年产200万吨聚丙烯用成核剂二苄叉山梨醇工艺设计样本.doc

第一章 综 述1.1 概述 聚丙烯（PP）含有相对硬度大，密度小，抗拉伸性能好，透明度高，抗应力开裂和耐化学性能好，耐高温，并含有极好注塑性能，能够和其它材料共混改性等优点，所以PP应用范围越来越广，而且在中国已经超出美国成为世界上最大PP市场。PP关键用于生产纤维编织，注塑制品，薄膜，片材，板材，电缆及护套料，吹塑制品和管材等，含有广泛应用前景。 1.2 聚丙烯成核剂工业概述 聚丙烯（）是合成树脂中相当关键品种，发展前景十分宽广。聚丙烯（PP）含有机械性能好，无毒，密度小，耐高温，耐化学品，加工成型方便等优点，而且价格廉价，能经过加工改性给予其突出物理机械性能，在替换工程塑料时可优先考虑聚丙烯，用量占全球通用合成树脂左右，是五大通用合成树脂中用量增速最快新品种研究最活跃品种。含有没有毒、耐热、耐化学药品、相对密度低、轻易加工、成型力学性能好等特征，而且丙烯原料丰富，且性价比高，被广泛地在建筑、化纤、化工、轻工等领域。 1954年意大利Natta教授合成含有高度立体规整性聚丙烯，然后在1957年由意大利企业实现工业化以来，已经成为通用合成树脂中发展最快、品种最多品种。1.3 中国聚丙烯成核剂工业现实状况 伴随近些年来工业快速发展和人民生活水平提升，中国成核剂市场发展很快，很多科研机构和企业全部在进行成核剂相关研究。兰州石化研究院在中国率先开发出第一代DBS成核透明剂，然后继续开发了第二和第三代DBS成核剂。以后还有很多企业进行了成核剂相关研究，并使技术不停进步。但和国外相比，中国科学研究基础微弱，现阶段中国企业从事生产时候还是借鉴国外专利技术，关键是因为中国研究机构对成核剂成核机理没有完全摸清楚，即使在努力追赶过程中，但生产出来产品和国外产品质量还是有差距，造成中国生产成核剂产品在出口方面情况不容乐观。所以说我们要努力争取上游，在成核剂对聚丙烯结晶形态，性能和加工工艺等方面进行愈加深入具体研究，立即形成自己专利技术，使自己成核剂产品性能能够媲美国外产品。1.4 硫酸多个不一样生产工艺1.4.1以硫铁矿含伴生硫铁矿为原料硫铁矿这种资源在中国一直就存在，从国家安全和经济发展长远考虑 ，保持一定硫铁矿采矿选矿能力和硫铁矿制取硫酸能力是很有必需。因为受到多种原因制约,建国以来中国有很长一段时间是应用自有原料,即硫铁矿生产硫酸。然而采取硫铁矿生产硫酸含有其本身不足，关键表现为：(1) 生产硫酸技术本身比较复杂，而且建设装置投资成本较高；(2) 硫铁矿矿山勘探、采选成本较大；(3) 中国硫铁矿资源相对比较分散,而且贫矿多、富矿少,平均采选成本较高；(4) 硫铁矿运输通常需要铁路来实现，偏远地域会限制其运力。所以在合理应用硫铁矿资源思绪上应该考虑怎样能够节省应用，合适进口国外硫资源。现在中国已经是国际经济市场关键组成部分，所以愈加需要研究好、把握好国际市场，为长久发展硫酸工业争取有利条件，硫铁矿制硫酸起到了关键平衡、调整作用。假如将硫铁矿制硫酸变为硫磺制硫酸，将大大刺激国际硫磺市场消费需求，保持现在硫铁矿采选能力而且能够稳步增加不仅有利于国家经济安全，而且能够稳定国际硫磺市场，反过来对中国硫磺进口也有利，大致上对于稳定中国制酸工业发展有利。稳定和发展硫铁矿制取硫酸首要任务是发展硫铁矿采选能力和发展硫铁矿制酸技术水平和生产装备提升。1.4.2 以硫磺为原料从世界范围硫磺供、需关系来看,硫供给基础上是能够满足现有市场对硫需求。上从世纪90年代以来因为从石油和天然气中回收硫磺数量快速增加,国际硫磺市场出现供大于求态势,硫磺价格走低。这时期中国正处于磷复肥高速发展时期,对硫酸需求量较大,单单用中国硫铁矿为原料用来生产硫酸已满足不了需求,而硫磺正是硫酸生产最好原料:洁净、投入较小、效益好、方便大型化设置。采取国际市场硫磺生产硫酸,以补充中国生产硫酸原料不足,促进中国硫酸工业不管从产量上还是技术上全部有了长足发展。1.4.2 冶炼烟气和其它原料冶炼烟气关键是冶炼金属时金属矿中含有硫转化为二氧化硫烟气，冶炼烟气制取硫酸其实是企业副产品，是冶金工业发展产物。现在中国冶炼烟气制取硫酸已经得到高速发展，而且形成较大生产能力，其硫酸产量也稳步增加。磷石膏、石膏是中国硫酸工业中潜在硫资源，现在已经有小批量生产能力，不过近期大规模发展现在条件尚不成熟。“十一五”期间，伴随煤制甲醇、煤制油、煤制天然气及煤制烯烃等大型煤化工项目标推进，在煤化工行业中也有越来越多硫磺回收装置。将这些硫资源合理应用势在必行。 第二章 硫磺制取硫酸工艺步骤 现现在，工艺上通常采取快速熔硫、机械过滤液硫、雾化焚硫技术。现今多采取“3+1”两转两吸阶段。而且使用中压锅炉回收焚硫阶段产生废热，利用省煤器来利用转化工序废热。两个装置全部能产生中压过热蒸汽。将经过空气净化阶段处理后干燥、洁净空气和处理后熔融态硫在焚硫炉内燃烧。产生高温二氧化硫气体，经过余热锅炉使得气体温度降低到650680，以后进入转化器。此次设计采取了转化工序经过两大步骤完成，第一次转化经过一、二、三段触媒，第二次经过第四段触媒。一次转化三个阶段全部采取外部换热，二次转换一个阶段采取空气激冷换热方法。2.1 硫磺制取硫酸特点以硫磺为原料生产硫酸，炉气不需要净化，当降温至适宜温度便可进入转化工序，转化后用酸吸收即可等到产品。此方法没用废渣、废水产生，步骤简易，投资较少。2.2 硫磺制取硫酸工艺步骤以硫磺为原料生产硫酸工艺步骤关键有：原料预处理、焚硫和转化、干燥及产品输出。用硫磺味原料来生产硫酸工艺步骤简述以下：2.2.1 原料预处理工段原料预处理工段通常包含硫磺预处理和空气预处理。硫磺预处理阶段关键是为了将固体硫磺经过加热使之变为熔融态，以后将其进行过滤处理方便于滤去原料硫磺中杂质，从而能够得到反应所需要液态硫磺。空气预处理关键目标是为了将空气中所含有水蒸气进行除去，通常将外界空气经过鼓风机通入浓硫酸干燥塔中，浓硫酸含有吸水性，能够很好将空气中少许水蒸气吸收从而能够得到干燥空气。2.2.2 焚硫转化工段焚硫转化工段是整个以硫磺为原料生产硫酸工艺中最为关键组成部分。焚硫转化工段包含两大部分内容，焚硫工序关键目标是为了将原料预处理工段处理过硫磺和空气一起送入焚硫炉中进行充足燃烧，燃烧后产生二氧化硫气体经过降温后再送入转化塔中。完成焚硫工序关键设备是焚硫炉，通常为了是通入焚硫炉中硫磺燃烧愈加充足，在焚硫炉中再增加二次空气入口，使得在焚硫炉中没有充足燃烧微量硫磺和二次空气做深入燃烧反应。转化工序关键为了完成二氧化硫催化氧化从而能够生成三氧化硫。二氧化硫催化氧化是在转化塔中完成，转化塔中装填五氧化二钒是加紧反应进程催化剂。现现在通常将转化塔中催化剂分段设置，本设计中采取四段催化剂层。将在焚硫工序生成高温二氧化硫气体经过降温至适宜温度后通入转化塔一段催化反应层，以后依次通入第二段和第三段反应层。在经过前三段反应后产生三氧化硫首先通入硫酸吸收塔。在第四段转化后产生三氧化硫也一样通入最终吸收塔。因在本设计中采取两次转化和两次吸收，而且在转化塔中分为前三段和最终一段转换层分别完成催化氧化反应，通常将转化和吸收步骤简称为“3+1”两转两吸步骤。2.2.3 吸收工段吸收工段关键是为了完成将转化工段产生三氧化硫充足吸收生成产品硫酸。三氧化硫和水结合后能够生成硫酸，然而在实际工业化生产中通常是用浓硫酸来吸收三氧化硫来生成发烟硫酸。完成吸收工段关键设备是吸收塔，在吸收塔上部进行浓硫酸喷淋，将三氧化硫在吸收塔下部通入，和浓硫酸逆流接触充足吸收生成发烟硫酸。产品输出时能够依据市场所需硫酸浓度对发烟硫酸稀释即可。2.3 废热回收工艺为了使反应阶段产生热量不被白白浪费掉，能够使液硫燃烧热、转化反应产生热量集中处理产生中压过热蒸汽。在焚硫炉出口处设置余热锅炉产生中压饱和蒸汽，将高温过热器配置在转化塔第一段，在转化三段，进入第一吸收塔之前设置省煤器，在转化四段后设置省煤器和低温过热器。对于两次转化而言将中温过热器配置在第四段出口。在整个硫磺制取硫酸过程中，硫磺和空气反应产生二氧化硫、二氧化硫转化为为三氧化硫、三氧化硫被吸收形成硫酸，这三个主体反应全部是放热反应。在不考虑装置本身散热前提下，上述三个反应所释放热量在理论上是能够完全回收利用。在焚硫转化工段产生废热占总体热量60%，吸收工段占40%。然而在中国，因为国产化制酸装置废热回收技术起步相对较晚，在上世纪70年代时制酸装置中废热回收存在装置只能回收高温废热，而且废热回收装置会常常发生事故等缺点。以后中国在引进国外优异制酸技术和生产装置后，废热回收情况得到显著改善。在焚硫转化工段中，废热锅炉、省煤器和过热器为关键废热回收装置。通常将废热锅炉设置在焚硫炉后端，现在较多采取火管锅炉。在转化工段通常配置有省煤器和过热器。因为吸收工段废热品级较低，所以回收技术相对较复杂。上世纪80年代以后，中国自主研发了以下多个回收低温废热技术和方法。A. 用热脱盐水来升高进入除氧器水温，这么能够降低蒸汽消耗。B. 生产热水供给到居民生活区，让居民有效利用。C. 生产热水供给到其它生产装置中。 第三章 物料衡算 3.1 设计要求：设计任务：年产10万吨硫酸制备；年生产日：按300天计算；生产原料：以硫磺为原料；尾气排放形式：生产过程中含硫尾气以二氧化硫形式排放到大气中；吸收规范：依据大气污染物综合排放国家标准（GB 16297-1996）之要求，限定二氧化硫最高排放标准为960mg/m3,吸收率大于99.5%；建厂地址：湖南省长株潭地域。3.2 物料衡算 3.2.1 物料衡算缘由 （1）依据下达任务书中所确定方案、产品生产规模、年运行时间和具体操作方法。（2）在此次设计中所包含关键化学反应式、投料百分比、转化率、总收率、选择性、催化剂状态和催化剂是否能够回收利用。（3）原料进料方法、产品输出分离方法、每一工段转化率和回收率。（4）特殊化学物质物性参数，比如熔沸点、饱和蒸汽压等。3.2.2 衡算任务这次设计任务为年产10万吨硫酸生产，生产方法为连续化生产，物料衡算关键任务为： （1）确定硫酸实际生产质量，最终产品规格和指标； （2）确定空气和硫磺消耗量，硫酸最终收率；（3）确定最终“三废”排放量；（4）各个工段物料衡算，并以此数据来进行专题运行设备设计和选型；（5）制作总物料衡算表，数据能够用来完成后续物料步骤图绘制。3.3 每个工段物料衡算3.3.1硫磺燃烧工段物料衡算此次设计任务为年产10万吨硫酸生产，产品硫酸浓度为98.8%，所以硫酸产量为：以一小时为基准，因硫磺和硫酸中硫原子个数比为1:1，则由硫酸质量为13722.22Kg，能够推算出理论上需要硫磺质量为4667.42Kg。然而实际原料中，因硫磺中还含有杂质，取硫磺含量为96%，则所需硫磺质量为：3.3.2 转化工段物料衡算在第二章中我们已经具体对硫磺制取硫酸工艺过程中各个参数和物性指标全部得到了优化，现利用这些数据进行具体计算。（1） 标准通气量有上述计算可知硫酸产量为13722.22Kg/h,在第二章经论证决定在转化工段进气组成中，二氧化硫浓度定为9%，氧气浓度定为8.6%，总转化率为99.5%，吸收率为0.99975 。进入转化器气量以一小时为基准，则有标准通气量 进入第一段转化器温度为420，负压为10Kpa,则实际通气量 炉气成份：依据已经有生产经验，通常冷激气体是气体总量16%左右。能够计算出炉气分配表，见表3-2表3-2 炉气分配比气体进转化器一段炉气/ Kmol冷激炉气/ Kmol二氧化硫140.7622.52氧气134.0621.45氮气1289.2206.27累计1564.02247.36（2）物料衡算这次设计使用两转两吸方案，转化以“3+1”模式分四段进行，第一次转化有三段，第二次转化只有一段。通入转化器时候，二氧化硫浓度为9%，氧气浓度为8.6%。第一段转化率为60%，第二段为80%，第三段为90%，第四段也就是最终转化率达成99.5%。 第一次转化时： 第二次转化时： 第三次转化时： 第四次转化时： 在第二次吸收时，二次吸收总吸收率能够达成99.975%。出口气体组成如表3-3所表示表3-3 出口气体组成成份表气体二氧化硫三氧化硫氧气氮气气量/ kmol0.720.4164.031289.2百分比%0.05090.14854.64993.5083.3.3 吸收工段物料衡算 1. 第一吸收塔所需工艺水及硫酸量第一吸收塔98.3%硫酸去第四转化段硫酸水溶液工艺水N2 O2 SO2 SO3图3-1第一吸收塔物料衡算简图上图为吸收工段第一吸收塔步骤简图，由图能够计算出硫酸和工艺水用量。（1） 硫酸使用量计算 三氧化硫总物质量是转化工段第一、第二、第三阶段产生三氧化硫总和。由反应式，则有：则反应所产生硫酸质量为31727.5Kg，所需水质量为5827.5Kg。吸收所需要浓度为98.3%硫酸质量则第一吸收塔出口处硫酸混合液质量为 （2）工艺水计算设所需水量为x,则由下式解得所需工艺水量为6376.4Kg。2. 第二吸收塔所需硫酸级工艺水计算第二吸收塔硫酸水溶液工艺水SO2 O2 N2 SO398.3%硫酸放空图3-2第二吸收塔衡算示意图上图为吸收工段第二吸收塔步骤简图，由图能够计算出硫酸和工艺水用量。（2） 硫酸使用量计算 三氧化硫总物质量是转化工段第一四阶段产生三氧化硫总和。由反应式，则有：则反应所产生硫酸质量为1434.72Kg，所需水质量为263.52Kg。吸收所需要浓度为98.3%硫酸质量则第一吸收塔出口处硫酸混合液质量为 （2）工艺水计算设所需水量为x,则由下式解得所需工艺水量为287.75Kg。3.3.4 物料衡算表上述各个工段物料衡算见表3-4所表示表3-4 各个工段物料衡算汇总表进 料出 料工段物料名称组成质量或体积物料名称组成质量或体积硫磺燃烧工段硫磺96%4667.42Kg二氧化硫9%140.76Kmol氧气21%274.76Kmol氧气21%134.06Kmol氮气78%1289.2Kmol氮气78%1289.2Kmol转化工段二氧化硫9%140.76Kmol二氧化硫0.051%0.7Kmol氧气21%134.06Kmol三氧化硫0.149%20.41Kmol氮气78%1289.2Kmol氧气4.65%64.03Kmol氮气93.51%1289.2Kmol吸收工段工艺水6376.4Kg硫酸混合液368694.12Kg工艺水287.75Kg硫酸混合液16672.96Kg第四章 热量衡算4.1 热量衡算依据热量衡算关键围绕热力学第一定律来进行，即能量守恒定律。然而在本设计中具体计算中，还需要参考化工热力学中热力学定律，和查阅无机化学和化工工艺手册中物性参数等综合来完成热量衡算。4.2 确定热力学参数4.2.1 热力学参数本设计中所包含物质热力学参数见表3-1所表示：表3-1 物质热力学参数一览表物质温度/K 2986.657277.17236.7167.82927.3 298-296.8-300.1248.239.9 298-395.7-371.1256.850.7 2988.680205.15229.4 2988.670191.60929.1 298-285.83-237.17869.9175.2914.2.2 等压热容各个工段热量衡算能够依据等压热容定义式(式4-1)计算 （4-1）表4-2 参与反应物质Cp 一览表物质ABCD氧气6.713-8.79E-074.17E-06-2.54E-09二氧化硫5.6971.60E-02-1.19E-053.17E-09三氧化硫7.5861.72E-02-1.89E-055.27E-09氮气7.44-3.24E-036.40E-06-2.79E-094.3 计算依据 4.3.1 衡算数据在本设计中，焚硫炉所需要氧气物质量为140.02 Kmol；转化器所需要氧气物质量为134.06 Kmol，因为氧气起源为空气净化车间，所以在输送氧气时后续工段所需要氧气全部是在净化以后全部先通入焚硫工段。则氧气通入量为274.08Kmol。氮气物质量一直为1289.2Kmol。进入转化器三氧化硫物质量为140.76 Kmol。（注：以上数据全部是以一小时为基准）4.3.2 计算过程依据在本设计中包含到了换热设备，其遵照平衡方程式 (4-2)式中： Q1进入设备物质所带来热量，Kj； Q2反应过程热效应，Kj； Q3离开设备物质所带走热量，Kj； Q4加热或冷却设备时所消耗热量，Kj； Q5装置向外界所散失热量，Kj。4.4 每个工段热量衡算4.4.1 焚硫工段（1） Q1 计算（进入设备物质所带来热量） (4-3)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-3 所表示：表4-3 物质Cp 一览表温度A(氧气）B（氮气）1406.7046.997单位为 每种物质所带入热量计算 计算时忽略杂质Q1。（2） Q2 计算（反应过程热效应）焚硫工段过程热效应为在焚硫炉内热效应。通常以0为基准来进行反应过程热量衡算。在反应过程中难免会有副反应发生，然而副反应存在对整个过程热量衡算来说几乎能够忽略不计。每次全部只计算主反应热量，对于副反应则忽略。查化学工程手册能够得到在25时各个物质生成焓见表4-4所表示表4-4 物质生成焓一览表温度A（硫磺）B（氧气）C（二氧化硫）25277.070-296.8单位为Kj/mol。由生成焓计算式 (4-4)焚硫工段所发生反应为。则在140时硫生成焓为在140时二氧化硫生成热为（3） Q3 计算（离开设备物质所带走热量）在焚硫炉内硫磺和氧气充足燃烧生成二氧化硫，此时还有氮气和氧气剩下，此反应为放热反应，但焚硫炉内温度一直保持在140左右。 (4-5)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-5 所表示：表4-5物质Cp 一览表温度A(氧气）B（二氧化硫）C（氮气）1406.70410.5076.997单位为 各物质Q3 计算 其中杂质Q3 忽略不计。(4) 计算 (4-6) 由式4-6能够计算值为3485846.1Kj。4.4.2 转化工段计算转化工段反应式为 (1) Q1 计算（进入设备物质所带来热量） (4-7)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-3 所表示：表4-6 物质Cp 一览表温度A(氧气）B（氮气）C（二氧化硫）4306.7147.3567.356单位为 每种物质所带入热量计算 计算时忽略杂质Q1。 (2) Q2 计算（反应过程热效应）转化工段过程热效应为在转化塔内热效应。通常以0为基准来进行反应过程热量衡算。在反应过程中难免会有副反应发生，然而副反应存在对整个过程热量衡算来说几乎能够忽略不计。每次全部只计算主反应热量，对于副反应则忽略。查化学工程手册能够得到在25时各个物质生成焓见表4-7所表示表4-8 物质生成焓一览表温度A（二氧化硫）B（氧气）C（三氧化硫）25-296.80-395.7单位为Kj/mol。由生成焓计算式 (4-8)则在430时二氧化硫生成焓为在430时二氧化硫生成热为(3) Q3 计算（离开设备物质所带走热量）在焚硫炉内二氧化硫催化氧化为三氧化硫，此时还有氮气和氧气剩下，此反应为放热反应，但焚硫炉内温度一直保持在430左右。 (4-9)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-5 所表示：温度A(氧气）B（二氧化硫）C（氮气）D（三氧化硫）4306.7147.9897.35612.152表4-9 物质Cp 一览表单位为 各物质Q3 计算 其中杂质Q3 忽略不计。 （4）计算 (4-10)由式4-10能够计算值为5740438.43Kj。4.4.3 吸收工段热量衡算吸收工段反应式为 (1)Q1 计算（进入设备物质所带来热量） (4-11)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-11 所表示：表4-11 物质Cp 一览表温度A(氧气）B（二氧化硫）C（氮气）D（三氧化硫）1506.71310.5857.00411.874 单位为 每种物质所带入热量计算 计算时忽略杂质Q1。 (2)Q2计算（反应过程热效应） （4-12）由式4-12可得吸收工段热效应为(3) Q 3计算（离开设备物质所带走热量）在吸收塔内三氧化硫被硫酸吸收生成硫酸产品，此时还有氮气和氧气剩下，此反应为放热反应，但焚硫炉内温度一直保持在150左右。 (4-13)通常见0作为反应标准。 Cp 计算Cp 计算能够应用热容和温度关联式来计算，经过计算所得到物质Cp 见表4-12 所表示：表4-12物质Cp 一览表温度A(氧气）B（二氧化硫）C（氮气）D（三氧化硫）1506.71310.5857.00411.874 单位为 各物质Q3 计算 其中杂质Q3 忽略不计。 （4）计算 (4-10)由式4-10能够计算值为1159009.9Kj第五章 关键设备设计和选型在以硫磺为原料生产硫酸装置中,焚硫和转化是最为关键关键步骤。即使现有生产技术和运行装置全部相对比较优异,然而当在实际工业化生产中愈加需要深入技术革新，同时愈加应该和时俱进，时刻遵照“环境保护”和“节能减排”这两大主旨。在此次设计中，关键对焚硫转化工段中关键设备进行具体叙述，这么能够愈加直接、方便指导硫酸实际生产。5.1 熔硫工段（包含原料准备工段）空气净化工段关键设备有空气鼓风机，熔硫工段关键配置有输送机、熔硫槽、过滤助虑槽、液体硫磺过滤器、液硫贮槽、精硫槽、硫磺泵等，专题管道采取夹套管。以下对关键设备进行简述。5.1.1 空气鼓风机空气鼓风机是以硫磺生产硫酸比较关键设备之一，其运行是否良好直接关系到此工艺稳定性和连续性，也是开车阶段最为关键控制部位。评价一台鼓风机性能是否良好，除了要看它是否满足工艺条件，还要综合其是否能长久运行和有良好操作弹性，另外还需考虑其成本低、噪声小等原因。大型鼓风机关键有离心式和轴流式两种类型。因为轴流式鼓风机结构相对复杂，造价、安装成本较高，所以在国外生产硫酸装置中通常采取离心式空气鼓风机。空气鼓风机驱动方法有电驱动和蒸汽驱动两种方法。蒸汽驱动使用设备是背压式蒸汽透平直接驱动鼓风机，蒸汽是用设备在运行时附带产生中压过热蒸汽。优点是直接利用了一部分生产装置所产生蒸汽，使得另一部分蒸汽送入发电系统进行发电，这么降低发电机组负荷和整个硫酸生产装置用电负荷。即使蒸汽驱动方法装置成本比电驱动方法成本高，不过综合总投资效益，这种方法选择是合理。 5.1.2 液体硫磺泵在熔硫工段设备中，液体硫磺输送拟选择屏蔽泵。熔融态硫磺输送时温度在140左右，为了不产生主轴密封渗油现象，采取屏蔽泵型式。 5.1.3液体硫磺过滤器此次设计使用卧式叶片液体硫磺过滤器。熔融态硫磺中掺杂硅藻土一起进入卧式叶片过滤器，在叶片过滤网表面上形成硅藻土滤饼层，达成标准液体硫磺在叶片框架内流动，最终一起输出。每次在一定时间清理硅藻土滤饼层时，在顶盖配置自动液压将顶盖打开，叶片框架直接能移出设备外面，当在处理滤饼时候，清理完成后，自动放进设备和顶盖关闭。该设备含有结构紧凑，过滤效果好优点。5.2 焚硫转化工段焚硫转化工段关键设备有焚硫炉、热力设备关键包含过滤器、废热锅炉、省煤器等、转化塔、热热换热器、冷热换热器。专题管道是用来输送气体，大部分管道是钢板现场卷制或是直接购置螺旋管。此次设计焚硫炉内部要配置耐火砖，换热器、热力设备、转化器和管道全部需要保温。5.2.1 焚硫炉 硫磺和空气燃烧反应速率较快，焚硫炉结构相对比较简单，本设计使用卧式焚硫炉。用最多是喷雾焚硫炉。焚硫炉结构为最外层设置钢壳，里面配置有二层隔热砖，二层耐火砖。炉内硫磺喷枪使用高压喷嘴型式，增设空气导流装置用以加强雾化效果。进口干燥空气和雾化后液体硫磺同方向进入焚硫炉炉内，炉子中部设有二次空气方便燃烧愈加充足。炉体上部设有遮雨棚，预防热量散失，支座为鞍式支座，设有固定支座和活动支座。图5-1 焚硫炉结构示意图焚硫炉燃烧能力弹性较大，通常控制在12.5 之间。在实际生产过程中，由经验可得，容积为1m3焚硫炉，大约能够天天能够燃烧1t左右硫磺，能够用来生产3t硫酸。燃烧能力较高焚硫炉一天能够燃烧2t硫磺。但通常规律显示，大型炉能力偏大，小型炉能力偏小。关键原因是炉体内气速和雾化情况不一样造成。5.2.2 转化塔转化塔是确保二氧化硫催化氧化为三氧化硫关键设备。转化塔长久在高温环境下作业，还要处理腐蚀性气体在转化塔各个阶段温度不一样所产生不一样膨胀热应力。在各个转化阶段绝对不能许可有毒气体逸出，另外还要满足最终生产要求而达成一定转化率。所以，转化塔需要综合各个原因来选择。现在转化塔在结构上有中心筒式结构和积木式结构两种形式。中心筒式结构转化塔中设置两个同心立式圆筒，内部直接使用中心管，既能够支撑隔板和催化剂重量，又能够作为部分反应气体通道。积木式结构转化塔平地球冠盖立式回筒形容器，内部结构为自下而上若干支撑柱和桩柱支撑隔板和格栅。以上两种形式转化塔在中国大型制酸装置中全部有所应用。图5-2 转化塔结构示意图在转化反应中，因在每一转化阶段需保持适宜温度，所以需要在反应时设置换热设备来立即移走热量使得反应顺利进行。通常采取两种方法来达成换热目标一个是绝热操作，这是通常普遍采取方法。另外一个是恒温操作，该方法受到反应设备体积限制通常采取较少。5.2.3 废热锅炉废热锅炉也是硫酸生产装置中最为关键设备之一，有时锅炉发生故障是造成开车不顺利关键原因，所以性能良好锅炉是硫酸生产工艺长久、安全运行必需条件。硫磺生产硫酸装置中废热锅炉有两种形式，一个是火管锅炉，另外一个是水管锅炉。这两种形式锅炉在中国形成成熟设计经验。在中国硫磺生产硫酸装置中，大多采取火管锅炉。火管锅炉含有没有炉气滞留区、气流分布均匀、能过承受较高气体压力、不易发生局部腐蚀、安全可靠。火管锅炉管板采取绕性管板用以吸收火管热膨胀，为了减小管板和火管焊缝应力，在前管板增设特殊材料加以保护。为了降低管板两侧温差应力，能够采取特殊管套加以保护。为了确保焊缝可靠性，能够采取特殊焊接形式。废热锅炉有双锅壳单汽包和单锅壳单汽包两种形式，双锅壳单汽包造价高、占地较大，而且对烟气控制要求较高。所以通常选择单锅壳单汽包废热锅炉。因焚硫炉出口炉气温度较高。用来降低进入转化器一段气体温度高温调控阀和高温副线全部需要内衬，而在实际生产过程中因温度较高其损耗也较严重。此时能够将焚硫炉出口和废热锅炉进口直接连接，把废热锅炉直接分为两段式，转化器一段高温副线在废热锅炉两端引出，此时阀门和管道温度易于控制，选择一般阀门和不锈钢管段就能满足生产要求。图5-3 第一废热锅炉（水管废热锅炉）结构图图5-4 第二废热锅炉（低温过热器）结构图5.2.5 过热器通常在转化器一段炉气出口设置高温过热器，因为炉气温度较高，则应考虑高温热应力影响。在硫磺生产硫酸装置中，高温过热器有立式内支撑不锈钢结构和卧式悬吊管内衬结构。卧式悬吊管内衬结构过热器，炉气进口和转化器出口直接相连，底部配置有固定支座。立式内支撑不锈钢结构过热器设置为垂直烟道横向冲刷式，外形为箱式结构，烟道流向是侧进上出。过热器本身包含外壳、中温过热管束、高温过热管束、喷水降温器和支座组成。将水平支撑蛇形螺旋翅片管结构作为过热器受热面，蒸汽流向为上进下出，恰好和烟道气逆流换热，过热器管束安装在其内部管板上，能够自由膨胀。高温过热器在进口前烟道管道上设置有喷水降温器，能够调整过热蒸汽温度，喷水采取锅炉给水，这种结构过热器安全可靠、占地小。省煤器、高温过热器和低温过热器换热管和焊缝，既需要进行100%超声波探伤，还需要有100%涡流探伤检验。5.3 干吸工段5.3.1 干吸塔高效干吸塔系统是将高效填料塔、高效除雾器、高效分酸器、填料支承结构形式和塔尺寸、喷淋酸喷淋密度等原因统一考虑，优势互补，从而形成高效率、高强度吸收塔。用以达成最终工艺要求。干吸塔属于塔结构范围，塔体采取立式圆筒型结构，碳钢内衬耐酸砖，通常使用高铝制耐酸瓷填料支撑结构，有则采取高开孔率、大跨度耐酸高铝瓷条梁。干吸塔通常采取进口网垫式或国产抽屉式金属丝除雾器。第一吸收塔酸温度高、颗粒较小、雾量大，为了预防后面换热设备不被损耗，可采取高效纤维除雾器，在第二吸收塔为了使尾气能够达成国家标准，也采取高效纤维除雾器。 图5-6 干吸塔结构示意图5.4 焚硫炉设计和计算5.4.1 焚硫炉基础性能包含：（1） 耐高温，能确保炉膛内有足够高热强度；（2） 雾化效果很好；（3） 隔热效果很好，能确保焚硫炉外侧温度低于60；（4） 耐腐蚀性能良好，不易堵塞；（5） 消耗材料较少，制造和安装方便。5.4.2 焚硫炉设计基础本设计采取卧式喷雾式焚硫炉，炉体大致结构全部比较简单，只有喷嘴结构相对较复杂。因为本设计在焚硫炉之前还设有鼓风机，则喷嘴选择低压喷嘴即可达成生产要求。图5-7是焚硫炉设计简图。图5-7 焚硫炉设计简图5.4.2 焚硫炉设计要求表5-1 焚硫炉关键工艺参数和特征炉膛操作温度/炉膛操作压力/kPa雾化方法 喷硫量 1014140机械雾化2.32 空气流量/ 空气温度/液流温度/ 设备外壳温度/35034103.514060 5.4.3 焚硫炉主体尺寸计算5.4.3.1 炉膛容积焚硫炉炉膛容积，依据总有效容积来计算，由式5-1 所表示； （5-1）式中：V焚硫炉炉膛容积，m3Q焚硫炉有效热量，Kj/h;q炉膛容积热强度，Kj/(m3h)5.4.3.2 容积热强度当焚硫炉炉膛容积一定时，炉膛容积热强度越高，焚硫炉生产能力越大。但生产能力过大会使炉膛温度超出正常范围，在操作上产生不利原因。如表5-2所表示。表5-2 焚硫炉容积热强度炉型容积热强度喷嘴形式卧式293000377000低压喷嘴卧式240000380000低压喷嘴卧式（古巴毛阿镍厂）515000机械喷嘴卧式（日本三井）670000机械喷嘴5.4.3.2 硫磺燃烧时热效应硫磺在焚硫炉内燃烧过程中，先是液态硫磺蒸发，空气和硫磺蒸气混合，气流中氧气和硫磺发生反应，产生二氧化硫