【《某硫酸生产工艺的设备计算和选型分析案例》3800字】

某硫酸生产工艺的设备计算和选型分析案例目录TOC\o"1-3"\h\u24335某硫酸生产工艺的设备计算和选型分析案例 1105821.1塔设备 1323621.1.1塔设备简介 1209621.1.2塔设备选型 2215141.2换热器（以E0101为例） 6148041.2.1换热器简介 6240361.2.2换热器选型 6253071.3泵 6276961.3.1酸泵简介 611401.3.2酸泵选型 6266451.4储罐（以硫酸储罐为例） 772531.4.1储罐简介 7299121.4.2储罐选型 749881.5鼓风机（以C0102为例） 7264261.1.1鼓风机简介 793271.1.2鼓风机选型 8115731.6酸冷却器（以E0104为例） 8216691.6.1酸冷却器简介 8205371.6.2酸冷却器选型 887701.7除沫器（以E0102为例） 11201051.7.1除沫器简介 11206051.7.2除沫器选型 121.1塔设备1.1.1塔设备简介化工设备生产安装过程中使用范围最为广泛的主要设备之一便是塔设备。塔设备通常是一组具有一定断面形状(截面大多是圆形)结构、内外支承装置、一定总容积、一定机械附件功能的流体容器。利用这些塔设备就可以做到将流体气液或者流体液液介质在塔体内部能充分互相接触来达到流体相际的传质、传热功能的设计目的。塔设备单元系统的操作结构形式还可以有多种多样，按照塔机内的单元和操作机构形式组合的方法不同也又可以再具体分为吸收塔、精馏塔、解吸塔等很多种系统类型。此设计项目干燥塔填料选用瓷矩鞍环，其数据如下表表1.1瓷矩鞍的特性数据项目数据项目数据外径×高×厚mm80×42×6外径×高×厚mm80×42×6堆积个数n个/m38243堆积个数n个/m38243堆积密度ρkg/m3470堆积密度ρkg/m3470比表面积m2/m3101.4比表面积m2/m3101.41.1.2塔设备选型1.填料塔的工艺计算（1）液泛速度出塔气体流量G2:399836.838kg/h，入塔酸流量L1:2377643.565kg/h，H2SO4=1800kg/m3干气=1.13kg/m3。40℃时，硫酸的粘度为μL=12.35mPa.s，水的密度为992.2kg/m3。L1G2(ρGρL)0.5查埃克通用关联图1.1得图1.1埃克通用关联图由图1.1可得纵坐标：液体校正系数：ψ=ρ水/ρH2SO4=992.2/1800=0.551令ω2×B=0.12ωC=（0.12/0.013）0.5=3.04m/s操作气速基本为液泛气速的50%～60%。空塔气速：ω=ωC×50%=3.04×50%=1.52m/s（2）塔径的计算平均气体流量：则塔径D：按塔径标准圆整为3m.则实际操作速度：塔横截面积为：（3）填料面积F(5-1)式中：G—需吸收的水量，kg/h；K—干燥速度系数，kg/(m2·h·kPa)；—干燥推动力，kPa。干燥水量：干燥速度系数：查表得瓷矩鞍填料A=0.176，干燥推动力：塔内操作压力为98.382KPa入塔气体水蒸气分压：出塔气体水蒸气分压：将以上计算结果代入式(5-1)得：填料面积:（4）填料高度H填干燥层使用50mm的瓷质矩鞍形填料。(5-2)式中：F—填料面积，m2；—填料的比表面积，m2/m3；D—塔径，m。由式(5-2)得：考虑到生产波动因素，填料高度选为7m（5）压力降ΔP由图1.1得填料层压力降为：（6）填料层持酸量持酸量=硫酸液膜厚度×填料面积润湿率:查得润湿率与液膜厚度关系为：水液膜厚度是7mm，所以校正系数为。硫酸的液膜厚度经校正得到0.07/0.114=0.614cm。填料层的持酸量2.干燥塔的总高度在填料及支承垫层安装的空间高度范围已经大致确定工作安装完毕后，下气室(包括进气、出酸管)安装尺寸:高度约为2米；球拱安装高度:0.4米；填料与支撑垫层高度:7.7m；填料支承层栅板:0.2米；分酸管、槽的高度:0.6米；丝网填料除沫层空间高度:3.66米；封头:1.2米全塔总高度H=14.44米。3.干燥塔设计结果干燥塔计算结果如表1.2所示。表1.2填料塔主要计算结果项目项目进塔气温℃36推动力kPa0.99出塔气温℃55填料面积m26630.14进塔压力kPa98.382填料高度m6.6出塔压力kPa98.382淋洒密m3/m2•h1800进塔气量m3/h361103.265压力降Pa784.61出塔气量m3/h360712.131填料层持酸量m340.709平均气体流量m3/s360907.697塔高m14.44空塔速度m/s1.34填料类型矩鞍型填料塔径m3排列形式堆放速度系数kg/m2•h•kPa0.2221.2换热器（以E0101为例）1.2.1换热器简介换热器的种类很多，本工段使用的换热器基本都为管壳式换热器，因为稳定性强和适应范围广等优点，在很多领域都得到了应用。不同列管式换热器内部结构型式又有所不同。1.2.2换热器选型本设计选择应用范围最广的管壳换热器，其类型选择固定管板式换热器，根据工作特点选择壳体材料为Q345R，安装操作和运行维修相对方便一些，其换热器管程材料为16Mn，单程管数选择116。固定管板式换热器构造也较为合理简单，在可以保证有同等厚度传热面板的使用条件情况下换热器所需采用的管壳体内径为最小、管板的排列紧密，使其能比其他类型换热器排管多。对于固定管壳式换热器系统来说，固定管板式换热器采用的管板材料比大多数其他组合式换热器结构都相对要偏薄，所以使其价格便宜并且管内也方便洗涤。1.3泵1.3.1酸泵简介用于输送稀酸类介质的泵。1.3.2酸泵选型根据工作特点选择FY型液下泵，其型号为150FY-35A，电机所需功率为40Kw，效率能到达80%；简单不容易占地、安装操作和运行维修相对方便一些。使用液下泵运输时则需要通过着重注意所运输液体硫酸的相对温度、浓度变化和其中杂质的相对含量情况来正确选取。1.4储罐（以硫酸储罐为例）1.4.1储罐简介储罐主要用来装存气体、液体等化学物质的储运设施，在化工、石油等行业必不可少。储罐类型品种繁多，依靠容器外观型式主要分为立式平底的筒鼓形储罐、卧式圆柱形储罐两类。1.4.2储罐选型1.硫酸基本性质平常的浓硫酸中的H2SO4水的质量分数约为98.3%，其常温液态时的总密度分数为约1.83g/cm3。[8]纯硫酸沸点值通常为337℃，与一般普通的水液之间就能够以任意的一个体积比例来实现互溶，同时它又因为会通过自动加热释放产生出相当大量的热来使一般普通的水完全沸腾。在被加热和升温后到温度为290℃或以上温度时它便逐渐开始被氧化以释放三氧化硫，在温度达到了317℃或以上时就发生了沸腾现象从而开始逐渐变成共轭中硫沸石混合物。2.工艺要求硫酸必须密闭储存在企业专用的立式硫酸罐容器内，储存的地点一般需要阴凉、通风性能良好，远离火源，浓硫酸罐需要密封放在专用钢制卧式罐室内，设在阴凉地面下。[9]各个密封罐体间需要能够相互有效隔开，而且也需要时常对整个罐体表面进行防腐蚀、防泄露情况检测。另外还必须需要在整个罐体及周围部位配备有专用泄漏保护隔离器材，并且一定要时刻准备应急事故处理预案。3.选型结果因为硫酸沸点为(330±0.5)℃，又属于酸性腐蚀品，所以根据其特性选择钢制卧式储罐。[10]因为需要44526m3的硫酸，所以按照储罐设计规范书我们选择30个允许最大储存量为1497m3的钢制卧式储罐，其储罐的型号为HG5-1580-85。1.5鼓风机（以C0102为例）1.1.1鼓风机简介按照鼓风机输出的最大压力，可粗略分为高压风机、中压风机系统和超低压风机系统三种。二氧化硫风机的主要功能用途是运输烟气和并使整个焙烧制酸脱硫系统产生的脱硫压力均保持在脱硫工艺指标所控制的范围之内。然后则是控制调节整个转化脱硫系统中的转化烟气量，使之都达到脱硫转化脱硫器温度平稳，并且其转化率也达到了工艺要求，尾气排放达到工艺标准。在干燥塔工段，鼓风机装置起到的一项重要控制作用是及时把烟气经干燥塔干燥排除后生成的可燃有害气体集中再运送一次到烟气吸收塔。1.1.2鼓风机选型依据该风机出风量情况选择型号为D700—13，电动机型号为JK134—2的鼓风机，其介质为二氧化硫，操作流量为700m3/min，配电机功率为440kW。1.6酸冷却器（以E0104为例）1.6.1酸冷却器简介以不透性的石墨粉材为主要制造基材加工而成的各种规格的产品主要为生产用于稀释、冷却硫酸水等液体的设备。也可同样用于对各种其他粘稠液体物料所进行适当的稀释。1.6.2酸冷却器选型选用铸铁排管酸冷却器，其管径大小有80mm、100mm、150mm等类型。热负荷表1.3酸与水进出口温度进口温度/℃出口温度/℃酸40酸50.34水35水35(1)冷却水用量G（5-3）注：Q—热负荷kJ/h；C—水的比热容kJ/(kg·K)；由式（5-3）得：(2)冷却排管的排列进口酸量准备使用管长L=2m如果每排有6层的话和每层有6根管。所以直管总的长度为，因为每一排弯头拥有5个，因此每个直管的长度是：每排管的总长度为每排的换热面积为：令干燥塔冷却器共有18排，所以总的换热面积F为：酸在排管内流速(合格，可以采用)(3)冷却面积F（5-4）注：Q—热负荷kJ/h；K—传热系数kJ/(m2·s·K)；—平均温差℃。①平均温差表1.4酸与水的平均温差类别始温/℃末温/℃温差酸50.3440℃水2535℃平均温差（5-5）由式（5-5中得：平均温差℃②传热系数K℃在此温度下的物性数据：密度：粘度：导热系数：比热容：，kJ/(m2·s·K)（5-6）注：—管内、外的传热系数kJ/(m2·s·K)—管内、外的污垢系数(kJ/m2·s·K)-1；(取)—管壁厚度m(忽略不计)—管的导热系数kJ/(m2·s·K)，kJ/(m2·s·K)（5-7），kJ/(m2·s·K)（5-8）（5-9）（5-10）注：—硫酸导热系数kJ/(m·s·K)；—管的内外直径m；Re—雷诺系数；Pr—普兰特常数；G—冷却水量kg/h；L—管的长度m。—硫酸密度kg/m3；—管内直径m；u—酸在排管内流速m/s；—硫酸的粘度Pa·s；Cp—硫酸的热容量kJ/(kg·K)；—硫酸导热系数kJ/(m·s·K)。由式（5-9）和式（5-10）得：把结果代入（5-7）、（5-8）得到：kJ/（m2·s·K）kJ/(m2·s·K)将的计算结果代入（5-6）得：kJ/(m2·s·K)将K=0.229代入式（5-4）得：冷却面积因为冷却面积比冷却排管总换热面积小，所以此装置可以运行。1.7除沫器（以E0102为例）1.7.1除沫器简介除沫器是在进行蒸发单元时除液泡沫的装置，[11]也防止有别的物质进入对操作产生影响，因此该设备有很多形式。1.7.2除沫器选型本工段用的是上装式设计的高效丝网除沫器，其过滤的效率就明显比较高。丝网垫板被用来过滤垫层的除沫，其丝网制品则具有比原网表面积密度更大、质量明显变的轻、空隙密度变大及操作与使用皆极为的方便且安全可靠等优点。[12]将除沫器放在干燥塔顶部。图1.2上装式丝网除沫器丝网除沫器的液泛气速已知L=1800kg/m3G=1.13kg/m3（其中K=0.233）其操作气速:取其直径:图1.3丝网除沫器图表1.5除沫器与塔比较除沫器塔气速高低直径小大表1.6上装式丝网除沫器主要结构尺寸公称直径mm主要结构尺寸/mm质量/kgHH1D13001002281220