 万吨硫酸生产设备目录第一章 概述 .11.1 绪论 .11.2 硫酸的性质 .1第二章 计算设备规格 .22.1 干燥塔 .22.2 中间吸收塔 52.3 最终吸收塔 8第三章 填料塔设计结果 .120第 1 章 概述1.1 绪论硫酸是重要的基础化工原料之一，是化学工业中最重要的产品,广泛用于各个工业部门。 在工业生产中，一般都采用二氧化硫催化氧化的方法制硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。本设计以年产 5 万吨硫酸车间干吸工段工艺设计为例。采用两转两吸工艺，即炉气首先在干燥塔中干燥后，再进入转化工段，经一次转化后炉气进入第一吸收塔进行 SO3的吸收，吸收
2、后气体中含有少量 SO2和残余的SO3，进入二次转化器后回到第二吸收塔进行吸收。本次设计涉及的主要设备有干燥塔，吸收塔，换热器，填料塔等。1.2 硫酸的性质硫酸是（SO3）和水（H2O）化合而成。化学上一般把一个分子的三氧化硫与一个分子的水相结合的物质称为无水硫酸。无水硫酸就是指的 100%的硫酸（又称纯硫酸） 。纯硫酸的化学式用“H2SO4”来表示，分子量为 98.08。硫酸是基础化学工业中重要的产品之一。硫酸的性质决定了它用途的广泛性，硫酸主要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、致冷剂、饲料添加剂和石油的精炼、有色金属的冶炼，以及钢铁、医药和化学工业。1第 2 章 计算设备规格两次吸
3、收法生产硫酸的流程图2.1 干燥塔的工艺计算进塔气温：40，出塔气温 45；进塔气体压力：-5.884kPa，出塔气体压力：-7.06kPa。进塔气量：20190.91m3/h，出塔气量： ；大气压hm/1.978.091232101.3kPa。2.1.1 塔径的计算平均气体流量hmV /86.20.78.5310274336021.978.1 3现取空塔速度 ，则塔径 D： （取塔径 3.4m）sm/.161 焚硫炉 2 废热锅炉 3 转化器 4 蒸汽过热器 5 蒸发器 6 锅炉给水预热器7 换热器 8 中间吸收塔 9 最终吸收塔 10 过滤器 11 空气干燥器 12 鼓风机 13 泵2则实
4、际空塔速度 ， 塔横截面积为：sm/76.0 2207.94.31.mS2.1.2 填料面积 F（2-1） PKG式中：G需吸收的水量，kg/h；K干燥速度系数，kg/(m 2hkpa)；干燥推动力，kPa。干燥水量： hkgG/4.1738.21475干燥速度系数： kg/(m2hkpa)6.008K干燥推动力 ：P入塔压力=101.3-5.884=95.42kPa，出塔压力=101.3-7.06=94.24kpa入塔气体水蒸气分压： kpa0856.94.1.83.104295出塔气体水蒸气分压： P72 kpaP3.65.017.85lg36lg.21将以上计算结果带入式(2-1)得：填
5、料面积 286.439.176.0mF2.1.3 填料高度 H 填选用尺寸为 50mm 的瓷质矩鞍形填料为干燥层。（2-2）2785.0/DF填式中： F填料面积，m 2；填料的比表面积，m 2/m3；D塔径，m。3由式（2-2）得： mH0.64.3785.012/69填2.1.4 压力降 P26.05.17940.2536 04365.8.5179.8.20 2.2.2 LGLg查化工工艺设计手册计算篇， 图 4.5.2 填料层压降的通用关联图得：239P填料层压力降 填 料mOHP/2pa2953.10.632.1.5 填料塔阻力 阻P填料层阻力 1查接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编
6、，图 5.3.1 得：4P当 ，时sm/76.0填 料干 mOHP/5.2填料层阻力： ， （2-3）干 L11 填 料式中： 干填料阻力， ；干 填 料/2校正系数，93%98%酸取 0.055；L淋洒密度，m 3/m2h。淋酸密度: hsVL/7.16.95由式（2-3）得： .05.1Pa62/.2pmOH填 料4除沫层阻力 2P除沫层填料采用 mm 陶瓷环，堆放高度：5. m1.205.则除沫层阻力： 。paOmH618630122填料塔阻力： 621+618=1239pa21P阻2.1.6 填料层持酸量持酸量=硫酸液膜厚度填料面积润湿率: 14.0276L查化工工艺设计手册计算篇，
7、,图 4.5.5 润湿率与液膜厚度的关系得：246P水的液膜厚度为 0.05cm，校正系数 。24.1084.51792.00.3.3. L则硫酸的液膜厚度经校正后为 0.05/1.24=0.04cm。则填料层持酸量 326.9410. m2.1.7 塔高 H在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸：下气室（包括进气、出酸管）：高度 2.5m；分酸管、槽高度：2m；球拱（或砖拱）高度：0.4m；除沫层与空间高度：2.1m；填料层高度：6.0m；布酸层高度：0.6m；全塔总高度 H=13.6m。52.2 中间吸收塔的工艺计算进塔气温：160，出塔气温 60；进塔
8、气体压力：5.9kpa，出塔气体压力：4.7kpa。进塔气量：17448.49m 3/h（或 779.55kmol/h） ，其中：SO3：79.79kmol/h；吸收率 99%。出塔气量：15679.06m 3/h（或 700.55kmol/h） ，其中：SO3：0.79kmol/h；大气压101.3kpa。2.2.1 塔径的计算平均气体流量： smV /8.627.4953.1027363602.15794.78 3现取空塔速度 ， 则塔径 D： （取塔径 2.8m）sm/.8.则实际空塔速度 塔横截面积为： /10. 2215.6.14.3mS2.2.2 填料面积 F（2-4）PKG式中：
9、GSO3 吸收量，kg/h；K吸收速度系数，kg/(m 2hkPa)；吸收推动力，kpa。SO3 吸收量： hkg/630879.0.吸收速度系数： kg/(m2hkpa).4.1Kkg/(m2hkpa).1.8.0吸收推动力 ：P6进气分压： kpaatmP9.108.0136590285.791 出气分压： 2472kpaP.21.09lg3.2.l.1将以上计算结果带入式(2-4)得：填料面积 240.863mF2.2.3 填料高度 填H同干燥塔，选用尺寸为 50mm 的瓷质矩鞍形填料为吸收层。由式（2-2）得： m8.3.2785.01/4填2.2.4 压力降 P. 27.09.172
10、.6894076.1.895.5.0 2.2.2 LGLg查化工工艺设计手册计算篇， 图 4.5.2 填料层压降的通用关联图得：239P填料层压力降 填 料mOHP/2a983.10.3p2.2.5 填料塔阻力 阻P填料层阻力 1查接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编 ，图 5.3.1 得：4P当 ，时sm/1.填 料干 mOHP/5.927淋酸密度: hmsVL23/4.51.678由式（2-3）得： .05.9Pa82/3.2pOH填 料除沫层阻力 2P除沫层填料采用 mm 陶瓷环，堆放高度：5. m1.205.则除沫层阻力： 。paOmH618630122填料塔阻力： 829+618=14
11、47pa21P阻2.2.6 填料层持酸量持酸量=硫酸液膜厚度填料面积润湿率: 24.013L查化工工艺设计手册计算篇， ,图 4.5.5 润湿率与液膜厚度的关系得：246P硫酸的液膜厚度为 0.096cm。则填料层持酸量 32.01096. m2.2.7 塔高 H在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸为：下气室（包括进气、出酸管）：高度 2.5m；分酸管、槽高度：2m；球拱（或砖拱）高度：0.4m；除沫层与空间高度：2.1m；填料层高度：3.8m；8布酸层高度：0.6m；全塔总高度 H=11.4m。2.3 最终吸收塔的工艺计算进塔气温：180，出塔气温 60
12、；进塔气体压力：118.8Pa，出塔气体压力：0kPa。进塔气量：15606.76m 3/h（或 696.73kmol/h） ，其中：SO3：6.07kmol/h；吸收率 99%。出塔气量： 15472.15m3/h（或 690.72kmol/h） ， 其中： SO3：0.06kmol/h；大气压101.3kPa。2.3.1 塔径的计算平均气体流量： smV /2.618.03273618036025.147.5 3现取空塔速度 w，则塔径 D： （取塔径 2.8m）sm/.1.185.06则实际空塔速度 塔横截面积为：/08. 2215.6.4.3mS2.3.2 填料面积 FSO3 吸收量：
13、 hkgG/8.406.07.吸收速度系数：kg/(m2hkPa)8.04.1WKsm/08.156.218.037326180369.15. kg/(m2hkPa)0.8.04.1.K9吸收推动力 ：P进气分压： kpaatm89.0087.1036287.691 出气分压： 64.2kpaP19.0876.lg3.29l.1将以上计算结果带入式(2-4)得：填料面积 236519.04mF2.3.3 填料高度 填H同干燥塔，选用尺寸为 50mm 的瓷质矩鞍形填料为吸收层。由式（2-2）得： m8.3.2785.01/6填2.3.4 压力降 P32.08.19984.2 065.4.981.
14、20.5.5.0 2.2.2 LGLg查化工工艺设计手册计算篇， 图 4.5.2 填料层压降的通用关联图得：239P填料层压力降 填 料mOHP/.72pa913.10832.3.5 填料塔阻力 阻P填料层阻力 1查接触法硫酸工艺设计常用参考资料选编 ，图 5.3.1 得：4P10当 ，时sm/08.1填 料干 mOHP/102淋酸密度: hVL3/.5.674由式（2-3）得： 2.0.11Ppa95/8.232填 料mOH除沫层阻力 2P除沫层填料采用 mm 陶瓷环，堆放高度：5. m1.205.则除沫层阻力： 。paOmH618630122填料塔阻力： 959+618=1577pa21P
15、阻2.3.6 填料层持酸量持酸量=硫酸液膜厚度填料面积润湿率: 25.013L查化工工艺设计手册计算篇， ,图 4.5.5 润湿率与液膜厚度的关系得：246P硫酸的液膜厚度为 0.095cm。则填料层持酸量 32.51095. m2.3.7 塔高 H在填料层高度确定后，其它部位的高度均根据装配和工作空间高度来决定，具体尺寸：下气室（包括进气、出酸管）：高度 2.5m；分酸管、槽高度：2m；球拱（或砖拱）高度：0.4m；除沫层与空间高度：2.1m；11填料层高度：3.8m；布酸层高度：0.6m；全塔总高度 H=11.4m。12第 3 章 填料塔设计结果3.1 填料塔设计结果见下表填料塔主要计算结
16、果项目 干燥塔 中间吸收塔 最终吸收塔进塔气温/ 40 160 180出塔气温/ 45 60 60进塔压力/kPa -5.884 5.9 0.1188出塔压力/kPa -7.06 4.7 0进塔气量/(m 3/h) 20190.91 17448.49 15606.76出塔气量/(m 3/h) 19789.11 15679.06 15472.15平均气体流量/(m 3/s) 6.86 6.80 6.2空塔速度/(m/s) 0.76 1.10 1.07塔径/m 3.4 2.8 2.8塔截面积/m 2 9.07 6.15 6.15速度系数/(kg/m 2hkPa) 0.176 1.08 1.07推动
17、力/kPa 1.3 2.4 0.19填料面积/m 2 6439.86 2404.00 2365.00填料高度/m 6.0 3.8 3.8淋洒密度/(m 3/m2h) 16.7 25.3 26.1压力降/Pa 295 298 291填料塔阻力/Pa 1239 1464 1526填料层持酸量/m 3 2.6 2.3 2.3塔高/m 13.6 11.4 11.4填料类型 50mm 瓷质矩鞍型填料 50mm 瓷质矩鞍型填料 50mm 瓷质矩鞍型填料13排列形式 堆放 堆放 堆放3.2 设备一览表主要设备选型见下表主要设备选型序号 设备位号 设备名称 型号规格 数量 材料1 E-2036-01 干燥塔
18、340013600 1 台 16MnR2 E-2036-02 中间吸收塔 280011400 1 台 16MnR3 E-2036-03 最终吸收塔 280011400 1 台 16MnR4 C-2036-01 干燥塔酸冷却器 F=193 m2 1 台 20R5 C-2036-02 中间吸收塔酸冷却器 F=223.5m2 1 台 20R6 C-2036-03 最终吸收塔酸冷却器 F=128 m2 1 台 20R7 J-2036-01a.b 干燥塔循环酸泵 LBS200-30B 1 台 A38 J-2036-02a.b 中间吸收塔酸泵 LBS200-30B 1 台 A39 J-2036-03a.b 最终吸收塔酸泵 LBS200-30B 1 台 A3
