某硫酸生產(chǎn)工藝的設(shè)備計算和選型分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u24335某硫酸生產(chǎn)工藝的設(shè)備計算和選型分析案例 1105821.1塔設(shè)備 1323621.1.1塔設(shè)備簡介 1209621.1.2塔設(shè)備選型 2215141.2換熱器（以E0101為例） 6148041.2.1換熱器簡介 6240361.2.2換熱器選型 6253071.3泵 6276961.3.1酸泵簡介 611401.3.2酸泵選型 6266451.4儲罐（以硫酸儲罐為例） 772531.4.1儲罐簡介 7299121.4.2儲罐選型 749881.5鼓風機（以C0102為例） 7264261.1.1鼓風機簡介 793271.1.2鼓風機選型 8115731.6酸冷卻器（以E0104為例） 8216691.6.1酸冷卻器簡介 8205371.6.2酸冷卻器選型 887701.7除沫器（以E0102為例） 11201051.7.1除沫器簡介 11206051.7.2除沫器選型 121.1塔設(shè)備1.1.1塔設(shè)備簡介化工設(shè)備生產(chǎn)安裝過程中使用范圍最為廣泛的主要設(shè)備之一便是塔設(shè)備。塔設(shè)備通常是一組具有一定斷面形狀(截面大多是圓形)結(jié)構(gòu)、內(nèi)外支承裝置、一定總?cè)莘e、一定機械附件功能的流體容器。利用這些塔設(shè)備就可以做到將流體氣液或者流體液液介質(zhì)在塔體內(nèi)部能充分互相接觸來達到流體相際的傳質(zhì)、傳熱功能的設(shè)計目的。塔設(shè)備單元系統(tǒng)的操作結(jié)構(gòu)形式還可以有多種多樣，按照塔機內(nèi)的單元和操作機構(gòu)形式組合的方法不同也又可以再具體分為吸收塔、精餾塔、解吸塔等很多種系統(tǒng)類型。此設(shè)計項目干燥塔填料選用瓷矩鞍環(huán)，其數(shù)據(jù)如下表表1.1瓷矩鞍的特性數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)項目數(shù)據(jù)外徑×高×厚mm80×42×6外徑×高×厚mm80×42×6堆積個數(shù)n個/m38243堆積個數(shù)n個/m38243堆積密度ρkg/m3470堆積密度ρkg/m3470比表面積m2/m3101.4比表面積m2/m3101.41.1.2塔設(shè)備選型1.填料塔的工藝計算（1）液泛速度出塔氣體流量G2:399836.838kg/h，入塔酸流量L1:2377643.565kg/h，H2SO4=1800kg/m3干氣=1.13kg/m3。40℃時，硫酸的粘度為μL=12.35mPa.s，水的密度為992.2kg/m3。L1G2(ρGρL)0.5查?？送ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖1.1得圖1.1?？送ㄓ藐P(guān)聯(lián)圖由圖1.1可得縱坐標：液體校正系數(shù)：ψ=ρ水/ρH2SO4=992.2/1800=0.551令ω2×B=0.12ωC=（0.12/0.013）0.5=3.04m/s操作氣速基本為液泛氣速的50%～60%。空塔氣速：ω=ωC×50%=3.04×50%=1.52m/s（2）塔徑的計算平均氣體流量：則塔徑D：按塔徑標準圓整為3m.則實際操作速度：塔橫截面積為：（3）填料面積F(5-1)式中：G—需吸收的水量，kg/h；K—干燥速度系數(shù)，kg/(m2·h·kPa)；—干燥推動力，kPa。干燥水量：干燥速度系數(shù)：查表得瓷矩鞍填料A=0.176，干燥推動力：塔內(nèi)操作壓力為98.382KPa入塔氣體水蒸氣分壓：出塔氣體水蒸氣分壓：將以上計算結(jié)果代入式(5-1)得：填料面積:（4）填料高度H填干燥層使用50mm的瓷質(zhì)矩鞍形填料。(5-2)式中：F—填料面積，m2；—填料的比表面積，m2/m3；D—塔徑，m。由式(5-2)得：考慮到生產(chǎn)波動因素，填料高度選為7m（5）壓力降ΔP由圖1.1得填料層壓力降為：（6）填料層持酸量持酸量=硫酸液膜厚度×填料面積潤濕率:查得潤濕率與液膜厚度關(guān)系為：水液膜厚度是7mm，所以校正系數(shù)為。硫酸的液膜厚度經(jīng)校正得到0.07/0.114=0.614cm。填料層的持酸量2.干燥塔的總高度在填料及支承墊層安裝的空間高度范圍已經(jīng)大致確定工作安裝完畢后，下氣室(包括進氣、出酸管)安裝尺寸:高度約為2米；球拱安裝高度:0.4米；填料與支撐墊層高度:7.7m；填料支承層?xùn)虐?0.2米；分酸管、槽的高度:0.6米；絲網(wǎng)填料除沫層空間高度:3.66米；封頭:1.2米全塔總高度H=14.44米。3.干燥塔設(shè)計結(jié)果干燥塔計算結(jié)果如表1.2所示。表1.2填料塔主要計算結(jié)果項目項目進塔氣溫℃36推動力kPa0.99出塔氣溫℃55填料面積m26630.14進塔壓力kPa98.382填料高度m6.6出塔壓力kPa98.382淋灑密m3/m2?h1800進塔氣量m3/h361103.265壓力降Pa784.61出塔氣量m3/h360712.131填料層持酸量m340.709平均氣體流量m3/s360907.697塔高m14.44空塔速度m/s1.34填料類型矩鞍型填料塔徑m3排列形式堆放速度系數(shù)kg/m2?h?kPa0.2221.2換熱器（以E0101為例）1.2.1換熱器簡介換熱器的種類很多，本工段使用的換熱器基本都為管殼式換熱器，因為穩(wěn)定性強和適應(yīng)范圍廣等優(yōu)點，在很多領(lǐng)域都得到了應(yīng)用。不同列管式換熱器內(nèi)部結(jié)構(gòu)型式又有所不同。1.2.2換熱器選型本設(shè)計選擇應(yīng)用范圍最廣的管殼換熱器，其類型選擇固定管板式換熱器，根據(jù)工作特點選擇殼體材料為Q345R，安裝操作和運行維修相對方便一些，其換熱器管程材料為16Mn，單程管數(shù)選擇116。固定管板式換熱器構(gòu)造也較為合理簡單，在可以保證有同等厚度傳熱面板的使用條件情況下?lián)Q熱器所需采用的管殼體內(nèi)徑為最小、管板的排列緊密，使其能比其他類型換熱器排管多。對于固定管殼式換熱器系統(tǒng)來說，固定管板式換熱器采用的管板材料比大多數(shù)其他組合式換熱器結(jié)構(gòu)都相對要偏薄，所以使其價格便宜并且管內(nèi)也方便洗滌。1.3泵1.3.1酸泵簡介用于輸送稀酸類介質(zhì)的泵。1.3.2酸泵選型根據(jù)工作特點選擇FY型液下泵，其型號為150FY-35A，電機所需功率為40Kw，效率能到達80%；簡單不容易占地、安裝操作和運行維修相對方便一些。使用液下泵運輸時則需要通過著重注意所運輸液體硫酸的相對溫度、濃度變化和其中雜質(zhì)的相對含量情況來正確選取。1.4儲罐（以硫酸儲罐為例）1.4.1儲罐簡介儲罐主要用來裝存氣體、液體等化學(xué)物質(zhì)的儲運設(shè)施，在化工、石油等行業(yè)必不可少。儲罐類型品種繁多，依靠容器外觀型式主要分為立式平底的筒鼓形儲罐、臥式圓柱形儲罐兩類。1.4.2儲罐選型1.硫酸基本性質(zhì)平常的濃硫酸中的H2SO4水的質(zhì)量分數(shù)約為98.3%，其常溫液態(tài)時的總密度分數(shù)為約1.83g/cm3。[8]純硫酸沸點值通常為337℃，與一般普通的水液之間就能夠以任意的一個體積比例來實現(xiàn)互溶，同時它又因為會通過自動加熱釋放產(chǎn)生出相當大量的熱來使一般普通的水完全沸騰。在被加熱和升溫后到溫度為290℃或以上溫度時它便逐漸開始被氧化以釋放三氧化硫，在溫度達到了317℃或以上時就發(fā)生了沸騰現(xiàn)象從而開始逐漸變成共軛中硫沸石混合物。2.工藝要求硫酸必須密閉儲存在企業(yè)專用的立式硫酸罐容器內(nèi)，儲存的地點一般需要陰涼、通風性能良好，遠離火源，濃硫酸罐需要密封放在專用鋼制臥式罐室內(nèi)，設(shè)在陰涼地面下。[9]各個密封罐體間需要能夠相互有效隔開，而且也需要時常對整個罐體表面進行防腐蝕、防泄露情況檢測。另外還必須需要在整個罐體及周圍部位配備有專用泄漏保護隔離器材，并且一定要時刻準備應(yīng)急事故處理預(yù)案。3.選型結(jié)果因為硫酸沸點為(330±0.5)℃，又屬于酸性腐蝕品，所以根據(jù)其特性選擇鋼制臥式儲罐。[10]因為需要44526m3的硫酸，所以按照儲罐設(shè)計規(guī)范書我們選擇30個允許最大儲存量為1497m3的鋼制臥式儲罐，其儲罐的型號為HG5-1580-85。1.5鼓風機（以C0102為例）1.1.1鼓風機簡介按照鼓風機輸出的最大壓力，可粗略分為高壓風機、中壓風機系統(tǒng)和超低壓風機系統(tǒng)三種。二氧化硫風機的主要功能用途是運輸煙氣和并使整個焙燒制酸脫硫系統(tǒng)產(chǎn)生的脫硫壓力均保持在脫硫工藝指標所控制的范圍之內(nèi)。然后則是控制調(diào)節(jié)整個轉(zhuǎn)化脫硫系統(tǒng)中的轉(zhuǎn)化煙氣量，使之都達到脫硫轉(zhuǎn)化脫硫器溫度平穩(wěn)，并且其轉(zhuǎn)化率也達到了工藝要求，尾氣排放達到工藝標準。在干燥塔工段，鼓風機裝置起到的一項重要控制作用是及時把煙氣經(jīng)干燥塔干燥排除后生成的可燃有害氣體集中再運送一次到煙氣吸收塔。1.1.2鼓風機選型依據(jù)該風機出風量情況選擇型號為D700—13，電動機型號為JK134—2的鼓風機，其介質(zhì)為二氧化硫，操作流量為700m3/min，配電機功率為440kW。1.6酸冷卻器（以E0104為例）1.6.1酸冷卻器簡介以不透性的石墨粉材為主要制造基材加工而成的各種規(guī)格的產(chǎn)品主要為生產(chǎn)用于稀釋、冷卻硫酸水等液體的設(shè)備。也可同樣用于對各種其他粘稠液體物料所進行適當?shù)南♂尅?.6.2酸冷卻器選型選用鑄鐵排管酸冷卻器，其管徑大小有80mm、100mm、150mm等類型。熱負荷表1.3酸與水進出口溫度進口溫度/℃出口溫度/℃酸40酸50.34水35水35(1)冷卻水用量G（5-3）注：Q—熱負荷kJ/h；C—水的比熱容kJ/(kg·K)；由式（5-3）得：(2)冷卻排管的排列進口酸量準備使用管長L=2m如果每排有6層的話和每層有6根管。所以直管總的長度為，因為每一排彎頭擁有5個，因此每個直管的長度是：每排管的總長度為每排的換熱面積為：令干燥塔冷卻器共有18排，所以總的換熱面積F為：酸在排管內(nèi)流速(合格，可以采用)(3)冷卻面積F（5-4）注：Q—熱負荷kJ/h；K—傳熱系數(shù)kJ/(m2·s·K)；—平均溫差℃。①平均溫差表1.4酸與水的平均溫差類別始溫/℃末溫/℃溫差酸50.3440℃水2535℃平均溫差（5-5）由式（5-5中得：平均溫差℃②傳熱系數(shù)K℃在此溫度下的物性數(shù)據(jù)：密度：粘度：導(dǎo)熱系數(shù)：比熱容：，kJ/(m2·s·K)（5-6）注：—管內(nèi)、外的傳熱系數(shù)kJ/(m2·s·K)—管內(nèi)、外的污垢系數(shù)(kJ/m2·s·K)-1；(取)—管壁厚度m(忽略不計)—管的導(dǎo)熱系數(shù)kJ/(m2·s·K)，kJ/(m2·s·K)（5-7），kJ/(m2·s·K)（5-8）（5-9）（5-10）注：—硫酸導(dǎo)熱系數(shù)kJ/(m·s·K)；—管的內(nèi)外直徑m；Re—雷諾系數(shù)；Pr—普蘭特常數(shù)；G—冷卻水量kg/h；L—管的長度m?！蛩崦芏萲g/m3；—管內(nèi)直徑m；u—酸在排管內(nèi)流速m/s；—硫酸的粘度Pa·s；Cp—硫酸的熱容量kJ/(kg·K)；—硫酸導(dǎo)熱系數(shù)kJ/(m·s·K)。由式（5-9）和式（5-10）得：把結(jié)果代入（5-7）、（5-8）得到：kJ/（m2·s·K）kJ/(m2·s·K)將的計算結(jié)果代入（5-6）得：kJ/(m2·s·K)將K=0.229代入式（5-4）得：冷卻面積因為冷卻面積比冷卻排管總換熱面積小，所以此裝置可以運行。1.7除沫器（以E0102為例）1.7.1除沫器簡介除沫器是在進行蒸發(fā)單元時除液泡沫的裝置，[11]也防止有別的物質(zhì)進入對操作產(chǎn)生影響，因此該設(shè)備有很多形式。1.7.2除沫器選型本工段用的是上裝式設(shè)計的高效絲網(wǎng)除沫器，其過濾的效率就明顯比較高。絲網(wǎng)墊板被用來過濾墊層的除沫，其絲網(wǎng)制品則具有比原網(wǎng)表面積密度更大、質(zhì)量明顯變的輕、空隙密度變大及操作與使用皆極為的方便且安全可靠等優(yōu)點。[12]將除沫器放在干燥塔頂部。圖1.2上裝式絲網(wǎng)除沫器絲網(wǎng)除沫器的液泛氣速已知L=1800kg/m3G=1.13kg/m3（其中K=0.233）其操作氣速:取其直徑:圖1.3絲網(wǎng)除沫器圖表1.5除沫器與塔比較除沫器塔氣速高低直徑小大表1.6上裝式絲網(wǎng)除沫器主要結(jié)構(gòu)尺寸公稱直徑mm主要結(jié)構(gòu)尺寸/mm質(zhì)量/kgHH1D13001002281220