氨法脱硫工艺路线设计论文 56页

化工原理课程设计设计题目：氨法脱硫工艺路线设计指导教师：陈爱兵班级：制药112班组长：孙晓庆小组成员：刘利华、刘思佳、刘圆圆、齐贺军、石阔、樊世昊完成日期：2014年6月4日 人员分工姓名学号负责领域刘利华110102219产品后处理、经济预算、制图刘思佳110102220烟囱与人梯的设置、制图、文字排版刘圆圆110102221经济预算、吸收塔尺寸及有关计算、设计说明齐贺军110102222封头及裙座设计计算、制图、设计说明石阔110102223管道的选型及其计算、保温层设计孙晓庆110102224吸收塔尺寸及有关计算、制图、设计说明樊世昊110303103风机及泵计算与选型 前言前言随着含硫燃料燃烧产生的SO2对环境的危害增大，氨法烟气脱硫工艺越来越受重视。本设计是采用氨做吸收剂除去烟气中的SO2，属于气液相反应，反应速率快，吸收剂利用率高，能保持脱硫效率95-99%，且无二次污染。氨在水中的溶解度超过20%。1995年氨法技术作为国家重点科技攻关项目列入“十五”863计划。氨法脱硫副产品硫胺是一种性能优良的氮肥，适合我国农业大国的国情。氨回收法脱硫技术是拥有我国自主知识产权的脱硫技术，因而投资更少、从长远角度更有利于在我国长期和全面的推广。WithulfurfuelcombustionsincreaseresultinginSO2harmtotheenvironentserious,ammoniafluegasdesulfurizationprocessisbeingpayedmoreandmoreattention,.theprocessusesammoniainthefluegastoabsorbSO2,belongstothegasphasereaction,thereactionrateisfastandtheabsorbentutilizationishigh,95-99%desulfurizationefficiencycanbemaintained,andnosecondarypollution.Ammoniasolubilityinwaterismorethan20%.1995ammoniatechnologyasakeynationalscientificandtechnologicalprojectiscontainedinthe"15th"863plan.Thiamineammoniadesulfurizationbyproductisanexcellentnitrogenfertilizer,suitableforChina"snationalconditionsofagriculturalcountry.AmmoniaRecoveryActdesulfurizationtechnologyistohaveourownintellectualproperty,andthereforefactoriescanpaylessinvestmentandinlong-termperspective,itismoreconduciveandworthcomprehensivepromotion.IV 前言目录前言I目录II第一章设计概论11.1产品现状11.2设计概况11.3编制依据11.4可行性分析2第二章脱硫技术介绍42.1脱硫技术原理与工艺路线42.1.1技术原理42.1.2工艺路线52.2喷淋塔概况62.2.1喷淋塔基本结构62.2.2流向选择72.2.3吸收剂的选择72.3副产品后处理过程8第三章塔设备计算说明93.1物料衡算93.2塔内烟气流速113.3塔内标准状态下烟气量113.4喷淋塔设计123.4.1喷淋塔塔高123.4.2喷淋塔的壁厚173.4.3喷淋塔的塔径183.4.4喷淋塔喷淋层193.5保温层的设计203.6手孔、人孔的设计223.7吸收塔封头的选择跟计算22IV 前言第四章工艺附属设备计算及选型244.1烟囱的计算及选型244.2管道管径的计算及选型264.3增压风机的计算及选型264.4氧化风机的计算及选型294.5氨水输送泵的计算及选型294.6浆液循环泵的计算及选型304.7侧进式搅拌器314.8翅式换热器314.9操作平台和梯子的设计32第五章硫酸铵的后处理设备355.1离心泵的设计355.1.1离心泵的结构355.1.2气缚现象365.1.3离心泵的选型365.2旋流器375.3喷雾干燥器395.4脱硫塔贮存罐40第六章副产品的处理416.1生产硫酸铵的结晶原理416.2影响硫酸铵结晶颗粒大小的因素416.3硫酸铵的相关计算42第七章成本结算与利润空间447.1设备费用447.2年运行费用44第八章工艺安全防护及优化488.1氨泄漏的预防和应急措施488.2避雷措施488.3工艺优化49IV 前言第九章设计心得50参考文献51附录52IV 化工原理课程设计第一章设计概论1.1产品现状随着我国经济的发展，工业化生产日益增加，SO2的排放也逐渐增多。据统计，我国SO2排放量目前居世界首位。大量二氧化硫的排放，使我国的酸雨污染面积迅速扩大，经济损失严重，每年仅酸雨污染给森林和农作物造成的直接经济损失达几百亿元。为了进一步响应国家“十二五规划”的政策，进一步提升我国环境的整体质量，加快国产脱硫技术和设备的研究、开发、推广和应用，实现酸雨和SO2污染控制目标成为了首要目标。因此研究开发适合我国国情的烟气脱硫技术和装置，吸收消化国外先进的脱硫技术是当前的迫切任务。1.2设计概况本设计中所需处理的二氧化硫来源于铜矿冶炼，由于环保的要求，需要将尾气中二氧化硫脱除。已知烟气排放量20万m3/h；其中二氧化硫含量为3000mg/m3。其中，烟气成分复杂，除含有硫化物以外，还含有大量的电尘、HCl、HF等其他杂质。现采用氨法吸收脱硫的工艺，将二氧化硫的排放量降低到标准要求50mg/m3。1.3编制依据※设计任务书提供的技术支持※GB/T13201-91《制定地方大气污染物排放标准的技术方法》※HJ462-2009《工业锅炉及窑炉湿法烟气脱硫工程技术规范》※JB/T1620-1993《锅炉钢结构制造技术条件》※JB/T1621-1993《工业锅炉烟箱烟囱制造技术条件》※GB50273-1998《工业锅炉安装工程施工及验收规范》※GB13271-2001《锅炉大气污染物排放标准》※GB3095-1996《环境空气质量标准》※GB/T5117-1995《碳钢焊条》※GB50041-2008《锅炉房设计规范》※DB65/2154-2004《燃煤锅炉大气污染物排放标准》50 化工原理课程设计1.4可行性分析确定设计方案总的原则是在可能的条件下，尽量采用科学技术上的最新成就，使生产达到技术上最先进、经济上最合理、生产可行的要求，符合优质、高产、安全、低消耗的原则。为此，必须具体考虑如下几点：●工艺分析氨法脱硫技术优势明显，在脱除烟气中的二氧化硫时，不产生二氧化碳(钙法每脱除1吨二氧化硫的同时产生0.7吨二氧化碳）、废水、废液和废渣。氨法技术脱硫的同时具有脱硝能力，目前很多烟气脱硫装置经检测脱硝率均在30％以上，如果今后环保排放标准提高，目前的氨法装置略加改进，脱硝率可达50％。氨法脱硫装置可以利用原锅炉引风机的潜力，大多无需新配增压风机；即便原风机无潜力，也可适当进行风机改造或增加小压头的风机即可。因此系统耗电量较常规脱硫技术减少50％以上。●经济分析应对市场情况作适当的综合分析，估计产品目前和将来的市场需求。设计应符合能量充分有效合理利用和节能原则，符合经常生产费用和设备投资费用的综合核算最经济原则，符合有用物料高回收率、低损耗率原则，也即近代所提出的“优构低耗高效”原则。具体来说，就是设备费用与操作费用应尽量低。设备费用主要包括塔体、附属设备、管材费用与加工、基建费用等，也是初投资的一次性费用。操作费用主要为电能的消耗，以及各种物料、材料的消耗。降低生产成本是各部门的经常性任务，因此在设计时，每种设备型号的选定、零部件的设计，每一个工艺参数的确定，是否合理利用热能，采用哪种加热方式，以及钙硫比和其他操作参数是否选得合适等，都需要进行考虑。而对这两种费用的影响又往往是矛盾的，所以确定设计方案要全面考虑，力求总费用尽可能低一些。因此，在进行选择时要结合具体条件，选定最佳方案。●性能分析先进性，应对目前工厂生产上和设备上存在的问题提出改进方案和改进措施，并尽可能采用国内外最新技术成果。50 化工原理课程设计安全性，对易燃、易爆、有腐蚀的物料，在设计时应格外注意，都应采用相应的设备与操作参数以确保。又如，塔是指定在常压下操作的，塔内压力过大或塔骤冷而产生真空，都会使塔受到破坏，因而需要安全装置。可靠性和稳定性，现代化生产应优先考虑运行的安全可靠和操作的稳定易控这一原则。采用可靠性强，易于控制和易保证安全生产的技术和设备。50 化工原理课程设计第二章脱硫技术介绍2.1脱硫技术原理与工艺路线2.1.1技术原理氨法脱硫工艺[1]是用氨吸收剂吸收烟气中的二氧化硫，吸收液经压缩空气氧化生成硫酸铵，再经加热蒸发结晶析出硫酸铵，过滤干燥后得产品。主要包括吸收、氧化和结晶过程。（1）吸收过程：在吸收塔中，烟气中的SO2与氨吸收剂接触后，发生如下反应:在吸收过程中所生成的酸式盐NH4HSO3对SO2不具有吸收能力，随着吸收过程的进行，吸收液中的NH4HSO3数量增多，吸收液的吸收能力下降，因此需向吸收液中补充氨，使部分NH4HSO3转化为(NH4)2SO3，以保持吸收液的吸收能力。（2）氧化过程氧化过程实际上是用压缩空气将吸收液中的亚硫酸盐转变为硫酸盐，主要的氧化反应如下:氧化过程可在吸收塔内进行，也可在吸收塔后设置专门的氧化塔。而在氧化塔中发生的氧化反应仅有上面第二步反应，这是由于吸收液在进氧化塔前已经过加氨中和，使其中的NH4HSO3全部转变为(NH4)2SO3，以防止二氧化硫逸出。（3）结晶过程50 化工原理课程设计氧化后的吸收液经加热蒸发，形成过饱和溶液，硫酸铵从溶液中结晶析出，过滤干燥后得副产品硫酸铵。加热蒸发可利用烟气的余热，亦可用蒸汽。2.1.2工艺路线近年来我国发展了烟气氨法脱硫，使工艺技术得到完善和提高。目前工业化运行的几种氨法烟气脱硫,虽具体设备结构及布局有所不同，但工艺流程基本相似，脱硫装置大体可分为脱硫液浓缩、二氧化硫脱除、空气氧化及副产品回收四个系统[2]，见图2-1。图2-1氨法脱硫工艺流程图2.2喷淋塔概况2.2.1喷淋塔基本结构喷淋塔的主要特点是氨水通过循环泵的作用从上向下喷射。将塔体与滤浆池设计成一个整体，滤浆池既是塔体的基础，也是收集下落浆液的容器。●喷淋塔喷淋层喷淋层设计首先要满足脱硫效率的要求，目前对于系统脱硫效率不低于95%的吸收塔，喷淋层设计配置为3-5层，在满足吸收SO2所需的比表面积的同时，满足不同锅炉负荷和含硫量的要求，同时把喷淋造成的压力损失减少到最小，采用较多的喷淋层设计，一次性建设的投资成本相对较高，但负荷适应性和调节性能较好，运行经济性较好[3]。●除雾器50 化工原理课程设计喷淋塔内的除雾器，在正常运行状态下除雾器出口烟气中的雾滴浓度应该不大于75mg/m3。除雾器一般设置在吸收塔顶部（低流速烟气垂直布置）或出口烟道（高流速烟气水平布置),通常为二级除雾器。除雾器设置冲洗水，间歇冲洗除雾器。氨法脱硫采用的主要是折流板除雾器，其次是旋流板除雾器。●喷淋塔的选材及防腐塔本体：碳钢16MnR钢材塔内部螺栓；螺母类：6%Mo不锈钢材料；塔内壁：衬里施工前经表面预处理，喷砂除锈；内衬材料：丁基橡胶板；塔内件支撑：碳钢衬丁基橡胶。●保温层岩棉板是以玄武岩及其它天然矿石等为主要原料，岩棉板经高温熔融成纤，加入适量粘结剂，固化加工而制成的。岩棉板产品适用于工业设备、建筑、船舶的绝热、隔音等。建筑用岩棉板具有优良的防火、保温和吸音性能。它主要用于建筑墙体、屋顶的保温隔音；建筑隔墙、防火墙、防火门和电梯井的防火和降噪。●离心泵离心泵一般由电动机带动，在启动泵前，泵体及吸入管路内充满液体。当叶轮高速旋转时，叶轮带动叶片间的液体一道旋转，由于离心力的作用，液体从叶轮中心被甩向叶轮外缘（流速可增大至15～25m/s），动能也随之增加。当液体进入泵壳后，液体流速逐渐降低，一部分动能转变为静压能，于是液体以较高的压强沿排出口流出。与此同时，叶轮中心处由于液体被甩出而形成一定的真空，而液面处的压强Pa比叶轮中心处要高，因此，吸入管路的液体在压差作用下进入泵内。叶轮不停旋转，液体也连续不断的被吸入和压出。●喷雾干燥器喷雾干燥是用雾化器将原料液分散成雾滴，然后用热空气干燥雾滴，而制成产品的一种方法。原料液可以是溶液、乳浊液和悬浮液体，可以是膏状物体或熔融状态物质。喷雾干燥与其他干燥方法相比，其干燥过程很快，通常为15~30秒，甚至几秒钟。2.2.2流向选择逆流运行有利于烟气与吸收液充分接触，但阻力损失比逆流式大。而顺流又可增大了烟气与雾化液滴的接触时间。50 化工原理课程设计为使过程具有最大的接触时间，吸收操作采用逆流吸收。另一方面使烟气逆时针方向进人脱硫塔，与通过雾化器以顺时针方向进人脱硫塔的浆液雾滴形成逆向运动，进一步保证雾滴与烟气气充分均匀接触反应。2.2.3吸收剂的选择吸收操作是气液两相之间的接触传质过程，吸收操作的成功与否在很大程度上决定于吸收剂的性质，特别是，吸收剂与气体混合物之间的相平衡关系。本课程设计设备选8%氨水作为吸收剂，易于获取，价格低廉，而且吸收效果较好。2.3副产品后处理过程塔内生成的亚硫酸铵溶液与氧化风机通入的空气进行氧化反应，亚硫酸铵全部被氧化成硫酸铵，氧化后的硫酸铵溶液通过离心泵流出浆液池，经旋流器脱水后的浆液经过离心机进一步脱水，此时，硫酸铵浆液质量分数为74%。含有水分200kg/h由喷雾干燥器进一步干燥（干燥后的产硫酸铵含水分<2%）,成品硫酸铵由自动包装机包装入库。50 化工原理课程设计第三章塔设备计算说明3.1物料衡算1、烟气含硫量根据已知条件，通入的烟气量：G=20万m3/h，含二氧化硫量3000mg/m3,则可计算出烟气中所含二氧化硫量为200000×3000=6×108mg/h=600kg/h。含硫量为600÷2=300kg/h。2、二氧化硫产生量按年8000工作小时计，二氧化硫的年产生量为4.8×106kg。3、脱硫量则湿法氨水脱硫年脱除二氧化硫量为4.72×106kg。4、硫平衡表3-1硫平衡进出烟气带入的硫量300kg/h净烟气中的含硫量5kg/h脱硫效率98.3%氨水吸收的SO2590kg/h进脱硫塔总的SO2600kg/h出脱硫塔（NH4）2SO41237.5kg/h5、配氨用水量依据热量守恒得：式中—配氨用水在t下的比热容，2.22；—配氨用水的初始温度，20℃；T—烟气的进口温度100℃；—配氨用水量，kg/h；在操作温度下的烟气的比热容，1.02；—在操作温度下烟气的密度，1.29；—烟气的实际体20000；—出口烟气的温度，50℃。50 化工原理课程设计求得：＝6、喷淋塔内的压降雷诺数Re=du=1660000>2000则液体在塔内呈湍流流动，相对摩擦系数=0.0008图3-1摩擦系数与雷诺系数及相关粗糙的的关系e由上图可知，摩擦系数λ=0.02塔内阻力:+4*hf’=727.3Pa+4*100Pa=1127.3Pa式中：—摩擦阻力系数，无量纲；—塔内液体平均流速，；—液体密度，；—塔高，；—塔直径，hf’—每层喷淋塔阻力50 化工原理课程设计所以塔内压降的为1127.3Pa3.2塔内烟气流速高的烟气流速还可适当减少吸收塔和塔内件的几何尺寸，提高吸收塔的性价比。在吸收塔中，烟气流常为3～4.5m/s。许多工程实践表明，3.5m/s≤烟气流速（110%过负荷）≤4.2m/s是性价比较高的流速区域。综合考量，本设计塔内烟气流速取3.5m/s。。3.3塔内标准状态下烟气量（1）吸收塔进口烟气量Va(m3/s)计算根据标准状况下理想气体状态方程PV=nRT,将操作条件下的处理量换算成标准状况的处理量：代入数据得：烟气进口量为：81.33(m3/s)故在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为=35.86×3000mg/m3=244.0g/sV==85.4L/s≈0.0854m3/s（2）蒸发水分流量V2(m3/s)的计算烟气在喷淋塔内被氨液直接淋洗，温度降低，吸收液蒸发，烟气流速迅速达到饱和状态，烟气水分由6%增至13%，则增加水分的体积流量V2(m3/s)为：V2=0.07×81.33(m3/s)=5.7(m3/s)（标准状态下）（3）氧化空气剩余氮气量V3(m3/s)在喷淋塔内部氨液池中鼓入空气，使得亚硫酸铵氧化成硫酸铵，这部分空气对于喷淋塔内气体流速的影响是不能够忽略的，因此应该将这部分空气计算在内。50 化工原理课程设计假设空气通过氧化风机进入喷淋塔后，当中的氧气完全用于氧化亚硫酸氨或亚硫酸氢氨，即最终这部分空气仅仅剩下氮气、惰性气体组分和水汽。理论上氧化1摩尔亚硫酸氨或亚硫酸氢氨需要0.5摩尔的氧气。(假设空气中每千克含有0.23千克的氧气)又VSO2=0.0854m3/s质量流率GSO2=0.0854*1000/22.4*64g/s=0.244kg/s根据物料守蘅,总共需要的氧气质量流量GO2=0.244×0.5kg/s=0.122Kg/s该质量流量的氧气总共需要的空气流量为G空气=GO2/0.23=0.53Kg/s标准状态下的空气密度为1.293kg/m3故V空气=0.53/1.293(m3/s)=0.410(m3/s)V3=(1-0.23)×V空气=0.77×0.410m3/s=0.316m3/s综上所述，喷淋塔内实际运行条件下塔内气体流量Vg=Va+V2+V3=81.33+5.7+0.316(m3/s)=87.35(m3/s)3.4喷淋塔设计3.4.1喷淋塔塔高喷淋塔塔高分为：除雾区高度、吸收区高度、浆液池高度以及烟气进出口塔高。1、喷淋塔除雾区（h1）设计（含除雾器的计算和选型）除雾器的选型折流板除雾器折流板除雾器是利用液滴与某种固体表面相撞击而将液滴凝聚并捕集的，气体通过曲折的挡板，流线多次偏转，液滴则由于惯性而撞击在挡板被捕集下来。通常，折流板除雾器中两板之间的距离为20-30mm，对于垂直安置，气体平均流速为2－3m/s；对于水平放置，气体流速一般为6－10m/s。气体流速过高会引起二次夹带。1）数量：2套2）类型：V型级数：2级3）作用：除去吸收塔出口烟气中的水滴，以便减少烟囱出烟口灰尘量。4）选材：外壳：碳钢内衬玻璃鳞片；除雾元件：阻燃聚丙烯材料（PP）；冲洗管道：FRP；冲洗喷嘴：PP。②除雾器的冲洗覆盖率冲洗覆盖率是指冲洗水对除雾器断面的覆盖程度。冲洗覆盖率一般可以选在100%～300%之间。50 化工原理课程设计冲洗覆盖率%=(n^∏*h^2tg^2α)/A*100%式中：n—喷嘴数量，23个，α—为喷射扩散角，90A—除雾器有效通流面积，20m2H—冲洗喷嘴距除雾器表面的垂直距离，0.05m冲洗覆盖率%=(n^∏*h^2tg^2α)/A*100%=23^∏*0.05^2/15*100%=237%③为了使除雾器的雾滴去除率达到99.75%以上，根据吸收塔出口端（即除雾器入口端）雾滴颗粒直径的实际分布状况，直径大于17m的雾滴颗粒必须100％完全去除。综上所述，除雾区的最终高度确定为4.5m，即h1=4.5m2、喷淋塔吸收区的高度（h2）的计算吸收区高度[3]是最主要的，计算过程也最复杂，次部分高度设计需将许多的影响因素考虑在内。而计算喷淋塔吸收区高度主要有两种方法：达到一定的吸收目标需要一定的塔高。吸收区高度的理论计算式为h1=HOG×NOG(1)其中：HOG为传质单元高度：HOG=Gm/(Kya)（Kya为污染物气相摩尔差推动力的总传质系数，a为塔内单位体积中有效的传质面积。）NOG为传质单元数，近似数值为NOG=(y1-y2)/△ym，即气相总的浓度变化除于平均推动力△ym=（△y1-△y2）/ln(△y1/△y2)(NOG是表征吸收困难程度的量，NOG越大，则达到吸收目标所需要的塔高随之增大)。根据（1）可知：H=HOG×NOG===9.81×10（2）其中：y1,y2为脱硫塔内烟气进塔出塔气体中SO2组分的摩尔比，kmol(A)/kmol(B)50 化工原理课程设计,为与喷淋塔进塔和出塔液体平衡的气相浓度，kmol(A)/kmol(B)kya为气相总体积吸收系数，kmol/(m3h﹒kpa)x2，x1为喷淋塔浆液进出塔时的SO2组分摩尔比，kmol(A)/kmol(B)Gm气相空塔质量流速，kg/(m2﹒h)W液相空塔质量流速，kg/(m2﹒h),=mx1,=mx2(m为相平衡常数，或称分配系数，无量纲)kYa为气体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kPa)kLa为液体膜体积吸收系数，kg/(m2﹒h﹒kmol/m3)式（2）中为常数，其数值根据表3-2。表3-2温度与值的关系温度/10152025300.00930.01020.01160.01280.0143含有二氧化硫的烟气通过喷淋塔将此过程中塔内总的二氧化硫吸收量平均到吸收区高度内的塔内容积中,即为吸收塔的平均容积负荷――平均容积吸收率，以表示。首先给出定义，喷淋塔内总的二氧化硫吸收量除于吸收容积，得到单位时间单位体积内的二氧化硫吸收量。＝(3)式中：C—标准状态下进口烟气的质量浓度，kg/m3—给定的二氧化硫吸收率，％；本设计方案为98.3％H—吸收塔内吸收区高度，mK0—常数，其数值取决于烟气流速u(m/s)和操作温度(℃)；K0=3600u×273/(273+t)由于传质方程可得喷淋塔内单位横截面面积上吸收二氧化硫的量[4]为：G（y-y）=×H×50 化工原理课程设计式中：G—载气流量（SO2浓度比较低，可以近似看作烟气流量）kmol/(m2.s)Y1,y2—进塔出塔气体中SO2的摩尔分数（标准状态下的体积分数）Ky—单位体积内SO2以气相摩尔差为推动力的总传质系数，kg/(m3﹒s)a—单位体积内的有效传质面积，m2/m3.—平均推动力，即塔底推动力，△ym=（△y1-△y2）/ln(△y1/△y2)=G(y1-y2)/h1（5）吸收效率=1-y/y，按照排放标准，要求脱硫效率至少98%。二氧化硫质量浓度应该低于mg/m3（标状态）=G(y1-y2)/H=G*y1*/h1（6）又因为G=3600×将式子（5）的单位换算成kg/(m.s),可以写成=3600×（7）在喷淋塔操作温度下、烟气流速为u=3.5m/s、脱硫效率=0.983前面已经求得原来烟气二氧化硫SO2质量浓度为a(mg/)且a=3000mg/m3已知标准状态时烟气进口量为为81.33(m3/s)，在标准状态下、单位时间内每立方米烟气中含有二氧化硫质量为=81.33×3000mg/m3=244gV==85.4L/s=≈0.0854m3/s则根据理想气体状态方程，在标准状况下，体积分数和摩尔分数比值相等故y=烟气流速u=3.5m/s，y=0.105%,总结已经有的经验，容积吸收率范围在5.5-6.5Kg/（m3﹒s）之间[4]，取=50 化工原理课程设计6kg/（m3﹒s）代入（7）式可得6.5=（）/h1故吸收区高度h2=11.2m3、喷淋塔浆液池高度（h3）计算本设计中的液气比L/G是指吸收剂氨液循环量与烟气流量之比值（L/m3）。如果增大液气比L/G，则推动力增大，传质单元数减少，气液传质面积就增大，从而使得体积吸收系数增大，可以降低塔高，在一定的吸收高度内液气比L/G增大，则脱硫效率增大。但是，液气比L/G增大，氨液停留时间减少，而且循环泵氨液循环量增大，塔内的气体流动阻力增大使得风机的功率增大，运行成本增大。在实际的设计中应该尽量使液气比L/G减少到合适的数值同时有保证了脱硫效率满足运行工况的要求。湿法脱硫工艺的液气比的选择是关键的因素，对于喷淋塔，根据相关文献资料可知液气比选择2.3L/m3是最佳的数值。浆液池容量V1按照液气比L/G和浆液停留时间来确定，计算式子如下：V1=(L/G)×VN×t1=2.3×87.35×480=96.5m3式中：L/G—液气比，液气比是指吸收剂氨液浆循环量与烟气流量的比值（L/m3）。VN—烟气标准状态湿态容积，m3/h；VN=Vg=87.35m3/st1—浆液停留时间，t1=2-8min取t1=8min=480s.选取浆液池内径略大于吸收区内径V=0.25×3.14×D2×D2×h2=0.25×3.14×5.5×5.5×h2所以h3=6.5m4、喷淋塔烟气进出口高度（h4）设计根据工艺要求，进出口流速（一般为12m/s-30m/s）确定进出口面积，一般希望进气在塔内能够分布均匀，且烟道呈正方形，故高度尺寸取得较小，但宽度不宜过大，否则影响稳定性，因此取进口烟气流速为20m/s，而烟气流量为50 化工原理课程设计87.35m3/s，可得h42*20m/s=87.35m3/s，所以h4=1.34m，2×1.34=2.68m(包括进口烟气和净化烟气进出口烟道高度)综上所述，喷淋塔的总高（设为H，单位m）等于喷淋塔的除雾区高度h1(单位m)、喷淋塔吸收区高度h2(单位m)、浆液池高度h3（单位m）和喷淋塔烟气进口高度h4（单位m）相加。因此喷淋塔最终的高度为H=h1+h2+h3+h4=4.5+11.2+6.5+2.68=24.9取整25m3.4.2喷淋塔的壁厚操作压力为2*101.325kPa=202.65kPa。由于操作压力不大，假设计算壁厚小于16毫米，根据课本《过程装备机械基础》附表12-1可知16MnR钢板在此操作温度下的许用应力为=170Mpa。对于浆液池部分由于浆液会对塔壁产生压力，因此计算时还要这部分压力考虑在内，同时假设塔内的计算压力取0.207MPa（2个标准大气压）PC’=0.207+pgh（p为浆液密度1045kg/m3，g=10m/s2，h浆液池高度8.8m）所以PC’=0.207+（1045×10×8.8）/1000000=0.3MPa吸收塔（喷淋塔）的计算壁厚公式为：式中：Pc—计算压力，对于浆液池以上部分取2倍大气压，0.207MPaPC’=0.3MPaDi—圆筒或者球壳内径，为5500mm焊接接头系数，取=1.00C—壁厚附加量，取C=C1+C2C1—钢板厚度负偏差，mmC2—腐蚀裕量，mm1、对于喷淋塔顶部以下浆液池以上的部分（简称上部分）S==3.27mm根据取腐蚀裕量C2=1.00mm,查资料可得C1=0.25mm则C=C1+C2=0.25+1=1.25mm50 化工原理课程设计3.27+C=3.27+1.25=4.52mm圆整后取S=5.00mm因此脱硫塔上部分应该选用的壁厚为5.00mm的16MnR钢材，与上面的假设相符5.00mm〈16.00mm2、对于喷淋塔浆液池部分（简称下部分）S’==4.86根据取腐蚀裕量C2=1.00mm，查资料可得C1=0.5mm则C1+C2=0.5+1=1.5mm4.86+C=4.86+1.5=6.34mm圆整后取S’=7.0mm因此脱硫塔下部分应该选用的壁厚为7.0mm的16MnR钢材，与上面的假设相符7.0mm〈16.00mm3、喷淋塔计算壁厚的液压试验校核上部分：=（Di+Se）/2Se(设计实验温度为200度，170Mpa)Ρ=1.25*P*P*[σ]/[σ]t=1.25*0.202Mpa*170Mpa/170Mpa=0.253MpaSe=Sn-C=5-1.25=3.75Di=5500mm故σΤ=ΡΤ（Di+Se）/2Se=0.253*（5500+3.75）/2*3.75=185.7Mpa而0.9φσs(σ0.2)=0.9*1*274=246.6Mpa因为185.7Mpa<246.6Mpa所以符合要求。下部分：σ1Τ=Ρ’Τ（Di+S’e）/2S’e《0.9φσs(σ0.2)Ρ=1.25*P*P*[σ]/[σ]t=1.15*0.292Mpa*170Mpa/170Mpa=0.365MpaSe=Sn-C=7-1.5=5.5Di=5500mmσ1Τ=Ρ’Τ（Di+S’e）/2S’e=0.365*（5500+5.5）/(2*5.5)=182.7Mpa0.8φσs(σ0.2)=0.8*1*274=219.2Mpa因为182.7Mpa<219.2Mpa所以符合要求。综上所述，设计的材料选择，壁厚计算数值和实验强度均符合实际操作要求。3.4.3喷淋塔的塔径50 化工原理课程设计根据锅炉排放的烟气，计算运行工况下的塔内烟气体积流量，此时要考虑以下几种引起烟气体体积流量变化的情况：塔内操作温度低于进口烟气温度，烟气容积变小；氨液在塔内蒸发水分以及塔下部送入空气的剩余氮气使得烟气体积流量增大。本方案将氨液蒸发水分V2(m3/s)和氧化风机鼓入空气氧化后剩余空气流量V3(m3/s)均计算在内，以上均表示换算成标准准状态时候的流量为87.35m3/s。假设喷淋塔截面为圆形，将上述的因素考虑进去以后，可以得到实际运行状态下烟气体积流量Vg，从而选取烟速u，则塔径计算公式为：其中：Vg—实际运行状态下烟气体积流量，87.351m3/sU—烟气速度，3.5m/s因此喷淋塔的内径为取整到5.7m3.4.4喷淋塔喷淋层湿法脱硫反应是在气体、液体、固体三相中进行的，反应条件比较理想，脱硫效率为98%以上时，氨硫比(NH3/S)一般略微大于2，最佳状态为2.2-2.5，而比较理想的氨硫比(NH3/S)为2.3-2.6.，因此本设计方案选择的氨硫比(NH3/S)为2.5。由上述得到的二氧化硫的量按1:2.5的比例可得吸收时所需的NH3为392kg/h。NH3H2O为807kg/h。8%的氨水密度为970kg/m3，所以8%氨水需用量为1.0083×104kg/h。根据液气比可得所需浆液量为200.9L/s。喷嘴系统管道采用FRP材质钢管，喷嘴采用反应连接碳化硅材料,是一种防腐防锈性能优良的陶瓷材料，最典型的应用是用来制造螺旋形喷嘴，本设计采用螺旋喷嘴。1、喷嘴喷管的计算则每层喷淋塔所用的浆液量为Q1=50.23L/s而单个喷嘴流量个所以喷嘴总个数为N=4×46=184个单喷管最大流量50 化工原理课程设计单喷淋层主喷管数式中：—为单喷淋管可选最大管径，0.04m；V—喷淋管内最大流速，6m/s所以个2、喷淋层在塔内覆盖率的确定喷淋层在脱硫塔内覆盖率为：式中：AEFF—单层喷嘴在脱硫塔内的有效覆盖面积,取20m3A—脱硫塔面积。则满足喷淋要求的覆盖率需求。3.5保温层的设计1、设备的热损失计算式中：r1，r2—设备的内、外径（m）t1，t2—设备的内、外表面温度(度)1—设备材料的传热系数（w/(m.C)）H—设备筒体高度(m)50 化工原理课程设计可得2、设备的热损失价值设备的年正常运行小时数若为m，每单位热量的价值为b元，查资料为120元，则设备的年热损失价值为：W1=Q*m*b=7.5*10133、设备保温投资的年折旧费a、保温层的体积和投资体积投资式中：S1—保温材料的价格(元/m3)。经查资料可知岩棉为90.0元/平方米B—保护层的表面积和投资表面积F=2*3.14*r3*h投资W””=F*S2式中：S2—保护层的价格(元/m3)，查资料为12元每平米c.设备保温的安装费用W”””=K1*W”+K2*W””式中：K1—保温层的安装费用系数。根据保温层的厚度选取，K1一般取0.5-1.1K2—保护层的安装费用系数根据保护层材料的不同，K2选取值也不同，白铁皮一般选取0.2。d.设备保温总投资W=W”+W””+W”””设备的保侃层使用年限若为X年则设备保温投资的年折旧费为为式中：X—保温层的使用年限，一般选取7-10年。4、设备保温的年损耗值设备保温的年损耗值为设备的热损失价值与设备保温投资年折旧费之和，50 化工原理课程设计即W3=W1+W2求W3最小值时的r3的值，则为设备保温层的最经济的半径。其保温层的厚度由下式算出：d=r3-r2可得d=5553-5505=48mmd=5553-5507=46mm所以保温层应该买厚度为50mm的岩棉，保温层外包一层白铁皮做保温层的保护层。3.6手孔、人孔的设计1、手孔的设计手孔是手和手提灯能伸入得设备孔口，用于不便进入或不必进入设备便能清洗，检查，维修。可采用HG21514标准和HG21594标准（衬不锈钢），依据设计手册，本设计手孔采用165×4.5。2.人孔的设计人孔是安装或检修人员进出塔的唯一通道。人孔一般设在气液进出口处，另外在塔顶、塔釜也需要设人口。本设计在每层喷淋层处设置一个人孔，另外在塔釜处单设一个人孔，故一共要设置5个人孔。在设置操作平台的地方，人孔中心高度比操作平台高0.7m-1m。因为人孔开在立面，故在塔釜内部应设把手。把手一般以18～22mm的圆钢制造。人孔采用HG21514标准，该标准的压力范围0.6-6.4MPa，公称直径为400-600mm。衬不锈钢人孔，可采用HG21594标准。3.7吸收塔封头的选择跟计算封头是压力容器的重要组成部分，椭圆型封头由半个椭球壳和一个短圆筒（直边段）组成，因为封头的椭球部分经线曲率变化连续，所以应力分布比较均匀，易成型，是目前中、低压容器中应用较多的封头之一，而蝶形封头的边缘应力远高于其他部位，受力不均匀，故在此塔体设计中塔体上部选择标准椭圆型封头。由于塔体较高，不用设计裙座，直接由水泥面支承，故下部用平板封头。封头靠双面焊接与塔体相连，并需要探伤。50 化工原理课程设计标准椭圆型封头的长轴长度跟短轴长度之比为2：1，形状系数K=1；操作压力为两个大气压，即0.203MPa故计算压力Pc=2Pa=0.203MPa椭圆型封头厚度计算公式：δ=Pc*Di/（2*[η]^t*Φ-0.5*Pc）由《过程装备机械基础》中表12-1可查，16MnR型钢板在此温度下的许用应力[η]^t为170MPa;采用双面焊接，接头系数Φ=1.00；封头直径Di=5.5m将以上数值带入厚度计算公式得：δ=4.92mm由于GB150规定，标准椭圆封头的有效厚度不得小于封头内直径的0.15%即8.25mm，故有效厚度δ1应为8.25厚度附加量：δ+C2=11.25C1=0δ+C1+C2=11.25圆整后：δn=12δe=δn-C=9椭圆型封头的最大允许工作压力[Pw]=2*δe*[η]^t*Φ/(0.5δe+Di)计算得Pw=0.556MPa>0.203MPa故脱硫塔的椭圆型强度足够，厚度为12mm。50 化工原理课程设计第四章工艺附属设备计算及选型4.1烟囱的计算及选型1、烟囱高度的计算具有一定速度的热烟气从烟囱出口排除后由于具有一定的初始动量,且温度高于周围气温而产生一定浮力，所以可以上升至很高的高度。这相对增加了烟囱的几何高度，中国国家标准中规定：我国的《制定地方大气污染物排放标准技术》GB/T13201-91中对烟气抬升高度计算公式作如下规定：烟囱的有效高度H=烟囱的几何高度+抬升高度因此烟囱的有效高度为：式中：H—烟囱的有效高度，m；—烟囱的几何高度，m；—烟囱抬升高度，m。参照国家标准[5]，烟囱几何高度为=60m2、烟气释放热计算根据GB/3480-1991计算公式，烟气释放热式中：—烟气热释放率，；—大气压力，取邻近气象站年平均值；—实际排烟量，—烟囱出口处的烟气温度，353；—环境大气温度，；取环境大气温度=293K，大气压力=101.325kPa50 化工原理课程设计=0.35*101.325*87.346*60/353=526.507Kw.3、烟囱直径的计算设烟气在烟囱内的流速为，则烟囱平均截面积为：A=87.346/20=4.37m2则烟囱的平均直径d为：2.359m=2359mm取烟囱直径为DN2400mm，校核流速v得：.4、烟气抬升高度计算当，烟气的抬升高度式中：—烟囱出口处烟气排除速度，m/s—烟囱出口直径—烟气热释放率，；—烟囱出口处环境平均风速，m/s由石家庄环保局查数据的=3m/s则求出抬升高度为49.87m则烟囱有效高度：=60+49.87=109.87m5、烟囱阻力计算烟囱亦采用钢管，其阻力可按下式计算：式中：——摩擦阻力系数，无量纲；取摩擦阻力系数0.02；——管内烟气平均流速，；——烟气密度，；取烟气的密度：1.29kg/m³；——管道长度，；50 化工原理课程设计——管道直径，=0.02*109.87*19.32*1.29/(2.4*2)=220.43Pa4.2管道管径的计算及选型（1）管内烟气流速为，则管道直径为：式中：——烟气流量，；——烟气流速，；1.2——修正系数代入相关值得：d=2060mm（2）氨水输送泵的管道直径的计算氨水输送泵的循环量10083kg/h氨水密度为970kg/m3所以氨水输送泵的循环量为Q0=10.39m3/h，取为10.39m3/h=0.0029m3/s。取喷头流速ui=3m/s所以取35mm的管道。（3）浆液循环泵的管道直径的计算每台浆液循环泵的循环量为50.23L/s。所以141mm的管道。（4）管道的选型管道采用碳钢钢管，选用型号为DN40。4.3增压风机的计算及选型增压风机[6]50 化工原理课程设计的工作任务是将原烟气引入脱硫系统，以稳定的出口压力通过管道进去输送。根据实际需要，增压风机的位置选在进入喷淋塔之前，一方面可以防止防腐不过关的问题，一方面可以大大降低初期投资。增压风机主要作用是克服烟气阻力。增压风机的主要参数包括流量（风量）Q、全压（风压）P、功率N及效率η。湿法脱硫系统中可按烟风道的流量Q和阻力(全压)两个参数选择合适的风机型号。增压风机选择计算原则：增压风机的风量应为设备满负荷工况下的烟气量的110％；增压风机的压头应为脱硫装置在设备满负荷工况下阻力的120％（并考虑10℃温度裕量下）。增压风机的主要形式：离心式、动叶可调轴流式、静叶可调轴流式三种形式。增压风机选型计算：⑴流量计算风机入口处湿烟气流量为20万m3/h；风机入口处烟气表压为大气压，风机入口处烟气温度为100℃。那么，即Qo=31.6万m3/h=87.8m3/s增压风机的风量Q=1.1Qo=96.6m3/s=347760m3/h（2）全压计算通风机的风压与气体的密度成正比。增压风机的设计压力是基于所需压力值，并考虑20％裕量。要注意总压降△P加上脱硫系统后烟道与烟囱由于烟温下降而造成的压力损失，由此即可求出增压风机的压头P。增压风机的压头P为总压降△P和压力算损失之和。取管道流速u=3m/s。计算所需要的全压，可对通风机入口截面和塔出口截面做能量衡算（以1m3气体为基准），则有：阻力的计算雷诺数Re=du=1660000>2000则烟气在管道内呈湍流流动50 化工原理课程设计相对摩擦系数=0.0008图4-1摩擦系数与雷诺系数及相关粗糙的的关系e由上图可知，摩擦系数λ=0.02进口烟道阻力=140Pa出口烟道阻力=151Pa烟囱阻力=258.14Pa式中：——摩擦阻力系数，无量纲；——管内烟气平均流速，；——烟气密度，；——管道长度，；——管道直径，从喷淋塔入口处至增压风机烟道、增压风机出口至吸收塔入口烟道、吸收塔（包括除雾器）、吸收塔出口至出口处烟道的阻力，求出湿法脱硫系统的总压降△P。50 化工原理课程设计=1411Pa即P=(140+151+258.14+1411)×1.2=2352.17Pa增压风机的风压为2352.17Pa(3)电功率式中，Ne—电机功率，kW；Q—风机的总风量，m3/h；--通风机全压效率，一般取0.5～0.7；--机械传动效率，对于直联传动为0.95；—电动机备用系数，对引风机，=1.3；代入数据得：=3477601.32319.8/(360010000.60.95)=511.09kw则需使用型号为Y4-73-1ⅡNo29.5F（流量440874m3/h，全压：4000pa，轴功率：585KW，效率：82%）的两台风机，一备一用。4.4氧化风机的计算及选型氧化风机的作用是为吸收塔浆池中的浆液提供充足的空气。鼓风机[7]主要有3类：离心鼓风机、轴流鼓风机和罗茨鼓风机。鼓风机的选用方法与离心通风机相同。亚硫酸铵与氧气摩尔比1:2。则所需氧气量V1=590103/3222.4/1000/=413m3/h则所需空气量V2=413/0.2=2065m3/h选用2台APF-3OO的罗茨风机，参数如下表，一台备用。4.5氨水输送泵的计算及选型本装置中，用含量8﹪的氨水，因此氨水循环量为10.4m³/h。50 化工原理课程设计根据装置的需要，氨水输送泵距离喷淋塔的水平距离为3m。那么可求出泵所需扬程为其水平距离与最高喷淋层的垂直距离及所有局部阻力之和。考虑富余情况，泵的扬程要超过最少需要扬程的20﹪。取氨水在管道的流速为u=3m/s.（1）阻力计算阻力∑Hf=直管阻力+弯管阻力=3.2m式中：——摩擦阻力系数；u——管内氨水平均流速，；——局部阻力系数；——管道长度，；——管道直径，m.（2）扬程泵的扬程则H=41m那么，由泵的参数表可以得出选用的泵为DF40#G×4。4.6浆液循环泵的计算及选型浆液循环泵（吸收塔再循环泵）用于吸收塔内氨水的再循环。浆液循环量为1691m³/h，又因为需要四台循环泵，即每台循环泵的循环量为422.75m³/h。（1）阻力计算阻力∑Hf=直管阻力+弯管阻力=2.1m式中：——摩擦阻力系数；u——管内氨水平均流速，；——局部阻力系数；——管道长度，；50 化工原理课程设计——管道直径，m.（2）扬程泵的扬程则H=38.6m那么，由泵的参数表可以得出选用的泵为DF40#G×4。4.7侧进式搅拌器工业搅拌器是非标设备，它的选型是要根据物料特性，工艺要求，罐体尺寸，然后确定搅拌的电机功率、输出转速、桨叶形式、材质等。本塔需搅拌功率在350Kw/h以上，而侧进式搅拌器广泛用于脱硫、除硝以及各种大型贮罐或贮槽的搅拌。特别是在大型贮槽或贮罐中利用一台或多台一起工作，在消耗低能耗的情况下便可以得到良好的搅拌效果且此搅拌器搅拌转数一般在300-1400r/min，能达到要求，所以选择侧进式搅拌器，用5台，1台备用。4.8翅式换热器翅式换热器有如下优点：1、高效节能：其换热系数在3000～4500kcal/m2·°Ch，比管壳式换热器的热效率高3~5倍2、结构紧凑：板式换热器板片紧密排列，与其他换热器类型相比，板式换热器的占地面积和占用空间较少，面积相同换热量的板式换热器仅为管壳式换热器的1/5。3、容易清洗拆装方便：板式换热器靠夹紧螺栓将夹固板板片夹紧，因此拆装方便，随时可以打开清洗，同时由于板面光洁，湍流程度高，不易结垢。4、使用寿命长：板式换热器采用不锈钢或钛合金板片压制，可耐各种腐蚀介质，胶垫可随意更换，并可方便在、拆装检修。5、适应性强：板式换热器板片为独立元件，可按要求随意增减流程，形式多样；可适用于各种不同的、工艺的要求。6、不串液，板式换热器密封槽设置泄液液道，各种介质不会串通，即使出现泄露，介质总是向外排出。因此选择翅式换热器将进塔烟气降温到100度。50 化工原理课程设计4.9操作平台和梯子的设计一．操作平台的设计1.操作平台应设置在人孔、手孔、塔顶吊柱、液面计等需要经常检修和操作的地方。2、依据本塔总高度为25米，设置底层平台距地面4米，一共设8层，其余每层间隔为3米3、本设计塔较高，且需要设保温层和防冻层，需要经常检修和视察，操作平台宽度设计为1米。4、平台内缘与塔壁之间应留出一定空隙，以便进行设备的保温和涂漆等工作。平台内缘距保温层表面的间隙设为50mm5、支撑平台的槽钢梁沿着平台外圆周等分安排，相邻梁间的间距为1.2米。6、平台栏杆采用dp=25mm的黑铁管制成。管端予以密封，以防腐蚀性气体侵入。栏杆高度设为1.2米，中间需用双簧档。栏杆的立柱用牢固的型钢制造，间距为1.2米。7、设计平台最小均布活载荷为20000Pa，集中载荷为40000N。栏杆的任意点能承受任何方向作用的900N载荷。8、平台全部为钢结构，材料选用A3F（碳素结构钢，3代表碳量小于0.3%，F表示是沸腾钢）。9、平台铺板选用钢材，并在其上用模具敲出圆形鼓点，且开排水孔。10.、梯子尺寸结构图参见《化工设备设计全书-塔设备设计》（上海科学技术出版社）。此标准的其他其他参数设计为：设计载荷2000pa。平台宽度1.0m，栏杆高度1.0m。操作平台示意图如下：50 化工原理课程设计图4-1操作平台示意图二．梯子的设计1、不常操作的平台采用直梯。常用的设计为角度为50°的斜梯。护栏高度为1.2m。笼梯之间间隔为0.25m。2、梯子至塔体、保温层外表面的距离为350mm。3、因为操作平台间距为3m，故梯子设置安全门。4、梯子的最低一级踏步应高于地面350mm。相邻踏步的间距取300mm；5、梯子的踏步承受1000N的短期集中载荷，整个梯子承受4500N的集中载荷，扶手的任意点承受任何方向作用的900N载荷。6、梯子所有构建采用A3F。7、梯子结构为多层平台连用型。进入中间平台处梯子上的开口，与侧面通过型梯上方的开口一样，根据梯子与平台的相应位置选用右侧通过型直梯。8、梯子尺寸结构图参见《化工设备设计全书-塔设备设计》（上海科学技术出版社）。部分部件参数见表4-1。50 化工原理课程设计表4-1部件参数件号123456名称连接板螺栓螺母立柱笼条围栏规格100×10M16×40M1650×1040×640×6材料A3FA4A3A3FA3FA3F件号789101112名称连接板踏步笼条扶手安全门安全门规格100×10Φ1840×6Φ19ⅠⅡ材料A3FA3A3F低合金钢组合件组合件在上述梯子标准中，选定的梯子尺寸为：梯子总高l=38m；连接板间距=2.0m；围栏间距=1.5m.梯子详细图纸如下：图4-2梯子示意图50 化工原理课程设计第五章硫酸铵的后处理设备5.1离心泵的设计5.1.1离心泵的结构1、叶轮是离心泵的核心部分，它转速高输出力大，叶轮上的叶片又起到主要作用，叶轮在装配前要通过静平衡实验。叶轮上的内外表面要求光滑，以减少水流的摩擦损失。2、泵体也称泵壳，它是水泵的主体。起到支撑固定作用，并与安装轴承的托架相连接。3、泵轴的作用是借联轴器和电动机相连接，将电动机的转矩传给叶轮，所以它是传递机械能的主要部件。4、轴承是套在泵轴上支撑泵轴的构件，有滚动轴承和滑动轴承两种。滚动轴承使用牛油作为润滑剂加油要适当一般为2/3～3/4的体积太多会发热，太少又有响声并发热。5、密封环又称减漏环。叶轮进口与泵壳间的间隙过大会造成泵内高压区的水经此间隙流向低压区，影响泵的出水量，效率降低！间隙过小会造成叶轮与泵壳摩擦产生磨损。为了增加回流阻力减少内漏，延缓叶轮和泵壳的所使用寿命，在泵壳内缘和叶轮外援结合处装有密封环，密封的间隙保持在0.25～1.10mm之间为宜。6、填料函主要由填料，水封环，填料筒，填料压盖，水封管组成。填料函的作用主要是为了封闭泵壳与泵轴之间的空隙，不让泵内的水流流到外面来也不让外面的空气进入到泵内。始终保持水泵内的真空！当泵轴与填料摩擦产生热量就要靠水封管注水到水封圈内使填料冷却！保持水泵的正常运行。所以在水泵的运行巡回检查过程中对填料函的检查是特别要注意！在运行600个小时左右就要对填料进行更换。7、轴向力平衡装置在离心泵运行过程中，由于液体是在低压下进入叶轮，而在高压下流出，使叶轮两侧所受压力不等，产生了指向入口方向的轴向推力，会引起转子发生轴向窜动，产生磨损和振动，因此应设置轴向推力轴承，以便平衡轴向力。50 化工原理课程设计5.1.2气缚现象当泵壳内存有空气，因空气的密度比液体的密度小得多而产生较小的离心力。从而，贮槽液面上方与泵吸入口处之压力差不足以将贮槽内液体压入泵内，即离心泵无自吸能力，使离心泵不能输送液体，此种现象称为“气缚现象”。为了使泵内充满液体，通常在吸入管底部安装一带滤网的底阀，该底阀为止逆阀，滤网的作用是防止固体物质进入泵内损坏叶轮或妨碍泵的正常操作。5.1.3离心泵的选型由以上计算知每天所需的将液料两为9041kg/h，根据浆液密度1200kg/m3，可以计算出所需浆液量为：泵、锅炉送引风机的流量裕量为最大流量的5%—10%，扬程或全压裕量为最大扬程（全压）的10%—15%，即=1.10=8.25m3/hH=1.10=29.7m选用2台流量70m3/h，扬程34m的润神GMZ80—30—70系列离心泵，一台备用。表5-1离心泵型号型号流量（m3/h）扬程（m）转速（r/min）效率（%）型号功率（kw）GMZ80—30—7035708537.734321470345254Y180M-418.5抽取降液的泵：选取GDD250-20型，性能表如下：表5-2GDD250-20型性能表n/(r/min)m³/hL/sH/mNPSH/mGDD250-201480400111204.650 化工原理课程设计用两台离心泵，每台价格8800元。工业用四大离心机有三足式离心机（转速600-1200r/min）、台式离心机（多用于实验室转速0-3000r/min）、卧螺离心机（转速2500-6000r/min）、碟式分离机（转速4000-10000r/min）、管式高速分离机（转速13000-30000r/min）。根据计算选用型号为HR500-N的离心机，该HR离心机技术参数如下：表5-3HR离心机技术参数转鼓内径mm过滤区长度mm转鼓转速r/min分离因数推料次数1/min工作压力Mpa生产能力t/h机器外形尺寸mm410/500180/1801585-2000700-111550-7028-123590*1430*1620离心机使用注意:(1)离心机套管底部要垫棉花或试管垫。(2)电动离心机如有噪音或机身振动时，应立即切断电源，即时排除故障。(3)离心管必须对称放入套管中，防止机身振动，若只有一支样品管另外一支要用等质量的水代替。(4)启动离心机时，应盖上离心机顶盖后，方可慢慢启动。(5)分离结束后，先关闭离心机，在离心机停止转动后，方可打开离心机盖，取出样品，不可用外力强制其停止运动。(6)离心时间一般1～2分钟，在此期间，实验者不得离开去做别的事。5.2旋流器选择水力旋流器的依据有：①要求处理的矿浆体积Q(m3/h)；②分级粒度(或溢流最大粒度)d(mm)。首先，根据Q和d确定旋流器的直径D，一般溢流较粗和生产能力较大时，选用大规格的旋流器，反之采用小规格旋流器。当要求的生产能力很大而溢流又很细时，可采用小规格的旋流器相并联组成旋流器组。选择旋流器直径D，可参考表5-4。50 化工原理课程设计表5-4水力旋流器直径D与生产能力Q和分离粒度d的关系旋流器直径D(mm)平均生产能力Q(m3/h)溢流最大粒度d(mm)501.5～3.50～0.050给矿压力P=9.8×104Pa752.5～7.50.010～0.0601257.5～150.013～0.08015012～200.019～0.08520018～300.027～0.12425025～500.032～0.12530045～650.037～0.15035060～900.044～0.18050090～1800.052～0.240700200～4000.074～0.3401000350～6000.074～0.400其次，据已确定的旋流器直径(D)，选择其结构参数：溢流管直径(d溢)、沉砂口径(d沉)、给矿口径(d给)、圆柱体高度(H)、溢流管插入深度(h)、锥角(a)，可按以下顺序计算：d溢=(0.2～0.4)Dd沉=(0.2～0.7)d溢d给=(0.4～1.0)d溢H=(0.7～1.6)Dh=(0.5～0.8)Ha=10°～45°(粗粒分级时取大值，细粒分级取小值)。根据以上选择旋流器直径为1m，最大粒度选0.074到0.4之间，经过旋流器后含水量40%左右的硫酸铵进入离心机分离。所以最终确定旋流器的型号。选择以上参数时结合水力旋流器产品目录中所列技术规格，最终确定旋流器的尺寸。选用的旋流器为水力旋流器，型号FX–710，其性能参数如下:水力旋流器无运动部件，构造简单；单位容积的生产能力较大，占面积小；分级效率高（可达80%～90%），分级粒度细；造价低，材料消耗少。50 化工原理课程设计表5-5水力旋流器性能参数规格（FX）溢流管经  （mm）底流口径（mm）锥 角（º）最大给料粒度（mm）给料压力（MPa）处理能力（㎡/h）分离粒度（µm）710240.260.280240.260.28020160.03-0.4400-55074-2505.3喷雾干燥器①设备型号选择喷雾干燥器是在顶部导入热空气，同时浆液送至塔顶，由雾化器喷成雾状液滴，这些液滴群的表面积很大，与高温热空气充分接触后短时间内干燥，产品从塔底排除。物料干燥过程分等速阶段和减速阶段两个部分进行。等速干燥阶段，水分蒸发在液滴表面发生的，蒸发速度由蒸汽通过周围气膜的扩散速度所控制。主要的推动力是周围热风和液滴的温度，温度差越大，蒸发速度越快，水分通过颗粒的扩散速度大于蒸发速度。当扩散速度降低而不能维持颗粒表面的饱和时，蒸发速度开始减慢，干燥进入减速阶段。此时颗粒温度开始上升，干燥结束时，物料的温度近于周围空气的温度。燥器的主要能耗是热源，其作用是对经过过滤的气体进行加热，使其成为热载体进入到干燥塔内，对物料进行干燥。热源的形式有电加热和蒸汽加热两种。根据此次课题要求LPG-200满足要求，技术参考见表5-6。表5-6LPG-200技术参考LPG-5LPG-25LPG-50LPG-100LPG-150LPG-200LPG-500入口温度(℃)140-350自控出口温度(℃)80-90雾化器转速250002550100150200500雾化盘直径(rpm)6022000215001800016000电加热最大功率(kw)8120150占地长度(m)1.631.51208199 占地宽度(m)1.1塔体高度(m)1.7544.55.277.512.5喷头吊装高度(m)--2.72.83.55.568水份蒸发(kg／h)5255010015020050050 化工原理课程设计②喷雾干燥特点：喷雾干燥简化了工艺流程，省去了蒸发、结晶、过滤、粉碎和筛分等工序。可以由液体直接得到固体颗粒。干燥时间很短，节省了时间。5.4脱硫塔贮存罐冲洗管道用水量来设计系统提供了一个大型抽空的、因维修工作而关掉烟气时用来储存大量硫酸氨浆液的储罐，称为硫酸铰储罐（有的公司称为紧急储罐）。该罐储量的设计是能接纳以下几项的总量：脱硫塔氧化槽容量＋工艺管道容量。脱硫塔和贮存罐间的浆液输送由脱硫塔废浆液输出泵承担。脱硫塔贮存罐设计成在15％含量的悬浮固体颗粒浓度下运行（相对的，氧化槽的浓度为5％）。以便化肥厂无预警故障时，脱硫系统仍能工作。当脱硫系统的脱水装置需维修时，浆液可直接泵人该储罐而不中断脱硫系统运作。一旦维修工作结束，浆液可直接从储罐泵人脱水系统。50 化工原理课程设计第六章副产品的处理6.1生产硫酸铵的结晶原理硫酸铵从母液中结晶出来，要经历两个阶段：一是要形成过饱和的硫酸铵母液，当过饱和达到一定程度时，便自发的形成晶核；二是晶核逐渐长成为大颗粒结晶。通常这两个过程是同时进行的。母液的过饱和程度既是硫酸铵分子向硫酸铵结晶表面扩散的推动力，也是晶核生成的推动力。当溶液的过饱和度低时，这两个过程进行速度都较慢，晶核生成速度要更慢这些，故可以得到大颗粒硫酸铵结晶；当溶液的过饱和程度高时，这两个过程进行速度都较快，晶核生成速度要更快一点，故得到的是小颗粒硫酸铵结晶。因此溶液的过饱和度应当控制在适当的范围内。6.2影响硫酸铵结晶颗粒大小的因素影响硫酸铵结晶颗粒大小的因素有以下几点：（1）母液酸度母液酸度的提高不能保持有利于晶体成长所必须的过饱和度，同时母液黏度增大，增加了硫酸铵分子扩散阻力，阻碍了晶体正常成长，因此随着母液酸度的提高，硫酸铵结晶平均粒度下降，晶形也从长宽比小的多而颗粒转变为有胶结构趋势的细长六角棱柱形，甚至成针状。但是，母液酸度也不易过低。否则，氨的回收率下降、易造成堵塞及母液产生泡沫操作条件恶化。母液酸度的控制依所采用的工艺不同而异。鼓泡式饱和器正常操作时的母液酸度为4%~6%；喷淋式饱和器正常操作时的母液酸度为3%~5%；酸洗塔正常操作时的母液酸度为2.5%~3%。（2）母液温度通常在一定的温度范围内晶体的生长速度随母液温度的升高而增大，且由于晶体各棱面的平均生长速度比晶体沿长向生长速度增长较快。故提高温度有助于降低长宽比而形成较好的晶形。同时，由于晶体体积增长速度变快，可将母液的过饱和度控制在较小范围内，减少了晶核生成。又因母液年度降低而增加了硫酸铵分子向晶体表面的扩散速率，有利于晶体长大。适宜的母液温度是在保证母液不被稀释的条件下，采用较低的操作温度，并使其保持稳定和均匀。一般母液温度控制在50~55℃。50 化工原理课程设计（3）母液搅拌母液搅拌的目的在于使母液酸度、浓度和温度均匀，使细粒结晶在母液中呈悬浮状态，延长其在母液中的停留时间，提高传质速率，这些均有利于结晶长大。另外也起到减轻器内堵塞的作用。（4）晶比晶比系指悬浮于母液中的硫酸铵结晶体积对母液与结晶总体积的比值。晶比太小，不利于晶体长大，而且母液密度降低，酸焦油与乳化物不易与母液分离而污染产品。晶体太大，晶粒间摩擦机会增多，大颗粒结晶易破碎；减少了氨与硫酸反应的空间，不利于氨的吸收；母液搅拌阻力增加，搅拌不良；易发生堵塞。因此必须控制晶比。（5）杂质杂质对晶体生长速率有明显影响，在一定的过饱和度下，杂质较多对生长起抑制作用，在极端的情况下，可完全抑制晶面的生长。杂质对晶体生长的影响原因有以下几种情况：晶面吸附了杂质原子或离子后被毒化，不再是生长的活性点，柱形结晶变成针形；吸附了杂质后，晶体生长时需要排除杂质，致使生长率下降，晶粒小，杂质的存在使过饱和度小，导致生成大量晶核。6.3硫酸铵的相关计算1、氧化亚硫酸铵所有空气量的计算氧气氧化亚硫酸铵过程中，要使其完全氧化，要通入过量的空气。本设计取亚硫酸铵与氧气摩尔比1:2.则所需氧气量V1=590103/3222.4/1000/=413m3/h则所需空气量V2=413/0.2=2065m3/h2、硫酸铵质量分数的计算W=硫酸铵质量/总质量=660/（660+200）=74%W代表进入干燥器时硫酸铵的质量分数。3、产品质量的计算进入干燥器时，假定含水量为200kg/h，产品质量为660kg/h。根据水分量和质量分数可以选则干燥器型号。50 化工原理课程设计第七章成本结算与利润空间7.1设备费用表7-1设备费用一览表名称型号数量单价（万元）金额（万元）喷淋塔GCT130300氨水输送泵DF40#G2（1备用）1.533.06折流板除雾器11212喷嘴184120.23离心泵GDD250-2010.881.76氧化风机Y-4-73IIN0029.5F2(1备)48旋流器FX-71020.51保温层岩棉450平方米90元/m24.05侧进式搅拌器WT-JBQ50.673.35翅片式换热器236浆液循环泵DF40#G2（1备）1.533.06罗茨风机APF-3002(1备)1.252.5离心机HR500-N10.50.5喷雾干燥机LPG-20011010总金额356.51万元评估说明：此处报价不包括各类管道，浆池，烟囱等，它们包含在工程费用中征地费用：假定5亩，土地补偿费按2万元/亩，10万元。安置补助费、地上附着物和青苗补偿费的等费用总共5万，共投入15万元。工程费用：100万元。厂房建设及人工费用：120万元。（其中25人每天150元/d）三项费用合计，投资费用为：589.75万元。7.2年运行费用运行费用主要有：电费、水费、脱硫剂费用、人工费，税费等。50 化工原理课程设计表7-2主要用电设备功率估算表名称型号数量电机功率（KW/h）总功率（KW/h）氨水输送泵DF40#G148.0748.07浆液循环泵DF40#G148.0748.07氧化风机Y4-73-1IINo29.5F1159159罗茨风机APF-30011111离心机HR500-N13737喷雾干燥机LPG-2001150150总功率453.14KW电源采用380V,50HZ交流电，按电费0.55元/kWh，年运行8000小时计。电费共453.14×8000×0.55=199.38万元。水费：主要包括氨水中，冲洗除雾区所用水，清洗仪器等，为kg/h，按30180kg/h，30.18t/h计算，水价2.2元/吨计，年运行8000小时，每年工艺水费用为：2.2×8000×30.18=53.1168(万元)。④脱硫剂费用：近年来，随着合成氨企业总体技术水平的不断提高，我国合成氨年产量也在快速增加，相关统计数据显示：2000年至2008年，其年产量增加了1685.8万吨，达到了世界年总产量的33.6%，居世界首位。截至2008年底，我国现有合成氨企业达522家，除西藏、青海、上海等少数省市外，均有相关企业分布。随着企业竞争的加剧，我国合成氨企业呈大型化方向发展，年产8万吨的企业达202家，其生产总量占全国合成氨总量的78.32%[2]。合成氨企业的分布特别是中型、大型合成氨企业的广泛分布，为氨法脱硫广泛应用于火力发电机组提供了稳定的保障。图7-1是国内所有脱硫装置皆使用氨法烟气脱硫所需脱硫剂氨与合成氨年总产量的比较。50 化工原理课程设计图7-1氨法脱硫需要氨量和全国合成氨总产量比较由图可见，即使国内所有的烟气脱硫装置皆使用氨法脱硫技术，所需的脱硫剂氨也不足国内合成氨总产量的20％。可见，我国合成氨的总产量可以完全满足火力发电厂全面应用氨法脱硫的发展要求。采用氨法脱硫后，未减少市场的总氮容量，还增加了硫元素的供给，这对改善我国土壤结构、促进农业增产将都带来积极影响[3]。吸收剂费用初步估算表表7-3剂费用初步估算项目用量(t/h)液氨单价(元/吨)年消耗量(t)年药剂费用(万元)氨水1200080001280人工费：本脱硫除尘系统由于运行、维护管理简便，安排16人进行日常管理、维护，月工资为2500元，年费用为180万元。税费：所得税缴纳：根据国家税收规定，所得税按应纳税所得额计算，税率为33%。50 化工原理课程设计纳税人每一纳税年度的收入总额减去准予扣除项目后的余额为应纳税，此处的收入只考虑副产品经营收入万元。此处的准予扣除项目为纳税人应支付给职工的工资，按照计税工资扣除。假定职工每月2500元的工资为计税工资，则应纳税额为：18×33%=5.94万元。设备检修及折旧费按建造设施、设备费用的1.19％计算，为10万元。表7-2投资成本报价表分类项目费用/万元合计/万元投资费用主要设备费用（万元）356.51589.75征地费用（万元）15工程费用（万元）120年运行费用电费（万元/年）199.41712.2水费（万元/年）53.2吸收剂费用（万元/年）1280人工费用（万元/年）180税费所得税（万元/年）5.945.94总投资2303.46万元50 化工原理课程设计第八章工艺安全防护及优化8.1氨泄漏的预防和应急措施氨又称液氨，它是有毒可燃气体。氨的用途较为广泛，可制作铵盐、硝酸铵和尿素，还可用做冷藏库的制冷剂等等，氨易溶于水，能形成氢氧化铵的碱性溶液，氨在20℃水中的溶解度为34%，1份水能溶700份液氨，氨的水溶液叫氨水。为运输及储存便利，通常将气态的氨气通过加压或冷却得到液态氨，在生产、储存、运输、使用过程中如发生泄漏、易引起燃烧爆炸或中毒事故，处置不慎，将会造成严重后果。液氨泄漏的因素[8]：1)胶管发生脱落、断裂。2)皮管胶圈坏或漏。3)充装阀填料外漏或内漏。4)罐车阀门爆。一旦发生泄漏，应采取以下应急救援措施：1）迅速撤离污染区至上风处，并立即隔离150M，严格限制出入，切断火源。建议应急处理人员戴自给正压使呼吸器，穿防静电工作服。2）发生事故的岗位，应迅速查明事故的发生源点及原因，凡能切断气源消除事故的则以自救为主。泄漏源点自己无法控制的，应向指挥部报告，并提出抢修措施。3）根据事故状态及危害程度作出的应急决定，并命令其成员立即开展工作，配戴好防护面具，进入毒区查明有无中毒人员，迅速将中毒人员脱离现场抢救；并用水冲洗泄漏部位，减少氨雾弥漫。如事故扩大时应请求支援。8.2避雷措施避雷针[9]是将雷电吸引到雷电吸引到自己身上来，并通过接地装置安全的将雷电流泄入大地，避免了它所保护范围内的物体遭受雷击。避雷针分三部分组成，即接闪器、引下线、接地装置。烟囱避雷针结构如下图所示：50 化工原理课程设计图8-1烟囱避雷针塔体以及塔内的设备、管道、构架、电缆金属外皮等较大金属物和突出屋面的放散管、风管等金属物，均应接到防雷电感应的接地装置上。按照第三类工业建筑物标准防雷。8.3工艺优化1、氨逃逸率随着吸收液pH值、浓度和液气比的增加,氨逃逸量逐渐增多。为减少氨逃逸,保证高脱硫率,可控制pH=5.5-6.0，液气比在2-3L/m3，进口烟气温度在90~110℃较为合适。[9]2、减少投资在塔前喷淋塔降温措施时，需增加喷淋的入口烟道长度以增强降温效果[11]；入口烟道倾角的最佳取值为6-12°；入口烟道底面距浆液池液面高度取值在2.7m左右范围时，塔内整体性能较好；提高空塔气速对整个塔内的流场趋势影响不大，但随着速度增大，塔内压力损失及颗粒的逃逸量都会随之增大，因此，在某种特定情况下，可采取提高空塔气速的方法来减少设备投资和占地面积[10]。50 化工原理课程设计第九章设计心得这次的化工原理课程设计让我们加深了对化工产业的认识，更加熟悉了氨法脱硫技术，深刻认识到学以致用、理论结合实践的真理。这次课程设计，我们运用氨法脱硫。通过查阅资料，我们知道了如何采用氨法脱硫技术以及它的具体流程。熟悉了工程设计的基本工艺流程、设计思路，明白了工程设计中的方案选定既要遵循理论上的原理，更要满足技术的可行性、经济预算的合理性、生产过程的安全性以及有效预防和合理处置意外事故等等。这些考虑使得我们的思维更加缜密，增强了我们分析并解决问题的能力。与此同时，我们作为一个团队，团结合作的意识得到增强，队员们高度负责的工作态度和集体的荣誉感得到了高度的体现，为我们以后的工作生涯做了有利的奠基。在课程设计的具体操作中，我们也遇到了很多的问题。不能拘泥于课本以及纯理论知识，要结合实际，逐步发现问题并从根本上解决问题。在处理问题的时候，我们发现了自身的不足。虽然有时进入思想误区，但随着对工作原理的深刻认知，我们不断地更正以前的错误思维，理论结合实践，最终把问题解决，从中让我们学到了很多。课程设计已接近尾声，在本设计完成之际，谨此向关怀、教诲、帮助、支持和鼓励我们完成设计的陈爱兵老师致以衷心的感谢和崇高的敬意！从课设的选题、资料收集、课程方案的设计到论文的最终完成，都凝聚了陈老师无数的心血，期间给予了我们诸多的指导和帮助。陈老师渊博的专业学识、精益求精的治学态度、严谨务实的科研精神，朴实无华的人格魅力和勤勉尽责的工作作风使我们受益终身。在老师的指导和帮助下，我们的实践能力、论文写作能力、交际能力等各方面都得到了显著提高，在此，再一次向我们的恩师陈爱兵老师表示衷心的感谢！感谢这次锻炼的机会，在这几天学习实践中，让我们得以将理论知识和实践相结合，在做设计的仅有的十天时间里，我们体会到了课设的艰辛与付出的快乐。50 参考文献参考文献[1]丁红蕾,苏秋凤,张涌新,文雯,高翔.湿式氨法烟气脱硫工艺影响因素的试验研究[J].热力发电,2014,01:96-98[2]徐长香,傅国光.氨法烟气脱硫技术综述[J].电力环境保护,2005,02:17-20[3]杨志忠,张军.吸收塔喷淋层设计经济性能分析[J].东方电气评论,2007,01:19-21[4]李荫堂,董韶峰,李军.烟气脱硫喷淋塔的容积吸收率[J].环境技术,2003,06:32-34[5]兰涛,张晓瑜,武征,孙愿,张程.锅炉烟囱高度设置合理性论证的实例分析[J].环境科学与管理,2011,02:158-163.[6]徐仲甫.《化工设备设计全书》简介[J].有色设备,1989,02:66[7]陈敏恒,丛德滋等.《化工原理》[III].化学工业出版社，2006，05[8]郑卫京等,火电厂烟气脱硫装置防蚀与防护[J].电力环境保护,1999,15（2）：23-26[9]宋桂东,万皓,邵申,产文兵,顾晓婧.氨法烟气脱硫中的氨逃逸[J].上海大学学报(自然科学版),2013,06:615-618[10]潘文惠.喷淋塔的参数化设计及数值模拟分析[D].湘潭大学,201250 附录附录附录一氨法脱硫工艺流程图附录二压力喷嘴附录三脱硫塔构造图附录四罗茨风机附录五封头附录六烟囱附录七脱硫塔旋梯及操作平台示意图附录八离心泵50