Tiểu luận thiết kế nhà máy sản xuất axit sunfuric

1 Tóm tắt nội dung đề tài: “Thiết kế nhà máy sản xuất axit sunfuric suất 240.000 Tấn/năm” Chương TỔNG QUAN 1.1 Tính chất axit sunfuric 1.2 Ứng dụng axit sunfuric 1.3 Tình hình sản xuất, tiêu thụ axit sunfuric Việt nam giới Bảng 1.1 bảng 1.2 trang “Luận văn…” 1.4 Nguyên liệu sản xuất axit sunfuric - Pirit thường, pirit tuyển nổi, pirit lẫn than, lưu huỳnh nguyên tố, thạch cao, khí lò luyện kim màu, khí H2S, khói lò, axit sunfuric thải … 1.5 Các qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric 1.5.1 Giới thiệu chung Nhìn chung, công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc gồm giai đoạn sau: chuẩn bò nguyên liệu; sản xuất khí SO 2, tinh chế khí SO2, oxi hóa có xúc tác SO thành SO3, hấp thụ SO3 để tạo H2SO4 (hoặc oleum); hoàn thành sản phẩm Đối với công nghệ sản xuất H2SO4 theo phương pháp nitrozo nguyên lí từ khí SO2; song để oxi hóa thành SO3 cho sản phẩm H2SO4, người ta dùng NO2 hay dung dòch axit HNO3 1.5.2 Cơ chế lí hoá qui trình 1.5.2.1 Đốt nguyên liệu - Đốt pirit: phương trình tổng quát sau: t FeS + 11O2 → 2Fe2O3 + 8SO2 + 3415,7kJ o t FeS + 8O2 → Fe3O4 + 6SO2 + 2438,2kJ o - Đốt S: S có lực lớn với oxi, cháy không khí cho lửa màu xanh bền phát nhiều nhiệt: S + O2 = SO2 + 297 kJ - Đốt H2S: Phản ứng cháy sau: 2H2S + O2 = 2H2O + 2S S + O2 = SO2 - Đốt thạch cao CaSO4 = CaO + SO2 – 489,6 kJ 2CaSO4 + C = 2CaO + 2SO2 + CO2 – 566,2 kJ 1.5.2.2 Làm khí Nếu sản xuất H2SO4 từ nguyên liệu S H 2S không cần thiết có công đoạn làm khí Vì khí H 2S (thu từ khí thải) rửa cẩn thận nên sau đốt, S nguyên chất nên không cần làm khí 1.5.2.3 Quá trình oxi hóa SO2 thành SO3 Phản ứng oxi hóa SO2 : SO2 + 0,5O2 = SO3 + Q Trong trường hợp xúc tác oxit kim loại SO tác dụng với oxi nguyên tử (có thành phần xúc tác) nằm bề mặt xúc tác Như vậy, phản ứng gồm giai đoạn: Hấp thụ SO2 lên bề mặt xúc tác Oxi hóa SO2 oxi phân tử oxit kim loại (chất xúc tác) nằm bề mặt xúc tác Nhả SO3 khỏi bề mặt xúc tác Hấp thụ oxi pha khí vào chất xúc tác hoàn nguyên xúc tác 1.5.2.4 Hấp thụ SO3 H2SO4 thành oleum Đầu tiên SO3 hòa tan vào dung dòch H 2SO4, sau phản ứng với nước đó: nSO3 + H2O = H2SO4 + (n-1)SO3 Tùy theo tỉ lệ lượng SO H2O mà nồng độ axit thu khác nhau: Khi n > sản phẩm oleum Khi n = sản phẩm monohidrat (axit sunfuric 100%) Khi n < sản phẩm dung dòch axit loãng 1.5.3 Các yếu tố ảnh hưởng 1.5.3.1 Đốt nguyên liệu lưu huỳnh: Đối với lưu huỳnh bẩn, tro cặn bám vào ống truyền nhiệt làm giảm hệ số truyền nhiệt, làm tắt vòi phun Nồng độ oxi khí lò có ảnh hưởng đến trình đốt, hệ số dư không khí tỉ số khối lượng oxi không khí khối lượng oxi cần đốt lớn nhiệt độ lò cao 1.5.3.2 Làm khí: Ở điều kiện làm việc bình thường nước không ảnh hưởng đến xúc tác vanadi gây ngưng tụ axit thiết bò truyền nhiệt (công đoạn tiếp xúc) thiết bò làm nguội SO tạo mù axit (công đoạn hấp thụ)… Vì phải sấy khô hỗn hợp khí trước đưa sang công đoạn 1.5.3.3 Oxi hóa SO2 thành SO3 - nh hưởng nhiệt độ đến nhiệt phản ứng số cân oxi hóa SO2 - nh hưởng nhiệt độ áp suất đến mức chuyển hóa SO2 - Nhiệt độ thích hợp – ứng với mức chuyển hóa xác đònh nhiệt độ mà tốc độ phản ứng đạt giá trò cực đại - nh hưởng nhiệt độ áp suất đến mức chuyển hóa cân - nh hưởng nhiệt độ đến số tốc độ phản ứng oxi hóa SO - Động học trình oxi hóa SO2 chất xúc tác vanadi - nh hưởng nhiệt độ đến tốc độ phản ứng oxi hóa SO - nh hưởng hoạt tính vài chất xúc tác đến tốc độ phản ứng oxi hóa SO2 - nh hưởng mức chuyển hoá đến lượng xúc tác cần dùng oxi hoá SO2 - nh hưởng mức chuyển hoá đến lượng xúc tác cần dùng oxi hoá SO2 - nh hưởng nồng độ SO2 đến suất tháp tiếp xúc - nh hưởng chiều dài mao quản đến mức sử dụng bề mặt bên xúc tác - nh hưởng đường kính hạt xúc tác đến tiêu hao chung - nh hưởng tốc độ khí đến đường kính thích hợp hạt xúc tác mức chuyển hoá khác 1.5.3.4 Hấp thụ SO3 H2SO4 thành oleum - nh hưởng nồng độ nhiệt độ axit đến hệ số K0 - nh hưởng nồng độ nhiệt độ axit đến hiệu suất, tốc độ hấp thụ SO3 - Cân nước hệ thống: 1.5.4 Các qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric: - Qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ quặng pirit: sơ đồ cổ điển có nhiều điểm mâu thuẫn làm cho dây chuyền sản xuất axit sunfuric trở nên phức tạp (hình 1.6 trang 28 “luận văn …”) - Qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp xúc tác ướt từ H2S có đặc điểm nồng độ SO2 vào tháp tiếp xúc thường giữ cao nồng độ thích hợp, nồng độ sản phẩm đạt 92 – 94% hiệu suất chuyển hóa SO2 thành SO3 đạt 97 – 98% 5 - Qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ thạch cao: phải tốn thêm nhiệt lượng để tách nước kết tinh (CaSO4.2H2O) nồng độ SO2 khí thu thấp - Qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ lưu huỳnh (phần thuyết minh rõ mục 3.1.3) Chương NĂNG SUẤT THIẾT KẾ - ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY 2.1 Năng suất thiết kế - Năng suất thiết kế: 240.000 /năm - Tính theo acid sunfuric: 31250 kg/h - Số ngày làm việc: 320 ngày/năm - Số ca: 03 ca/ngày - Số giờ: 08 giờ/ca 2.2 Đòa điểm xây dựng nhà máy Với suất thiết kế 240.000 tấn/năm chọn vò trí thiết kế nằm khu công nghiệp Phú Mỹ (Nam Sài Gòn) Chương QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 Lựa chọn qui trình công nghệ sản xuất 3.1.1 Lập luận chọn lựa qui trình công nghệ sản xuất 3.1.2 Biện luận dây chuyền thiết bò  Dây chuyền công nghiệp: Dây chuyền công nghệ sản xuất H2SO4 từ nguyên liệu lưu huỳnh sơ đồ tiếp xúc kép gồm thiết bò sau: - Bể nấu chảy lưu huỳnh - Lò đốt lưu huỳnh - Tháp sấy không khí 6 - Thiết bò giải nhiệt - Tháp chuyển hoá SO2 - Tháp hấp thụ oleum - Tháp hấp thụ acid - Tháp tách giọt sau hấp thụ, tách giọt sau sấy - Tháp xử lý khí  Chọn thiết bò dây chuyền sản xuất - Bể nấu chảy lưu huỳnh: chia làm ngăn nhỏ có dạng hình chữ nhật, chiều dài ngăn khoảng 2m rộng khoảng 1,5m (được cấu tạo thép) bên có ống trao đổi nhiệt bão hòa 14atm ống - Lò đốt lưu huỳnh: Chọn lò đốt kiểu nằm ngang có cấu tạo thép, hình trụ bên có lớp gạch chòu nhiệt gạch chòu lửa, đường kính m, chiều dài 15 m - Tháp chuyển hoá: ta cần chọn loại tháp chuyển hoá tầng xúc tác cố đònh - Các tháp hấp thụ: chọn tháp hấp thụ dạng đệm sành chòu tốt môi trường acid - Các thiết bò lại: Tháp sấy khí, Tháp tách giọt, Thiết bò truyền nhiệt 3.1.3 Thuyết minh qui trình công nghệ: (phần thuyết minh rõ trước hội đồng) 3.2 Cân vật chất lượng: Chọn suất 240.000 tấn/năm = 31250 kg/h Thời gian làm việc 24 giờ/ngày, 320 ngày/năm Khối lượng S thực tế (99,9%S) cần: m S = 15032,8 kg/h 3.2.1 Cân cho bể nấu chảy lưu huỳnh: kết bảng 3.1 & 3.2 trang 41,42 3.2.2 Cân cho lò đốt lưu huỳnh: Nhiệt độ nguyên liệu lưu huỳnh lỏng vào lò đốt :140 0C Thành phần lưu huỳnh lỏng : 99,9% Độ tro nguyên liệu : 0,05% Hàm lượng Cacbon : 0,05% Lượng nguyên liệu lưu huỳnh lỏng vào lò :15032,8 kg/h Nhiệt độ không khí vào lò : 40 0C Hàm lượng hỗn hợp khí SO2 lò : 12%V Nhiệt độ cực đại khí lò chọn : 1090 0C Nhiệt độ cực tiểu khí lò : 999 0C Nhiệt độ mặt tường lò chọn : 996 0C Nhiệt độ mặt tường lò chọn : 169 0C Kết bảng 3.3 trang 41 & 3.4 trang 50 3.2.3 Tính tháp tiếp xúc chuyển hóa từ SO2 thành SO3 Chọn thiết bò chuyển hóa lớp xúc tác (lớp xúc tác I, II đặt dưới; III, IV, V đặt Sau lớp I, II làm nguội gián tiếp; sau lớp III, IV làm nguội trực tiếp (bổ sung không khí nguội vào) Các bảng số liệu tổng hợp gồm bảng 3.20, 3.21, 3.22, 3.23 trang 71 ÷ 72 3.2.4 Tính tháp sấy không khí: xem bảng 3.24 trang 74 & bảng 3.25 trang 76 3.2.5 Tính tháp hấp thụ - Tháp oleum: bảng 3.26 trang 77 bảng 3.27 trang 78 - Tháp axit: bảng 3.28 trang 80 bảng 3.29 trang 81 Chương TÍNH CƠ KHÍ 4.1 Tháp sấy không khí : bảng 4.1 trang 86 4.2 Tháp hấp thụ 4.2.1 Tháp oleum: bảng 4.2 trang 89 4.2.3 Tháp axit: bảng 4.3 trang 92 4.3 Tháp chuyển hóa SO2 thành SO3 4.3.1 Thời gian trình chuyển hóa : Thời gian chuyển hóa tổng cộng : τ = τ1 + τ2 + τ3 + τ4 + τ5 = 0,301 + 1,037 + 1,415 + 1,046 + 0,994 = 4,793 s 4.3.2 Tính lượng xúc tác lớp: bảng 4.9 trang 102 4.3.3 Kích thước thiết bò trở lực lớp tiếp xúc: bảng 4.9 trang 102 4.3.4 Tính toán khí - Bề dày thân tháp: 20mm - Tính nắp thiết bò : dày 20mm - Tính đáy thiết bò : dày 250mm - Mâm đỡ xúc tác: dày 75mm - Tính cửa khí vào - lớp I,vào – lớp II, vào lớp III, khỏi lớp V: - Tính cửa khí vào bổ sung: - Cửa sửa chữa 4.4 Bề mặt truyền nhiệt : 4.4.1 Bề mặt truyền nhiệt dòng khí: Bảng 3.10 trang 113  Dòng khí sau lò đốt, sau lớp xúc tác thứ I: - Dòng khí sau lò đốt vào nồi hơi: - Dòng khí sau lớp xúc tác thứ I vào thiết bò đốt nhiệt:  Thiết bò truyền nhiệt : - Dòng khí sau lớp xúc tác thứ II: - Dòng khí sau lớp xúc tác thứ V: 4.4.2 Dàn làm lạnh oleum axit : Bảng 4.11 trang 117 - Dàn làm lạnh oleum tưới tháp oleum: - Dàn làm lạnh axit tưới tháp axit: - Dàn làm lạnh axit tưới tháp sấy không khí: 4.5 Các thiết bò phụ: 4.5.1 Quạt gió: Chọn quạt khí có công suất HP, suất 25 m3/s 4.5.2 Bơm: - Bơm lưu huỳnh lỏng: Chọn bơm li tâm có công suất ½ HP - Bơm axit tưới tháp sấy không khí: Chọn bơm li tâm có công suất ¼ HP - Bơm oleum tưới tháp oleum: Chọn bơm li tâm có công suất 50 Hp bơm mắc nối tiếp - Bơm axit tưới tháp axit: Chọn bơm li tâm loại công suất 60 HP: bơm, loại 50HP: bơm mắc nối tiếp - Bơm nước tưới dàn lành làm lạnh + Bơm nước tưới dàn lạnh ôleum: Chọn bơm li tâm có công suất HP + Bơm nước tưới dàn lạnh axit tưới tháp axit: Chọn bơm li tâm có công suất HP + Bơm nước tưới dàn lạnh axit tưới tháp sấy: chọn bơm li tâm có công suất 1¾ HP + Bơm nước cung cấp thiết bò truyền nhiệt: chọn bơm li tâm có công suất HP 4.5.3 Các bồn chứa : Chương TÍNH KINH TẾ 5.1 Đánh giá hiệu kinh tế theo tiêu doanh nghiệp 5.2 Tính điện 5.3 Tính nước 5.4 Giá thành sản phẩm 5.5 Năng suất lao động 10 5.6 Thời gian thu hồi vốn Chương BIỆN PHÁP XỬ LÝ MÔI TRƯỜNG Chương NGUYÊN TẮC AN TOÀN 11 TRÌNH BÀY TRƯỚC HỘI ĐỒNG : Qui trình công nghệ: Lưu huỳnh rắn sau nấu chảy bể (22), lắng tách cặn bể (21) đưa vào lò đốt (4) Không khí dùng để đốt sấy khô axit sunfuric đậm đặc tháp sấy (1) Hỗn hợp khí SO khỏi lò có nhiệt độ 999-10900C làm nguội nồi (5) để hạ nhiệt xuống 440-450 0C vào tháp tiếp xúc (7) chuyển hóa khí SO2 thành SO3 [lớp xúc tác I,II dưới; III, IV, V trên] Hai lớp đầu làm nguội gián tiếp nhờ thiết bò (6), (8), (9) lớp sau làm nguội trực tiếp (bổ sung không khí nguội vào) Khí khỏi tháp tiếp xúc qua làm nguội (10) vào tháp hấp thụ oleum (11), tưới dung dòch oleum 110%H 2SO4 thu sản phẩm oleum, khí chưa hấp thụ hết cho qua tiếp tháp hấp thụ axit (12), tưới dung dòch H 2SO4 98,3% thu sản phẩm dung dòch H2SO4 98,8% Do hiệu suất trình hấp thu đạt 99,9% nên lượng khí dư qua thiết bò xử lí (14) trước thải môi trường Mặt nhà máy: Tổng diện tích 20.000 m2 nằm khu công nghiệp Phú Mỹ (Nam Sài Gòn) Mặt bố trí hình vẽ bao gồm: Khu hành chánh văn phòng, khu sản xuất chính, khu sản xuất phụ, kho nguyên liệu, kho thành phẩm, phòng thí nghiệm, tổ điện – khí, nhà ăn – nghỉ ca, bãi xe, hồ nước, … Tháp chuyển hóa tiếp xúc Đường kính tháp 8m, cao 18,8m (kể nắp đáy), bề dày thân nắp 20mm, đáy dày 250mm Bảng 3.21 Tổng hợp mức chuyển hóa nhiệt độ khí Lớp chuyển hóa I II III IV V 12 Mức chuyển hóa X Nhiệt độ vào (0C) Nhiệt độ (0C) Thời gian tiếp xúc (s) 0,68 450 581 0,301 0,889 0,9478 0,97 0,98 470 460 440 430 510 471 444 432 1,037 1,415 1,046 0,994 [...]... hấp thụ oleum (11), tại đây tưới dung dòch oleum 110%H 2SO4 thu sản phẩm oleum, khí chưa hấp thụ hết cho qua tiếp tháp hấp thụ axit (12), tại đây tưới dung dòch H 2SO4 98,3% thu sản phẩm dung dòch H2SO4 98,8% Do hiệu suất của quá trình hấp thu đạt 99,9% nên còn lượng khí dư qua thiết bò xử lí (14) trước khi thải ra môi trường 2 Mặt bằng nhà máy: Tổng diện tích 20.000 m2 nằm khu công nghiệp Phú Mỹ (Nam... bằng nhà máy: Tổng diện tích 20.000 m2 nằm khu công nghiệp Phú Mỹ (Nam Sài Gòn) Mặt bằng được bố trí như hình vẽ bao gồm: Khu hành chánh văn phòng, khu sản xuất chính, khu sản xuất phụ, kho nguyên liệu, kho thành phẩm, phòng thí nghiệm, tổ điện – cơ khí, nhà ăn – nghỉ ca, bãi xe, hồ nước, … 3 Tháp chuyển hóa tiếp xúc Đường kính tháp 8m, cao 18,8m (kể cả nắp và đáy), bề dày thân và nắp 20mm, đáy dày 250mm... vào lò đốt (4) Không khí dùng để đốt được sấy khô bằng axit sunfuric đậm đặc ở tháp sấy (1) Hỗn hợp khí SO 2 ra khỏi lò có nhiệt độ 999-10900C được làm nguội trong nồi hơi (5) để hạ nhiệt xuống 440-450 0C rồi đi vào tháp tiếp xúc (7) chuyển hóa khí SO2 thành SO3 [lớp xúc tác I,II ở dưới; III, IV, V ở trên] Hai lớp đầu làm nguội gián tiếp nhờ các thiết bò (6), (8), (9) các lớp sau làm nguội trực tiếp ... nghệ sản xuất axit sunfuric theo phương pháp tiếp xúc từ thạch cao: phải tốn thêm nhiệt lượng để tách nước kết tinh (CaSO4.2H2O) nồng độ SO2 khí thu thấp - Qui trình công nghệ sản xuất axit sunfuric. .. thuyết minh rõ mục 3.1.3) Chương NĂNG SUẤT THIẾT KẾ - ĐỊA ĐIỂM XÂY DỰNG NHÀ MÁY 2.1 Năng suất thiết kế - Năng suất thiết kế: 240.000 /năm - Tính theo acid sunfuric: 31250 kg/h - Số ngày làm việc:... dựng nhà máy Với suất thiết kế 240.000 tấn/năm chọn vò trí thiết kế nằm khu công nghiệp Phú Mỹ (Nam Sài Gòn) Chương QUI TRÌNH CÔNG NGHỆ 3.1 Lựa chọn qui trình công nghệ sản xuất 3.1.1 Lập luận