DÂY CHUYỀN CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC SỐ
3.4.5. Tháp chuyển hóa H-
*Công dụng:
Dùng để chuyển hóa khí SO2 thành SO3 trong dây chuyền sản xuất axit sunfuric.
*Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động:
Tháp hình trụ đứng được chia thành 4 tầng riêng biệt được ngăn với nhau bằng các tấm thép, tùy theo mức độ chuyển hóa và lưu lượng dòng khí mà mỗi tầng có chiều cao bằng nhau. Vỏ tháp được làm bằng thép 20K, bên trong lót gạch chịu lửa. Trong tháp có 19 cột chống được bố trí theo các đỉnh tam giác đều. Cột chống làm bằng gang HC - 5,5 dùng để đỡ các ghi đựng xúc tác.
Ở mỗi tầng có đường ống dẫn khí vào, đi qua lớp xúc tác và ra. Các lớp xúc tác ở mỗi tầng có chiều dày khác nhau tùy thuộc vào mức độ chuyển hóa của SO2 thành SO3. Xúc tác được đặt trên những ghi đỡ làm bằng gang HC - 5,5 gồm nhiều hình tam giác định hình theo hình tròn ghép lại với nhau bằng đinh ốc và được đỡ trên những cột chống.
Xúc tác được đổ trên các ghi gồm 3 lớp như sau:
− Dưới cùng là lớp thạch anh kích thước 25 × 25 dày 50 mm có tác dụng bảo vệ xúc tác khỏi bị ảnh hưởng của sắt và tránh cho xúc tác bít kín các khe của ghi.
− Tiếp theo là xúc tác Vanadium Monsanto chiều cao thay đổi theo từng tầng.
− Trên cùng là lớp thạch anh dày 50 mm có tác dụng phân phối đều khí theo toàn bộ tiết diện ngang của tháp và giữ cho lớp xúc tác không bị xáo trộn khi dòng khí đi vào.
− Ở tầng trên cùng, gần cửa nạp khí vào có bố trí một lớp thạch anh dày 220 mm có tác dụng cản áp lực gây ra do dòng khí đi vào đồng thời phân phối đều khí trên toàn bộ tiết diện của tháp.
Việc nạp xúc tác vào tháp được thực hiện như sau: đổ xúc tác từ phía đối diện của cửa nạp đến độ cao nhất định, san bằng xúc tác rồi lùi dần về phía cửa, đóng bích và hàn chặt. Tuyệt đối không được dẫm lên lớp xúc tác làm vỡ xúc tác làm cho không sử dụng được. Trong hoàn cảnh bắt buộc, phải lót ván rồi mới được đi lên.
Để đo nhiệt độ làm việc của mỗi lớp người ta hàn vào một ống thép X17H13M2T có kích thước bằng kích thước của cặp nhiệt điện cắm vào giữ lớp thạch anh sau đó cắm cặp nhiệt điện vào. Nhờ vào kết cấu này khi cặp nhiệt điện có sự cố người ta có thể rút ra sửa chữa hoặc thay thế mà không ảnh hưởng đến hoạt động của tháp.
Cặp nhiệt điện sử dụng trong tháp là cặp loại K có thể đo nhiệt độ trong khoảng 0 - 12000C. Dòng vào do nhiệt độ đã được khống chế ở những giai đoạn trước nên chỉ lấy tín hiệu tại một vị trí; dòng ra lấy tín hiệu ở 3 vị trí, mỗi vị trí cách nhau góc 1200, giá trị nhiệt độ thể hiện được lấy trung bình cộng của 3 vị trí đó.
Cửa vào và ra của dòng khí được thiết kế hình chữ nhật có kích thước 500 × 800 mm có tác dụng tránh tạo xoáy khi HH khí đi vào đồng thời phân phối đều khí.
HH khí SO2 được dẫn vào tầng thứ nhất ở đỉnh tháp. Sau khi thực hiện xong quá trình phản ứng, HH khí được dẫn ra ngoài trao đổi nhiệt để hạ nhiệt độ xuống rồi lại tiếp tục dẫn vào lớp thứ hai. Sau khi ra khỏi lớp thứ hai, do quá trình phản ứng sinh nhiệt nên nhiệt độ HH khí lên cao, phải tiếp tục dẫn ra ngoài trao đổi nhiệt trước khi đưa trở lại vào lớp thứ ba tiếp tục quá trình chuyển hóa. HH khí sau khi đã ra khỏi lớp thứ ba đã đạt được một độ chuyển
hóa nhất định (gồm chủ yếu là SO3) nên được dẫn sang tháp hấp thụ để được dung dịch axit hấp thụ tạo oleum.
Lớp xúc tác thứ tư dùng để chuyển hóa phần khí SO2 chưa phản ứng được hồi lưu về tháp sau khi đã hấp thụ.
*Thông số kỹ thuật:
Lưu lượng khí SO2 vào tháp: 15888 Nm3/h Nồng độ khí SO2 vào tháp: 10 – 11% thể tích
Chất xúc tác: Vanadium Monsanto, kích thước φ10 × 10 Số lớp xúc tác: 4 Chiều cao các lớp xúc tác: Lớp 1: 710 mm Lớp 2: 615 mm Lớp 3: 615 mm Lớp 4: 681 mm Nhiệt độ khí (0C): Bảng 3.3. Nhiệt độ khí vào và ra ở các lớp xúc tác Vào Ra Lớp 1 420 601 Lớp 2 430 513 Lớp 3 430 454 Lớp 4 430 445 Kích thước bao: 4200 × 4200 × 12140. Khối lượng không tải: 158000kg.
*Ưu, nhược điểm:
+ Ưu điểm: Thực hiện quá trình chuyển hóa triệt để hơn so với tháp chuyển hóa của quy trình 1. Khống chế được nhiệt độ của HH khí, tận dụng được nhiệt của HH khí để gia nhiệt cho dòng khí trước khi đem đi đốt lưu huỳnh.
+ Nhược điểm: Kết cấu phức tạp, khó gia công, thiết kế, tiêu tốn nhiều vật liệu và các TB điều chỉnh tự động.
3.4.6.Các TB trao đổi nhiệt