Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Tải bản đầy đủ - 0trang

Cơng Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



Có 3 loại chất xúc tác tốt nhất được ứng dụng trong sản xuất axit, đó là

Pt kim loại, oxit sắt, oxit vanadi. Trong dây chuyền sản xuất, sử dụng chất xúc

tác vanadi oxit do các ưu điểm sau :

-



Giá thành rẻ hơn so với Pt.

Độ nhiễm độc asen kém hơn Pt vài ngàn lần.

Đặc tính của xúc tác sử dụng trong quy trình :



-



Khối tiếp xúc vanadi chứa trung bình 7% V 2O5; chất hoạt hóa là các

oxit kim loại kiềm, thường dùng K2O; chất mang thường dùng là



alumino silicat.

- Khối tiếp xúc vanadin là những hạt xốp, dạng trụ, màu vàng nhạt hoặc

xanh nhạt.

- Khoảng nhiệt độ làm việc : 400 – 600 oC. Khi to > 600oC, xúc tác giảm

hoạt độ do hiện tượng kết khối các cấu tử hoạt động để tạo thành những

hợp chất không hoạt động. Khi to < 400 oC, hoạt độ của xúc tác giảm

đột ngột do sự chuyển hóa trị V5+ thành V4+ ít hoạt động hơn.

Sử dụng chất xúc tác có ký hiệu T – 210 trong lớp xúc tác 1 ( có nồng độ

SO2 cao hơn ) và CS – 110 trong các lớp tiếp xúc 2, 3 và 4 ( có nồng độ SO 2

thấp hơn ).

Loại

T – 210



Hình dáng

+ Viên trụ

+ Đường kính : 5.5mm

+ Chiều dài trung bình : 9.5 – 12mm



LP – 110 + Loại vòng.

+ Đường kính ngồi : 9.5mm

+ Đường kính trong : 4mm

+ Chiều dài trung bình : 9.5 – 13mm

CS – 110 + Loại vòng

+ Đường kính ngồi : 9.5mm

+ Đường kính trong : 4mm

+ Chiều dài trung bình : 9.5 – 13mm



Thành phần chính

V2O5 : 6 – 8%

K2O : 9 – 10%

SiO2 : 60 – 65%

V2O5 : 6 – 8%

K2O : 10.5 – 11.5%

SiO2 : 55 – 60%

V2O5 : 6 – 8%

K2O : 8 – 9%

SiO2 : 55 – 60%

Cs2O : 5 – 7%



2.1.2. Nhiên liệu

GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 16



Sử dụng

Thích

hợp

cho lớp 1, lớp

2 tháp tiếp

xúc.

Thích

hợp

cho lớp 2, 3

và 4 tháp tiếp

xúc

Thích

hợp

cho lớp 3 và

lớp 4 tháp tiếp

xúc



Cơng Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



Dầu DO và FO là nhiên liệu chính để phục vụ cho việc sấy và gia nhiệt

cho các hệ thống cơng nghệ lò, như lò đốt lưu huỳnh, tháp tiếp xúc....

2.1.2.1. Dầu DO

Nhiệt trị : 43138 kJ

Tỷ trọng ở 20oC : 850gam/lít

Nhiệt độ : 25 – 30oC

2.1.2.2. Dầu FO

Nhiệt trị : 9500 – 9800 Kcal/kg

Độ tro ≤ 0.1%

Tỷ trọng ở 20oC : 844gam/lít

2.1.3. Một số nguyên và nhiên liệu khác

Trong quá trình sản xuất H2SO4, ngồi các ngun và nhiên liệu chính thì

còn có các ngun, nhiên liệu sau :

-



Nước.

Khơng khí nén.

Khơng khí.



2.2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT SẢN XUẤT H2SO4

2.2.1. Điều chế SO2

Khơng khí ẩm ngoài trời được hút vào tháp sấy, được tạo thành khơng

khí khơ và nâng nhiệt độ lên 180 oC – 200oC và cung cấp vào lò đốt lưu

huỳnh. Lưu huỳnh qua bộ phận hóa lỏng lưu huỳnh có nhiệt độ 140 – 145 oC

được bơm vào lò đốt. Trong lò đốt xảy ra phản ứng cháy lưu huỳnh với oxi

trong khơng khí :

S + O2 → SO2 + 296kJ

Phản ứng này là phản ứng tỏa nhiệt. Quá trình cháy là q trình đồng

thể, đốt lưu huỳnh trong khơng khí có thể thu được khí chứa 21% SO 2. Trong

thực tế sản xuất thường lấy dư khơng khí và thu được khí chứa gần 12% SO2.



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 17



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



2.2.2. Oxi hóa SO2 thành SO3

Phản ứng chuyển hóa SO2 thành SO3

SO2 + O2 → SO3 + 296.7 kJ

Khi giảm nhiệt độ và tăng áp suất, cân bằng của hệ sẽ chuyển về phía tạo

ra SO3. Đối với những hỗn hợp khí thơng thường dưới 450 oC, hằng số cân

bằng đủ lớn để tạo xcb > 97%. Khi nhiệt độ > 450 oC thì Kcb và xcb giảm đi rất

nhanh. Tuy nhiên, ở những giai đoạn đầu oxi hóa, thậm chí ngay cả khi có

mặt những chất xúc tác mạnh cần phải tăng nhiệt độ cao hơn 450oC để tăng

vận tốc phản ứng. Vì vậy, hỗn hợp khí sau lò có nhiệt độ 1000 oC đưa sang nồi

hơi nhiệt thừa, giảm nhiệt độ còn 420 – 440oC.

Để giảm năng lượng hoạt hóa của phản ứng, người ta sử dụng chất xúc

tác vanadi. Q trình oxi hóa xúc tác chia làm các gian đoạn :

-



Khuếch tán cấu tử phản ứng từ trung tâm dòng khí đến bề mặt hạt xúc



tác, sau đó khuếch tán trong các mao quản của khối tiếp xúc.

- Hấp thụ oxi bằng chất xúc tác ( chuyển điện tử từ chất xúc tác đến các

-



nguyên tử oxy ).

Hấp thụ phân tử SO2 để tạo thành phức [ SO2.O.Xt ].

Chuyển nhóm điện tử để tạo thành phức [ SO3.Xt ].

Giải hấp phụ SO3 ( quá trình nhả ).

Khuếch tán SO3 từ các mao quản của khối tiếp xúc từ bề mặt của các

hạt.



Hỗn hợp khí sau bộ phận nồi hơi, sau thiết bị lọc gió nóng đi vào lớp 1 của

tháp tiếp xúc dạng tầng có trao đổi nhiệt bên ngoài. Trong lớp xúc tác sẽ xảy

ra phản ứng và q trình sấy nóng đoạn nhiệt do nhiệt của phản ứng tạo ra.

Khi thiết bị có cách nhiệt tốt thì trong mỗi lớp xúc tác sẽ xảy ra quá trình đoạn

nhiệt, tăng nhiệt độ sẽ tỷ lệ thuận với tăng mức độ chuyển hóa. Lượng chất

xúc tác trong thiết bị sẽ tăng dần theo nguyên tắc I < II < III < IV, mức độ

chuyển hóa trong các lớp lại giảm đi từ từ.



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 18



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



Giai đoạn đầu q trình oxi hóa tiến hành trong vùng khuếch tán, các

giai đoạn cuối tiến hành trong vùng động học.

2.2.3. Hấp thụ SO3 bằng nước nhận H2SO4

SO3 tạo thành trong thiết bị tiếp xúc được hấp thụ bằng nước ( nước

trong dung dịch H2SO4 ) trong tháp đệm tưới axit sufuric 98.3%.

SO3 + H2O → H2SO4 + 9200kJ

H2O là nước tự do trong axit H2SO4. Dùng H2SO4 98.3% để giảm đến

mức tối đa lượng SO3 hoặc H2SO4 thốt ra ngồi.



2.3. DÂY CHUYỀN CƠNG NGHỆ

2.3.1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 19



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



Sơ đồ 3.1 : Quy trình sản xuất H2SO4 Xí nghiệp sản xuất phân bón.

2.3.2. Các cơng đoạn chính

2.3.2.1. Cơng đoạn nung chảy lưu huỳnh

a. Sơ đồ cấu tạo



Hình 3.1 : Lò nấu chảy lưu huỳnh

1 : Van điều tiết hơi nước



2: Van xả S bẩn



3 : Van bơm S vào lò đốt



4: Van xả nước ngưng



5 : Máy khuấy



6: Vỏ thiết bị



7 : Vùng hóa lỏng S



8: Cửa tháo khí



b. Mơ tả cơng nghệ

Lưu huỳnh rắn trong kho chứa được vận chuyển lên bunker chứa, qua

băng tải đưa đến thùng hóa lỏng lưu huỳnh. Thùng hóa lỏng lưu huỳnh là một

thiết bị có thể tích V = 113m3, được tăng khả năng khuấy trộn bằng cách tăng

thêm cánh khuấy (5). Nhờ hơi nước (1) có áp suất P = 6.5Kg/cm 3, nhiệt độ

cao cấp vào gia nhiệt, lưu huỳnh chuyển từ trạng thái rắn sang lỏng. Lưu

huỳnh lỏng được đưa về thùng chứa trung gian ngay trong thiết bị nấu chảy S

( 140-145oC ) rồi được bơm (3) đến các cơng đoạn sau. Thùng hóa lỏng và

thùng lắng được định kỳ xả cặn (2). Hơi S, H 2O, H2S... được tháo ra (8) và đi

GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 20



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



vào thiết bị hấp thụ, sử dụng nước có bổ sung kiềm ( vơi, soda ) để hấp thụ

các chất khí. Khí đã hấp phụ, bao gồm khí trơ và các giọt mù được đưa sang

xyclon tách giọt rồi phóng khơng.



2.3.2.2. Cơng đoạn lò đốt lưu huỳnh

a. Sơ đồ cấu tạo



Hình 3.2 : Lò đốt lưu huỳnh

1 : Cửa khơng khí vào



2 : Vùng đốt



3: Lớp đệm tách



4: Vòi phun



5: Cửa tháo cặn



6: Tường chịu nhiệt



7: Lớp chắn khí



8: Cửa ra SO2



b. Mơ tả cơng nghệ



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 21



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



Lưu huỳnh lỏng từ lò hóa lỏng lưu huỳnh đi vào thùng chứa rồi được

bơm cấp vào vòi phun lưu huỳnh (4) trong lò đốt lưu huỳnh.

Đường ống dẫn lưu huỳnh từ thùng chứa đến vòi phun được gia nhiệt bằng

hơi nước trong áo hơi, vòi phun lưu huỳnh được làm mát bằng hơi. Lưu

huỳnh lỏng phun vào lò cháy cùng với khơng khí cấp vào lò (1).

Lượng lưu huỳnh vào lò được điều khiển tự động qua hệ thống điều

khiển. Lưu lượng khơng khí được điều chỉnh qua hệ thống các van trên đường

ống khí chính và van trên đường ống khí bổ sung.

Khí ra khỏi lò có nhiệt độ từ 1000 – 1050oC, nồng độ SO2 11% thể tích

đi vào nồi hơi nhiệt thừa. Nồi hơi nhiệt thừa được cung cấp nước có nhiệt độ

105oC bằng bơm cấp. Dòng khí sau khi đi qua nồi hơi nhiệt thừa giảm nhiệt

độ thừ 1000 – 1050oC xuống còn 420 – 430oC và đi vào thiết bị lọc gió nóng.

Thiết bị lọc gió nóng có vai trò giữ lại tro, bụi của dòng khí trước khi đi vào

bộ phận tiếp xúc.

c. Thiết bị chính : Lò đốt lưu huỳnh

• Nhiệm vụ :

Điều chế SO2 từ S lỏng ( phản ứng cháy với oxy trong khơng khí ).

• Cấu tạo :

- Lò đốt lưu huỳnh có cấu tạo hình trụ, thẳng đứng.

Lớp vỏ bên ngoài được chế tạo bằng thép CT3 dày 10mm, bên

trong được xây bằng 2 lớp gạch chịu lửa.

+ Ngồi cùng là lớp gạch định hình AD5 ( 230x113x65/65 ) và gạch

FB ( 230x103x65 ).

+ Lớp tiếp theo là lớp gạch định hình AD5 và gạch AD3

( 230x113x65/45 ).

-



Đầu đốt lò cũng được xây bằng các lớp gạch như trên.

Giữa phần đầu và phần thân lò là phần hình cơn được xây lót bằng

gạch định hình để thu côn bằng hai lớp gạch AD5 và AD3.



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 22



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



-



Lò đốt được đặt trên 5 giá di động kiểu con lăn.

Bên ngồi lò được bọc bằng lớp vỏ nhơm.

Chiều cao thân lò 14,230mm.

Chiều cao thân trụ buồng trước 6,800mm.

Chiều cao thân trụ buồng giữa : 2,000mm.

Chiều cao thân trụ buồng sau : 1,780mm.

Chiều dài phần côn : 883mm.

Đường kính vỏ lò : 3,956x10.

Đường kính trong xây lót 3,000mm.

Thể tích lò 81,2475m3.



d. Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị khác.











-



Ống khói khởi động

Dùng trong q trình gia nhiệt khởi động lò.

Vật liệu : thép CT3.

Kích thước : Φ 800mm; H 15,000mm.

Thùng chứa dầu DO

Dùng để chứa dầu khi gia nhiệt và khởi động lò.

Kích thước : Φ 800mm; H = 15.000mm. Chiều cao chứa 2400mm.

Bơm cấp dầu DO

Năng suất : Q = 0,5 m3/h.

Áp suất : 25Kg/cm3.

Bơm lưu huỳnh lỏng

Năng suất : 4,5m3/h.

Áp suất : 12at.

Động cơ : 18,5kW, tốc độ vòng quay 2900v/p.

Thùng chứa lưu huỳnh lỏng

Dùng chứa lưu huỳnh lỏng để cấp cho lò đốt.

Kích thước : D = 6000mm, H = 3000mm.



e. Các chỉ tiêu kỹ thuật

-



Dầu DO : Nhiệt độ 25 – 30oC. Áp suất : 15 – 25Kg/cm3.

Nhiệt độ tường gạch lò đốt : 900 – 950oC.

Nhiệt độ buồng đốt : 1000 – 1050oC.

Nhiệt độ khí ra sau nồi hơi : 420 – 430oC.

Hơi nước trong nồi hơi : Áp suất 25at. Nhiệt độ 225oC.

Hơi sau giảm áp : Nhiệt độ 160oC. Áp suất 6Kg/cm2.

Lưu huỳnh vòi phun : Lưu lượng 2,98 m3/h. Áp suất : 12Kg/cm2.

Lưu lượng khơng khí vào lò : 30.000 – 35.000m3/h.



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 23



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



- Nồng độ SO2 sau lò : 11% thể tích.

2.3.2.3. Cơng đoạn nồi hơi nhiệt thừa

a. Sơ đồ cấu tạo



Hình 3.3 : Sơ đồ cấu tạo nồi hơi nhiệt thừa

1 : Cụm ống khí trung tâm



2 : Tường cách nhiệt



3 : Vỏ ống khí



4 : Nước



5 : Van xả áp



6 : Miệng thốt khí



7 : Van hơi nước



8 : Van xả nước



b. Mô tả công nghệ

Nước từ bộ phận lọc nước được cấp lên bình khử , qua thiết bị gia nhiệt.

Tại bình khử khí, nước được nâng nhiệt lên tới 100 – 105 oC và sau đó được

bơm cấp nước cấp vào nồi hơi. Nước trong nồi hơi trao đổi nhiệt với khí lò,



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 24



Cơng Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



hơi nước bão hòa có áp suất 25at sinh ra được đưa qua thiết bị quá nhiệt để

tạo hơi quá nhiệt cấp cho máy phát điện.

Hỗn hợp khí SO2 nồng độ ≤ 11% có nhiệt độ từ 950 – 1050 oC vào nồi

hơi, sau khi trao đổi nhiệt với nồi hơi nhiệt độ hạ xuống còn 420 – 430 oC đi

qua thiết bị lọc gió nóng để vào tiếp xúc. Để điều chỉnh nhiệt độ khí sau nồi

hơi dùng van điều chỉnh khí đi tắt nồi hơi, khi nhiệt độ vào lọc gió nóng >

420oC thì đóng van đi tắt và ngược lại.

Để cấp nước vào nồi hơi, có cụm van tự động cấp nước làm việc theo tín

hiệu nhận được từ thiết bị đo mực nước.

Để giữ ổn định áp suất nồi hơi, dùng van điều chỉnh tựu động áp suất nồi

hơi theo tín hiệu áp suất nồi hơi. Khi áp suất > 25at van mở và khi áp suất <

25 at van sẽ tự động để nồi hơi được hoạt động ổn định.

c. Thiết bị chính : nồi hơi nhiệt thừa

• Nhiệm vụ

Nồi hơi nhiệt thừa thực chất là một thiết bị tận dụng nhiệt. Nước trong

nồi hơi trao đổi nhiệt với khí lò, hơi nước bão hòa có áp suất 25at sinh ra

được đưa qua thiết bị quá nhiệt để tạo hơi quá nhiệt cấp cho máy phát điện.

• Cấu tạo

- Nồi hơi nhiệt thừa kiểu ống lửa ( như thiết bị trao đổi nhiệt ống

chùm, nước ở ngoài lửa ở trong ống ). Tổng bề mặt tiếp nhiệt :

-



587,6 m2.

Thể tích chứa nước : 16 m3.

Thể tích chứa hơi : 3,7m3.

Kích thước bao : L = 10940mm, Φ = 4300mm.

Thân lò : Φ = 2300mm, L = 7000mm.

Cụm sinh hơi : vật liệu thép 20G, L = 6750 ± 5mm.

Hộp đón lửa : L = 2160mm, Φ = 3556mm. Cửa khí vào : Φ =

2400mm.



GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 25



Công Nghệ Sản Xuất Axit Sunphuric Cty TNHH MTV 1/5



- Hộp khí ra : L = 2050mm, Φ = 2800mm. Cửa khí ra : Φ =

-



1600mm/1420mmx10mm.

Cửa vệ sinh : Φ = 900mmx6.

Đường xả hơi chính : Dy 50.

Đường cấp nước : Dy 65.

Đường xả van an toàn : Dy 80.

Đường xả liên tục : Dy 32.

Đường xả đáy : Dy 50.



d. Đặc tính kỹ thuật của các thiết bị khác.















-



Thiết bị giảm áp :

L = 2968mm, Φ = 325mmx10/Φ 291mmx4/Φ 219mmx8.

Áp suất làm việc : 25at. Áp suất hơi ra giảm áp : 6 ± 0,5at.

Nhiệt độ làm việc : 225oC.

Bình xả bùn :

L = 2348mm, Φ = 708mmx4. V = 0,86m3.

Áp suất làm việc : 2at.

Nhiệt độ làm việc : 150oC.

Bình xả liên tục :

H = 1660mm, Φ = 608mmx4. V = 0,33m3.

Áp suất làm việc : 2at.

Nhiệt độ làm việc : 150oC.

Thiết bị khử khí :

L = 5472mm, Φ = 1916mmx8. V = 14m3.

Năng suất khử khí : 17m3/h.

Áp suất làm việc : 2at.

Nhiệt độ làm việc : 102 – 105oC.

Tháp thổi : H = 1100mm, Φ 762mmx8.

Thiết bị gia nhiệt nước mềm :

L = 1744mm, Φ 325mmx10.

Bình nước ngưng :

V = 1m3.

H = 1265mm, Φ 950mm.

Bơm cấp nước :

Bơm 3 cấp cánh guồng.

Công suất động cơ : 55kW.

Áp suất đẩy : 30at.



f. Các chỉ tiêu kỹ thuật.

GVHD : TS.Đặng Thị Hà



Trang 26



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 2 : CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT AXIT SUNFURIC

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×