青岛科技大学硫磺车间实习报告(6)

年产3万吨硫磺生产车间工艺设计

2.1.2.2 吸收塔的物料衡算

图2-3 吸收塔工艺简图

吸收塔物料衡算结果

CHEMCAD 5.1.3 Page 5

Job Name: absorb design Date: 12/05/2006 Time: 18:36:08 FLOW SUMMARIES

Stream No. 1 2 3 4

Stream Name Temp C 35.0000 48.0000 34.2019 36.5485 Pres MPa 0.5600 5.0000 0.5500 0.6800 Enth MJ/h -19974. -22273. -22211. -20036. Vapor mole fraction 0.00000 1.0000 1.0000 0.00000 Total kmol/h 42.1946 375.3724 374.9322 42.3549

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青岛科技大学本科毕业实习与设计

Flowrates in kmol/h

Hydrogen Sulfide 0.0000 0.2917 0.0041 0.0078 S-- 0.0000 0.0021 0.0000 0.0021 Sulfur Dioxide 0.0000 0.0009 0.0008 0.0001 Carbon Dioxide 0.0000 56.8813 56.4947 0.3866 Hydrogen 0.0000 0.2810 0.2810 0.0000 Nitrogen 0.0000 317.9153 317.8739 0.0415 Water 0.2775 0.0000 0.2775 0.0000 C1-2Ethanolamine 41.9170 0.0000 0.0002 41.3571 MDEA+ 0.0000 0.0000 0.0000 0.559

2.1.3吸收塔设计

CHEMCAD 5.1.3 Page 3

Job Name: absorb design Date: 12/05/2006 Time: 18:36:08 EQUIPMENT SUMMARIES

Scds Rigorous Distillation Summary

Equip. No. 1 Name No. of stages 11 1st feed stage 1 2nd feed stage 11 Colm press drop MPa 0.1300 Top pressure MPa 0.5500 Reactive distillation Y Reflux mole kmol/h 42.2825 Reflux mass kg/h 5010.3809 Column diameter m 1.0668 Tray space m 0.6096 Thickness (top) m 0.0048 Thickness (bot) m 0.0048 No of sections 1 No of passes (S1) 1 Weir side width m 0.1587 Weir height m 0.0508 System factor 1.0000

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年产3万吨硫磺生产车间工艺设计

2.2热量衡算

2.2.1燃烧炉的热量衡算:

燃烧炉内发生的化学反应如下: 2H2S + O2 → 2H2O + 2S 2H2S + 302→2S→ 2SO2+ 2 H2O 2H2 + O2 → 2H2O CH4 + 202 →CO2+ 2H2O C2H6+ 3.502→ 2CO2 + 3H2O C3H8 + 502 → 3CO2 + 4H2O C4H10 + 6.502 → 4CO2 + 5H2O

C5H12 + 802 → 5CO2 + 6H2O

表2－8 各物质反应热 SO2 H2O(G) H2O(L) H2S CH4 C2H6 -20.146 -74.847 -84.667 组分 C4H8 -103.847 C4H10 -126.15 C5H12 CO2 反应热 -296.9 -241.82 -285.8KJ/mol 4 -142.18 -393.51 计算各物质的摩尔反应热:

ΔrH1=-241.825+2×20.146=-201.533KJ/mol

ΔrH2=-241.825×2–296.90×2+20.146×2=-1037.158 KJ/mol ΔrH3=-241.825×2=-483.7 KJ/mol

ΔrH4=-241.825×2–393.51+74.847=-802.313 KJ/mol ΔrH5=-241.825×3–393.51×2+84.667=-1427.828 KJ/mol ΔrH6=-241.825×4–393.51×3+103.847=-2041.983 KJ/mol ΔrH7=-393.51×4–285.38×5+126.15=-2874.79 KJ/mol ΔrH8=-285.838×6–393.51×5+142.18=-3540.398 KJ/mol 由物料衡算得到的数据结合上述结果计算各物质反应热:

表2-9 各物质摩尔流量

组分数 出口各组分摩尔流量mol/h S 77653 SO2 14354 C1 1820 C2 394 C3 341 C4 408 C5 916 H2O 100315

Δ1H =77653×(-201.533)=-1.56×107KJ/h

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ΔH2=14354×(-1037.158)=-1.48×107KJ/h ΔH3=100315×(-483.7)=-4.85×107KJ/h ΔH4=1820×(-802.313)=-1.46×106KJ/h ΔH5=394×(-1427.828)=-5.63×105KJ/h ΔH6=341×(-2041.983)=-6.93×105KJ/h ΔH7=408×(-2874.79)=-1.17×106KJ/h ΔH8=916×(-3540.389)=-3.24×106KJ/h 燃烧炉内的总反应热为:

Q1=∑Hi=Δ1H+Δ2H+Δ3H+Δ4H+Δ5H+Δ6H+Δ7H+Δ8H=-8.6×107KJ/h 2. 燃烧炉内由进出口物料的温差引起的热量计算:

已知燃烧炉入口温度25 ℃ 出口温度480 ℃ 由公式ΔH=∫T2T1CPdT CP=A+BT+CT2+DT3

推出: ΔHp=A(T2- T1)+1/2B(T22 –T21)+1/3(T32- T31)+1/4D(T42- T41) 已知水的热容是4.2KJ/Kg.0C 蒸发潜热是2261.11KJ/Kg

表2－10各组分的定压摩尔热容数据

物质 S CO2 SO2 H2O(g) H2S

热量衡算结果如下:

CO2：ΔHP=26.75×(753-298)+1/2×42.258×108×(7532-2982)+1/3×(-14.25×106) ×( 7533-2983)=1.03×104J/mol

Q=nΔHP=210.718/44×1.03×104=493271KJ/h

SO2：ΔHP=25.76×( 753-298)+1/2×57.91×108×(7532-2982)+1/3×(-38.09)×106×( 7533-2983)+1/48.606×109×( 7534-2984)=7310 J/mol

Q=nΔHP=918.67/64×7310=104929 KJ/h

H2O(g) ：ΔHP = 29.16×(753-298)+1/2×14.49×108×(7532-2982)+1/3×(-2.022) ×( 7533-2983) ×106=12997.9 J/mol

Q=nΔHP=4091.78/18×12997.9=2954697 KJ/h

H2S：ΔHP=26.71×( 753-298)+1/2×23.87 ×108×(7532-2982)+1/3×(-5.063×106) ×( 7533-2983)=11477.2 J/mol

Q=nΔHP=1057.67/34×11477.2=357032 KJ/h

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A 14.98 26.75 25.76 29.16 26.71 B×108 26.11 42.258 57.91 14.49 23.87 C×106 \\ -14.25 -38.09 -2.022 -5.063 D×109 \\ \\ 8.606 \\ \\ 年产3万吨硫磺生产车间工艺设计

S ：ΔHP=14.98×( 753-298)+1/2×26.11 ×108×( 7532-2982)=6816 J/mol

Q = nΔHP = 2484.89/32×6816 = 529281 KJ/h

所以Q2 = 49327 + 104929 + 2954697 + 357032 + 52281 = 3995266 KJ/h 所以总热量Q = Q1 + Q2 = -8.2×107KJ/h = 2.28×104KW

2.3 设备选型

2.3.1 反应器R102选型

反应器R102反应温度600℃0.15m/s.总质量流量：

50+48.75+2503.35+2704.38+8406.08=14202.5Kg/h=14.2t/h 故，催化剂的用量为：

14.2/2.5=5.68t

催化剂的装填密度为200Kg/m3,故，反应体积为： V1=5680/200=28.4m3

取催化剂的空隙率为0.4，由此得反应器的体积为： V=28.4/(1-0.4)=48m3

由《工业催化》 知，固定床反应器的长径比一般取6-12，本设计取7，则有： H=7D=14RV??R2H?16?R3?48 得 R=0.98m 经圆整后，反应器直径D=2.0m 反应器高度H=2.0×7=14m

，反应压力0.5MPa,重量空速2.5/h,操作气速

2.3.2泵的选取(泵201的选取)

已知A = π/4 * d2 = π/4×0.32 = 0.07m2 1/ρm =ω1/ρ1 + ω2/ρ2 + ? +ωn/ρn

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