Đồ Án tốt nghiệp thiết kế cụm hoá lỏng và lò Đốt lưu huỳnh năng suất 450 tấnngày cho nhà máy sản xuất h2so4

Nội dung các phần thuyết minh và tính toán: - Tổng quan về công nghệ sản xuất axit sulfuric - Cơ sở lý thuyết của quá trình trao đổi nhiệt - Tính công nghệ và cơ khí cho các thiết bị chí

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆPThiết kế cụm hoá lỏng và lò đốt lưu huỳnh năng suất 450 tấn/ngày cho nhà

máy sản xuất H 2 SO 4

NGUYỄN HỮU HÀO

hao.nh174652 @sis.hust.edu.vn

Ngành Kỹ thuật hóa học Chuyên ngành Máy và Thiết bị Công nghiệp Hóa chất

Sinh viên thực hiện: NGUYỄN HỮU HÀO Lớp: MÁY HÓA – K62

Giảng viên hướng dẫn: TS NGUYỄN NGỌC MAI

HÀ NỘI 10/2022

Lời cảm ơn

Tóm tắt nội dung đồ án

Mục lục

Danh mục hình ảnh

Danh mục bảng biểu

Chương 1 Tổng quan về công nghệ sản axit Sulfuric H2SO4………8

1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất Axit Sulfuric H2SO4

1.2 Tính chất của Axit Sulfuric H2SO4

1.3 Ứng dụng

1.4 Tình hình tiêu thụ và sản xuất axit trong và ngoài nước……….…

11 Chương 2: Công nghệ sản xuất Axit Sulfuric theo phương pháp tiếp xúc

2.1 Sơ lược công nghệ sản xuất H2SO4

2.2 Nguyên liệu để sản xuất Axit Sulfuric H2SO4

2.2.1 Lưu huỳnh nguyên tố (S)

2.2.2 Quặng Pyrit

2.2.3 Thạch cao

2.2.4 Các chất khí thải có chứa lưu huỳnh (S)

2.3 Hệ thống hoá lỏng lưu huỳnh

2.4 Hệ thống lò đốt

2.5 Hệ thống chuyển hoá

2.6 Hệ thống sấy, hấp thụ

2.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất axit sulfuric H2SO4……….… 25

2.8 Khái quát chung về nhiệm vụ đồ án ……

……… 26

Chương 3: Tính toán công nghệ……… ……….27

3.1 Thùng nấu chảy lưu huỳnh rắn ………27

3.1.1 Nhiệm vụ thiết kế và tra cứu thông số ……… 27

3.1.2 Kích thước thiết bị ………28

3.1.3 Nhiệt lượng trao đổi quá trình hoá lỏng lưu huỳnh ……… 28

3.1.4 Nhiệt lượng trao đổi trong quá trình bảo ôn lưu huỳnh ……….29

3.1.5 Kích thước lò……… …………30

3.1.6 Chọn súng phun lưu huỳnh lỏng……… 30

3.1.7 Gạch xây lò……… 31

3.2 Lò đốt lưu huỳnh……….…

43 3.2.1 Lượng nguyên liệu lưu huỳnh (S) cần thiết

3.2.3 Thể tích không khí cần cung cấp

3.2.4 Tính kích thước lò

3.2.5 Chọn súng phun lưu huỳnh lỏng

3.2.6 Gạch xây lò

3.2.7 Cân bằng nhiệt

3.2.8 Xác định nhiệt độ tường lò

3.2.9 Tính chiều dày gạch xây lò

3.3 Nồi hơi nhiệt thừa

3.3.1 Mục đích sử dụng nồi hơi

3.3.2 Nhiệm vụ thiết kế

3.3.3 Nhiệt lượng trao đổi

3.3.4 Nhiệt độ trung bình

3.3.5 Tính hệ số cấp nhiệt phía hỗn hợp khí

3.3.6 Hệ số cấp nhiệt phía nước

3.3.7 Diện tích trao đổi nhiệt

Chương 4: Tính toán cơ khí

4.1 Thùng nấu chảy lưu huỳnh

4.1.1 Số cụm ống xoắn ruột gà và cách bố trí

4.1.2 Tính bền cho ống xoắn ruột gà

4.1.3 Tính bền cho thân thiết bị

4.1.4 Tính bền cho đáy thiết bị

4.1.5 Tính và chọn cánh khuấy, động cơ

4.2 Lò đốt

4.2.1 Tính gạch xây lò

4.2.2 Tính chân đỡ

4.3 Nồi hơi nhiệt thừa

4.3.1 Tính bề dày và kiểm bền cho thân thiết bị

4.3.2 Ống vào, ra thiết bị

4.3.3 Bích, đệm làm kím

4.3.4 Vỉ ống

Chương 5: Các thiết bị phụ trợ

5.1 Máy nén

5.2 Quạt khởi động

5.6 Bể chứa……… 88

6.1Quy trình vận hành lò đốt lưu huỳnh

6.1.1 Chuẩn bị trước khi khởi động

6.1.2 Trình tự vận hành lò đốt

6.1.3 Dừng lò đốt

6.1.4 Các nguyên nhân thường gặp khi vận hành lò đốt

6.2 Quy trình vận hành thiết bị hoá lỏng lưu huỳnh

6.2.1 Chuẩn bị trước khi khởi động

6.2.2 Khời động thiết bị hoá lỏng lưu huỳnh

6.2.3 Dừng nấu chảy lưu huỳnh

6.2.4 Những chú ý và biện pháp an toàn

6.2.5 Nguyên nhân và biện pháp xử lý hiện tượng không bình thường

6.3 Quy trình vận hành nồi hơi Kết luận

Họ và tên cán bộ hướng dẫn: TS Nguyễn Ngọc Mai

I Đầu bài thiết kế:

“Thiết kế cụm hoá lỏng và lò đốt lưu huỳnh năng suất 450 tấn/ngày cho nhà máy

sản xuất H 2 SO 4 ”

II Các số liệu ban đầu:

- Năng suất: G = 450 tấn/ngày

- Các thông số khác sinh viên tự tìm hiểu

III Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

- Tổng quan về công nghệ sản xuất axit sulfuric

- Cơ sở lý thuyết của quá trình trao đổi nhiệt

- Tính công nghệ và cơ khí cho các thiết bị chính trong dây truyền như thùnghóa lỏng lưu huỳnh, lò đốt, nồi hơi nhiệt thừa

- Tính toán các thiết bị phụ trợ

IV Các bản vẽ: (Yêu cầu các bản vẽ trình bày trên khổ giấy A o)

- Bản vẽ sơ đồ công nghệ và Bản vẽ các thiết bị chính

V Ngày giao nhiệm vụ đồ án: 11/10/2022

VI Ngày hoàn thành đồ án:

Ngày 11 tháng 10 năm 2022

Cán bộ hướng dẫn

Nguyễn Ngọc Mai

Chương 1: Tổng quan1.1 Giới thiệu chung về ngành công nghiệp sản xuất axit sulfuric

Axit sulfuric là một loại hóa chất đã được biết đến từ lâu trong lịch sử loàingười (từ thế kỉ thứ 9 bởi người được coi là đã phát hiện ra chất này- nhà giảkim thuật Hồi giáo Ibn Zakariya al-Razi (Rhases)) Axit sulfuric được sử dụng rộngrãi trong các ngành khác nhau của nền kinh tế quốc dân Nó là sản phẩm quan trọngnhất của ngành công nghiệp hóa học Được ví như “máu” của các ngành côngnghiệp hóa chất

Axit sulfuric là chất cơ bản được sản xuất với sản lượng lớn nhất thế giới Sảnlượng của ngành sản xuất axit sulfuric có thể được coi như một chỉ số kinh tế quantrọng của một quốc gia Ở các nước có nền kinh tế phát triển, mức độ sản lượng axitsulfuric thường diễn biến song song với xu hướng lên xuống của nền kinh tế Vìtầm quan trọng của nó đối với nền kinh tế quốc dân, sản lượng axit sulfuric thườngđược coi như dấu hiệu về tình trạng của toàn bộ ngành công nghiệp sản xuất nóichung ở những nước này So với các hóa chất cơ bản như amoniac, sôđa, sản lượngaxit sulfuric thường cao gấp 2-3 lần

Các cơ sở sản xuất axit Sunfuaric lớn của nước ta hiện nay hầu hết đều là các đơn vịthành viên của Tập đoàn Hóa chất Việt Nam, có thể kể đến như: Công ty CP SupePhốtphat và Hóa chất Lâm Thao, Nhà máy Supe Phosphate Long Thành (trực thuộcCông ty CP Phân bón Miền Nam), Nhà máy Hoá chất Tân Bình 2 (trực thuộc Công

ty CP Hóa chất cơ bản Miền Nam), Công ty CP DAP-VINACHEM, Công ty CPDAP số 2 VINACHEM Ngoài ra còn một số đơn vị khác ngoài VINACHEM như:Công ty CP hóa chất phân bón Lào Cai, Công ty CP hóa chất Phúc Lâm và một sốcông ty khác thuộc Tập đoàn Công nghiệp Than - Khoáng sản Việt Nam(VINACOMIN; Công ty CP Hóa chất phân bón Lào Cai, hai đơn vị này đều nằmtrong khu công nghiệp Tằng Loỏng tỉnh Lào Cai

1.2 Tính chất của Axit Sulfuric H 2 SO 4

Axit sulfuric khan là chất lỏng không màu, sánh, khó bay hơi, kết tinh ở 10, 37oC

ở áp suất thường, có nhiệt độ sôi ở 336,5oC và kết tinh ở -10oC , khối lượng riêngcủa

axit sulfuric ở 0oC là 1,85 g/cm3 Nó có khả năng trộn lẫn với nước ở bất kì tỉ lệ

nào và khi đó sẽ tỏa ra một lượng nhiệt lớn.

Axit sulfuric là tên gọi chung của monohydrate và của các dung dịch của nó(H2SO4 + nH2O) cũng như dung dịch trioxit lưu huỳnh hòa tan trong mono hydrat(H2SO4 + nSO3) còn gọi là oleum

Ở ngoài không khí oleum bị “bốc khói”, thức ra đó là hiện tượng giải hấp thụ SO3.Axit sulfuric sạch không màu còn axit sulfuric kỹ thuật vì còn nhiều tạp chất nên

có màu sẫm

Axit sulfuric có điểm đẳng phí ứng với 98,3% H2SO4 và nhiệt độ 336,5oC

Ở nồng độ axit 98,3% thì thành phần hơi giống như thành phần dung dịch

Hình 1.1 Giản đồ sôi hệ H2O – SO3 ở áp suất khí quyển

Từ giản đồ sôi hệ H2O – SO3 chỉ ra rằng khi đun nóng axit có nồng độ 80% H2SO4,nhiệt độ sôi dưới 200oC thì trong pha hơi chứa chứa gần như toàn hơi nước

Khi nồng độ axit lớn hơn 93% trong pha hơi hàm lượng H2SO4 tăng lên Kết quảnếu cô đặc axit sunfunric sẽ chỉ thu được axit nồng độ 98,3%

Axit sulfuric có thể đẩy tất cả các axit khác từ muối khi tăng nhiệt độ

Axit sulfuric kết hợp với nước rất mạnh nhờ khả năng tạo thành các hydrat Nó thunước của các axit khác, của các tinh thể hydrat và thậm chí thu nước của cả nhữngdẫn xuất hydro cacbon chứa oxy

Gỗ và các tế bào động thực vật có chứa xenluloja (C6H10O5)n, tinh bột và đườngđều bị phân hủy trong axit sulfuric đặc vì nước sẽ liên kết với axit và tế bào chỉcòn lại những hạt cacbon mịn

Khi rơi vào da người axit H2SO4 đặc làm bỏng da

1.3 Ứng dụng

Trong hóa học, Axit Sulfuric là hóa chất được sử dụng phổ biến hiện nay vớinhững đặc điểm, tính chất hóa học và ứng dụng đặc biệt Axit sulfuric là hóa chấthàng đầu, được dùng nhiều trong công nghiệp sản xuất với vai trò là nguyên liệuchính hoặc chất xúc tác Hóa chất H2SO4 được sử dụng rất nhiều trong sản xuất phânbón chất tẩy rửa tổng hợp, sản xuất tơ sợi hóa học, chất dẻo, sơn màu, … Sử dụngchủ yếu của axít sulfuric (60% sản lượng toàn thế giới) là trong "phương phápướt" của việc sản xuất axít phốtphoric, là chất được sử dụng để sản xuất các loạiphân hóa học phốtphat cũng như natri triphốtphat để làm bột giặt

Hình 1.2 Ứng dụng của Axit Sulfuric trong công nghiệp

Trong sản xuất công nghiệp: Với những đặc tính hóa học tiêu biểu, axit sulfuricđóng vai trò rất quan trọng trong công nghiệp Ứng dụng của H2SO4 trong cácngành sản xuất hao tốn khoảng 160 triệu tấn mỗi năm Cụ thể mức sử dụng trongmỗi ngành như sau: ngành luyện kim chiếm 2%, ngành nhuộm chiếm 2%, chất dẻochiếm 5%, chất tẩy rửa chiếm 14%, giấy sợi chiếm 8%,

Ứng dụng của axit sulfuric trong quá trình sản xuất kim loại rất rộng, được dùngnhiều nhất trong sản xuất đồng, kẽm H2SO4 cũng là thành phần chính để làm sạch

bề mặt thép và dung dịch tẩy gỉ

Trong sản xuất phân bón: Ứng dụng H2SO4 là rất cần thiết trong ngành sản xuấtphân bón Loại axit này là thành phần quan trọng để sản xuất axit photphoric Chấtnày có hầu hết trong các loại phân bón hiện có trên thị trường Bao gồm các loạiphân sau: Photphat, canxi dihydrogen photphat, amoni photphat Đồng thời axitphotphoric cũng được dùng để tạo ra Amoni sunfat.

Trong phương pháp này quặng Apatit được sử dụng hơn 100 triệu tấn hàng năm.Quặng Apatit được xử lý bằng axít sulfuric 93% để tạo ra sulfat canxi (CaSO4),hiđrô florua (HF) và axít phốtphoric (H3PO4) HF được loại ra trong dạng axítflorosilicic (H2SiF6)

Một số loại phân bón sulfat như amoni sulfat được sản xuất từ axít sulfuric, mặc

dù với sản lượng ít hơn so với các phốtphat

Trong xử lý nước thải: Ứng dụng của H2SO4 trong sản xuất nhôm hidroxit - kết quảcủa phản ứng giữa axit sulfuric và boxit Đây là chất quan trọng được sử dụng trongcác nhà máy xử lý nước thải Công dụng của nhôm hidroxit là lọc các loại tạp chất,cân bằng độ pH, đồng thời cải thiện mùi vị cho nước Hơn thế nữa, chất này còndùng để loại bỏ các kim loại nặng Mg, Ca để nước không bị phèn

Trong phòng thí nghiệm: Ứng dụng của axit sulfuric trong phòng thí nghiệm chính

là điều chế các loại axit yếu hơn như HNO3, HCl Ngoài ra, các nhà khoa học sẽthực hiện nhiều loại phản ứng hóa học giữa H2SO4 với các chất khác Từ đó, tìm rađược những sản phẩm phục vụ để phát triển kinh tế, quân sự, Nhờ đó, ứng dụngcủa axit sulfuric trong đời sống sẽ đa dạng hơn nữa trong tương lai

1.4 Tình hình tiêu thụ và sản xuất axit trong và ngoài nước

Canada là quốc gia xuất khẩu axit sunfuric hàng đầu thế giới. Năm 2020, quốc giaBắc Mỹ này đã xuất khẩu gần hai triệu tấn axit, với giá trị xấp xỉ 153 triệu đô laMỹ. Xếp thứ hai là Qatar, quốc gia xuất khẩu hơn 141 triệu đô la Mỹ axit sulfuric. 

Hình 1.3 Giá trị xuất khẩu axit sulfuric trên thế giới năm 2020

Hằng năm, trên thế giới sản xuất 160 triệu tấn H2SO4 Axit sulfuric là hóa chấthàng đầu trong nhiều ngành sản xuất:

Chương 2: Công nghệ sản xuất Axit Sulfuric theo

phương pháp tiếp xúc

2.1 Sơ lược công nghệ sản xuất H 2 SO 4

Công nghệ sản xuất axit sulfuric có ba công nghệ là công nghệ tiếp xúc, côngnghệ NOx và công nghệ CaSO4 Tất cả ba công nghệ này đều có nguyên lý chung

là thu SO2 từ các nguyên liệu đầu vào khác nhau như lưu huỳnh, pyrit, CaSO4, khíthải có lưu huỳnh oxit, Sau đó, khí SO2 được oxi hóa thành SO3 qua các tháptiếp xúc (có sử dụng các chất xúc tác) Cuối cùng thì qua quá trình hấp thụ trongaxit loãng SO3 sẽ thành H2SO4

Công nghệ tiếp xúc hiện nay là công nghệ sản xuất axit sulfuric hiện đại nhất được

sử dụng trên thế giới để sản xuất axit sulfuric trong công nghiệp Theo công nghệsản xuất H2SO4 này thì ta có 2 loại dây chuyền sau:

Tiếp xúc đơn (dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 1 lần): Dây chuyền tiếp xúc đơn haycòn gọi là dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ một lần Đây là dây chuyền đã từng được

sử dụng rất rộng rãi vào trước những năm 1970 Hiệu suất của quy trình đạt đến98% trong việc chuyển hóa SO2 thành SO3 Tuy nhiên phần SO2 còn lại khôngchuyển hóa sẽ gây ô nhiễm môi trường vì nó bị thải vào bầu khí quyển

 Tiếp xúc kép (dây chuyền tiếp xúc và hấp thụ 2 lần): Do những quy địnhnghiêm ngặt về bảo vệ môi trường mà từ sau 1970 dây chuyền tiếp xúc đơn đã dần

bị loại bỏ Dây chuyền tiếp xúc kép hay còn còn là dây chuyền tiếp xúc và hấp thụhai lần Dây chuyền này đã khắc phục được yếu điểm của dây chuyển tiếp xúc đơn.Lượng chuyển hóa của SO2 khi ứng dụng dây chuyền này lên đến 99,9% Dâychuyền này đảm bảo lượng khí thải SO2 trong không khí nằm trong giới hạn chophép là 500 mg/m3 Một số quy trình sản xuất axit sulfuric sử dụng công nghệ tiếpxúc kép điển hình như MONSANTO, NORAM - CECEBE

Công đoạn sản xuất axit sulfuric trải qua nhiều bước và các phản ứng hóa học khácnhau Tổng hợp lại, các công đoạn sản xuất axit sulfuric như sau:

Công đoạn đầu tiên là sản xuất SO2: Có nhiều công nghệ khác nhau để sản xuấtkhí SO2 Phương pháp phổ biến nhất hiện này là đưa S lỏng đã được tinh chế từ

quặng vào lò đốt cùng với không khí để tạo SO2, phản ứng xảy ra nhanh, S cháyhoàn toàn Ngoài ra, phương pháp cũ, sử dụng quặng pirit Thực hiện đốt pirit trongcác lò dùng để chế tạo ra khí SO2 Kết quả khi đốt sẽ có khí SO2, O2 và một số tạpchất khác Khi đó hỗn hợp khí SO2 sẽ thu được ở đỉnh lò đốt Để loại bỏ đi các tạpchất và O2 ta tiến hành tinh chế hỗn hợp thu được để thu về SO2 Tinh chế bằngcách tách tạp các chất ra khỏi hỗn hợp bằng các hệ thống chuyên dùng như tách bụixyclon, tách asen, tách “mù” H2SO4, tách hơi nước,

 Công đoạn thứ 2 sẽ tiến hành oxi hóa SO2 thành SO3 bằng chất xúc tác rắn(V2O5) Mức độ chuyển hóa SO2 thành SO3 còn phụ thuộc và thời gian tiếp xúc vànhiệt độ Khi đó nếu thời gian tiếp xúc của các chất tham gia và chất xúc tác tăngthì tốc độ chuyển hóa cũng tăng

 Công đoạn cuối cùng là hấp thụ SO3 tạo ra axit sulfuric Lúc này SO3 sẽ đượchấp thụ trong axit H2SO4 loãng tạo thành H2SO4 có nồng độ đậm đặc hơn

Hình dưới đây thể hiện sơ đồ khối công nghệ sản xuất Axit Sulfuric theo phươngpháp tiếp xúc

Hình 2.1 Sơ đồ khối công nghệ sản xuất Axit Sulfuric theo phương pháp tiếp xúc

Dây chuyền công nghệ sản xuất axit sulfuric được chia làm 4 quá trình Đó là:

 Quá trình hóa lỏng lưu huỳnh rắn

 Quá trình phản ứng tạo SO2

 Quá trình chuyển hóa SO2 thành SO3

 Quá trình hấp thụ SO3 tạo oleum

Ứng với mỗi quá trình, ta lại có một hệ thống các thiết bị liên quan với nhau

Phương pháp tiếp xúc cho nồng độ axit cao 98-99%, nhưng chi phí cao Phươngpháp tiếp xúc bao gồm: Phường pháp tiếp xúc đơn và kép Ngày nay trên thế giới vàtrong nước chủ yếu sử dụng phương pháp tiếp xúc kép với xúc tác là V2O5.

2.2 Nguyên liệu để sản xuất Axit Sulfuric H 2 SO 4

Nguyên liệu để sản xuất Axit Sulfuric rất phong phú, bao gồm lưu huỳnh nguyên

tố và tất cả các hợp chất có chứa lưu huỳnh như các muối sunfua, sunfat kim loại,khí thiên nhiên, … Tổng hàm lượng lưu huỳnh trong vỏ trái đất khoảng 0,1%

Một vài dạng nguyên liệu trong sản xuất Axit Sulfuric như:

 Lưu huỳnh nguyên chất S

 Quặng pirit săt FeS2, chứa 30-50% S

Các nguồn chất thải chứa S như các khí thải H2S, SO2, axit H2SO4 thải…

2.2.1 Lưu huỳnh nguyên tố (S)

S là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên, chiếm 0.1% khối lượng

vỏ trái đất S là một trong những nguyên tố quan trọng và có nhiều ứng dụng trongcông nghiệp, và được sử dụng nhiều để sản xuất H2SO4

Ở Việt Nam, để điều chế S, người ta đi từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 20% S hoặc tách từ các hợp chất của khí thải trong các ngành luyện kim màu, giacông dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ …

15-Tính chất của S:

 Tính chất vật lý:

Lưu huỳnh tồn tại hai dạng thùi hình thông thường: dạng tà phương và dạng đơn

tà Lưu huỳnh dạng tà phương bền ở nhiệt độ thường là chất rắn màu vàng, nóngchảy ở 112,8oC, có tỷ trọng 2,06 [g/cm3], nhiệt nóng chảy 39,4 [J/g], trên 95,6oCchuyển sang dạng đơn tà Lưu huỳnh dạng đơn tà là chất rắn màu vàng nhạt, nóngchảy ở 119,3oC, có tỷ trọng 1,96 [g/cm3], bền ở nhiệt độ trên 95,6oC, nhiệt nóngchảy 45,3 [J/g], dưới nhiệt dộ này nó chuyển sang dạng tà phương

Lưu huỳnh có độ dẫn nhiệt, dẫn điện kém, thực tế lưu huỳnh không tan trong nước,

tan nhiều trong dầu hỏa, benzene, trong cacbondisulfua ( 100g CS2 ở 20oC hòa tan43g lưu huỳnh tà phương) Khi nóng chảy thì thể tích lưu huỳnh tăng lên khoảng15%.

Độ nhớt của lưu huỳnh lỏng từ nhiệt độ nóng chảy đến 160oC theo quy luật: Nhiệt

độ tăng thì độ nhớt giảm Từ 160-190oC thì nhiệt độ tăng thì độ nhớt tăng, sau đó độnhớt lại giảm xuống cực tiểu ở 300oC Ở nhiệt độ trên 160oC thì màu của lưu huỳnhtối lại, đến 190oC thì lưu huỳnh chuyển sang dạng đặc sệt và có màu nâu sẫm

Trong hơi lưu huỳnh tồn tại các phân tử: S8, S6, S4, S2 Số phân tử S2 tăng lên theonhiệt độ làm cho màu sắc hơi lưu huỳnh thay đổi, đến 16000oC thì bắt đầu có hơi Snguyên tử

S là một trong những nguyên tố có nhiều trong tự nhiên, chiếm 0.1% khối lượng

vỏ trái đất S là một trong những nguyên tố quan trọng và có nhiều ứng dụng trongcông nghiệp, và được sử dụng nhiều để sản xuất H2SO4

Ở Việt Nam, để điều chế S, người ta đi từ quặng S thiên nhiên chứa khoảng 20% S hoặc tách từ các hợp chất của khí thải trong các ngành luyện kim màu, giacông dầu mỏ, khí thiên nhiên, khí dầu mỏ…

15-Gần nhiệt độ 444,6oC là nhiệt độ sôi của lưu huỳnh, có hơi S màu vàng, ở nhiệt

độ cao hơn thì hơi S màu đỏ, khi nhiệt độ ở 650oC thì hơi S có màu vàng rơm.Lưu huỳnh là chất dễ cháy nổ, nhiệt độ bắt lửa ở 232oC, khi cháy với oxy khôngkhí tạo thành khí SO2 Giớ hạn nồng độ cháy nổ: 35 mmg/m3 ở nhiệt độ 232oC

 Khi sản xuất với quy mô lớn và xa nguồn nguyên liệu thì lưu huỳnh lại lànguyên liệu rẻ tiền.

Lưu huỳnh được sử dụng chủ yếu trong các ngành công nghiệp sản xuất axitsulfuric (khoảng 50% tổng lượng S), công nghiệp giấy – xenlulo (khoảng 25%),nông nghiệp (10% - 15%), …

Quặng lưu huỳnh thiên nhiên chứa khoảng 15 – 20% S, loại giàu lên tới 70% S Nóichung, những quặng có trên 20% S đều có thể đem đốt trực tiếp lấy SO2 sản xuấtaxit sulfuric, nhưng thường người ta đem đi tách S Có nơi dùng phương pháp tuyểnnổi (có nấu chảy lưu huỳnh trong quặng) để tách S, có nơi lấy S trực tiếp từ mỏbằng cách dùng nước quá nhiệt nấu chảy lưu huỳnh trong quặng ngay tại các lên.Khai thác theo phương pháp sau rất nhanh, rẻ nhưng hiệu suất lấy S thấp (khoảng

30 – 60%)

Trong khí thải của các ngành công nghiệp luyện kim màu, gia công dầu mỏ, khíthiên nhiên, khí dầu mỏ… cũng chứa nhiều hợp chất của lưu huỳnh (H2S, SO2,CSO2, COS…) Khí H2S, SO2 sau khi tách các tạp chất có thể trực tiếp đem sảnxuất axit sulfuric hoặc đem sản xuất lưu huỳnh

2.2.2 Quặng Pyrit

 Pyrit thường

Thành phần chủ yếu của quặng pyrit là sắt sunfua FeS2 chứa 53,44% S và 46% Fe.FeS2 thường ở dạng tinh thể pyrit hình lập phương, cũng có khi ở dạng tinh thểmacazit hình thoi Ở 450℃ macazit chuyển thành pyrit có toả nhiệt

Quặng pyrit thường gặp là một loại khoáng màu vàng xám, khối lượng đổ đốngkhoảng 2200 đến 2400 kg/m3 tuỳ theo kích thước hạt quặng Trong quặng có chứanhiều tạp chất, vì vậy, hàm lượng thực tế của lưu huỳnh trong quặng dao độngtrong khoảng 32 – 52%

Quặng pyrit có nhiều ở Nga, Tây Ban Nha, Nhật Bản, Canada, Bồ Đào Nha, Na

Uy, Italia… Ở miền Bắc nước ta mới chỉ phát hiện một số mỏ pyrit, nhưng nóichung hàm lượng lưu huỳnh thấp (20 – 30%), trữ lượng không lớn lắm

 Pyrit tuyển nổi

Trong quặng pyrit có rất nhiều tạp chất, một trong số tạp chất có giá trị là đồng.Nếu hàm lượng đồng trong quặng pyrit lớn hơn 1% thì đem quặng này đi sản xuấtđồng có lợi hơn là đốt trực tiếp để sản xuất axit sulfuric

Trước khi đem luyện đồng, thường dùng phương pháp tuyển nổi để làm giàu đồngcủa quặng này lên khoảng 15 – 20% Cu (gọi là tinh quặng đồng) Phần bã thải củaquá trình tuyển nổi chứa khoảng 32 – 40% S gọi là quặng pyrit tuyển nổi, dùng đểsản xuất axit sulfuric

Quặng pyrit tuyển nổi có kích thước rất nhỏ (khoảng 0,1 mm) và độ ẩm khá lớn(12 – 15%) gây khó khăn cho quá trình vận chuyển và đốt Vì vậy, trước khi sửdụng phải sấy để giảm hàm ẩm xuống

 Pyrit lẫn than Than đá ở một số mỏ có lẫn cả quặng pyrit, có loại chứa tới 3 –5% S làm giảm chất lượng của than Vì vậy phải loại bỏ các cục than có lẫn pyrit.Phần than cục loại bỏ này chứa tới 33 – 42% S và 12 – 18% C gọi là pyrit lẫn than.Pyrit lẫn than tuy có hàm lượng S lớn nhưng không thể đốt ngay để sản xuất axitsulfuric vì hàm lượng cacbon trong đó rất lớn, khi cháy:

- Nhiệt lượng toả ra rất lớn, làm nhiệt độ khí tăng cao, có thể làm cho lò đốtmau chóng bị phá huỷ

- Tiêu tốn nhiều oxi làm giảm nồng độ SO2 và O2 trong khí lò, gây khó khăncho các giai đoạn tiếp theo của sản xuất

Vì vậy, phải nghiền và rửa quặng lẫn than để giảm lượng cacbon trong quặngxuống 3 – 6%

Ở miền Bắc nước ta, mỏ than Na Dương (Lạng Sơn) cũng chứa nhiều lưu huỳnh(có mẫu tới 6 – 8%)

2.2.3 Thạch cao

Đây cũng là nguồn nguyên liệu phong phú để sản xuất axit sulfuric vì nhiều nướctrên thế giới có mỏ thạch cao (CaSO4.2H2O hoặc CaSO4) Ngoài ra, trong quá trìnhsản xuất axit photphoric, supe photphat kép, nitrophot, nitrophotka… cũng thải ra

một lượng lớn CaSO4.

Thường thường, từ thạch cao người ta sản xuất liên hợp cả axit sulfuric và ximang.Muốn thế, đốt hỗn hợp thạch cao, đất sét và than trong lò quay Khi đó, CaSO4 bịkhử, cho SO2 đem đi sản xuất axit sulfuric, phần xỉ còn lại thêm một số phụ gia,đem nghiền để sản xuất ximang

2.2.4 Các chất khí thải có chứa lưu huỳnh (S)

Ngoài các nguồn nguyên liệu kể trên, người ta còn có thể tận dụng SO2 trong khíthải của các lò luyện kim màu, H2S trong khí cốc, khí thiên nhiên

Tóm lại, nguyên liệu để sản xuất axit sulfuric rất phong phú Tỷ lệ giữa các dạngnguyên liệu dùng trong công nghiệp sản xuất axit sulfuric không ngừng thay đổitheo thời gian và tuỳ từng nước

Hiện nay, tính chung trên toàn thế giới thì tỷ lệ các nguyên liệu chính dung để sảnxuất axit sulfuric như sau: lưu huỳnh chiếm khoảng 2/3, pyrit 1/6, còn lại là cácdạng nguyên liệu khác

2.3 Hệ thống hoá lỏng lưu huỳnh

Hệ thống hóa lỏng có nhiệm vụ chuyển lưu huỳnh từ thể rắn sang thể lỏng dưới tácdụng của nhiệt độ, hệ thống lọc lưu huỳnh nóng chảy để loại bỏ tạp chất tạo lưuhuỳnh tinh để cung cấp cho lò đốt lưu huỳnh Để cho quá trình vận chuyển hợp lýnhất ta phải chọn điều kiện tương ứng giữa nhiệt độ của S và độ nhớt sao cho làthấp nhất Thực tế chọn ở nhiệt độ bằng 140 - 1450C là hợp lý

2.4 Hệ thống lò đốt

Lò đốt lưu huỳnh là nơi xảy ra phản ứng đốt cháy lưu huỳnh lỏng, chuyển từ lưuhuỳnh lỏng sang khí SO2

S2+ 2O2 → 2O2 + QQuá trình đốt lưu huỳnh có sự tỏa nhiệt cao Nhiệt độ của khí SO2 đi từ lò đốt lưuhuỳnh cao hơn yêu cầu dẫn vào hệ thống chuyển hóa Vì thế, khí được làm máttrong nồi hơi nhiệt thừa và sau đó hỗn hợp khí SO2 đạt nhiệt độ cần thiết được đưavào tháp chuyển hoá Còn nước trong nồi hơi nhiệt thừa chuyển thành hơi nướcbão hòa có áp suất cao, được đưa qua thiết bị quá nhiệt để tạo hơi quá nhiệt cấpcho tuabin phát điện

Cơ chế của sự Oxi hóa SO2 trên xúc tác Vanadi được giải thích bằng sự tạo thành,phân hủy hợp chất trung gian theo phản ứng:

V2O5 + SO2 → V2O4 + SO3.

V2O4 + 2SO2 +O2 → 2VOSO42VOSO4 → V2O5 +SO3 +SO2

2 SO2 + O2 → 2SO3Mức chuyển hoá thích hợp trong quá trình oxi hoá SO2 là 0,98 Nhưng sau đó phải

có biện pháp xử lý khí thải để đảm bảo điều kiện vệ sinh công nghiệp Để giảiquyết vấn đề này, công ty hoá chất Bayer đã sử dụng sơ đồ sản xuất axit sulfurictheo phương pháp tiếp xúc kép Tức là, quá trình oxi hoá SO2 được thực hiện làmhai giai đoạn Ở giai đoạn thứ nhất, mức chuyển hoá đạt khoảng 0,90 Sau đó đemhỗn hợp khí đi hấp thụ SO3 nhằm tăng hàm lượng oxi và SO2 trong hỗn hợp khítrước khi vào giai đoạn chuyển hoá thứ hai Ở giai đoạn hai, mức chuyển hoá đạt0,995 – 0,997 Như vậy, hàm lượng SO2 trong khí thải giảm đi đáng kể so với tiếpxúc đơn

 Tốc độ phản ứng

Trong sản xuất, tốc độ oxy hóa SO2 có ý nghĩa rất lớn, nó quyết định lượng SO2oxy hóa được trong một đơn vị thời gian trên một đơn vị thể tích xúc tác Do đó nóquyết định lượng xúc tác cần dùng, kích thước tháp và chỉ tiêu kinh tế kỹ thuật.Tốc độ phản ứng được đặc trưng bởi hằng số tốc độ k :

𝑘 = 𝑘0.e −E RT

Trong đó:

 ko : hệ số thực ngiệm đặc trưng cho xúc tác và không phụ thuộc vào nhiệt độ

 E : năng lượng hoạt hóa của phản ứng

Khi tăng nhiệt độ và giảm E thì hằng số vận tốc tăng Khi không có xúc tác thìphản ứng oxy hóa SO2 có năng lượng hoạt hóa lớn là vì phải tiêu tốn năng lượng

để phá vỡ liên kết giữa các nguyên tử trong phân tử O2, do đó tốc độ phản ứng rấtnhỏ Khi có mặt chất xúc tác rắn thì năng lượng hoạt hóa giảm nhiều do đó tốc độphản ứng tăng lên rất nhiều

 Xúc tác:

 Xúc tác kinh loại: Xúc tác platin có hoạt tính rất cao, nhiệt độ hoạt tính thấp(375- 400oC) nhưng rất dễ bị nhiễm độc bởi Asen và rất đắt Ngoài ra các kim loạikhác trong nhóm platin hoặc hợp kim của vàng, bạc plati, molip đen chúng cóhoạt tính cao nhưng nhìn chung không ổn định do sau một thời gian dài làm việcchúng dễ chuyển thành dạng sulfat hay oxit

 Xúc tác phi kim: Đầu tiên là oxyt sắt (xỷ quặng) có ưu điểm rẻ tiền, dễ kiếm,

ít nhạy độc với các tạp chất khí lò song do nhiệt độ hoạt tính cao nên mức chuyểnhóa thấp (không quá 0,5)

Sau đó người ta phát hiện ra oxyt Vanadi phối hợp với hợp chất kim loại kiềm vàSiO2 tạo ra xúc tác Vanadi:

Đây là loại xúc tác hoạt tính cao, nhiệt độ hoạt tính thấp (430-440oC) độ bền nhiệtlớn V2O5 là thành phần hoạt tính của xúc tác, chiếm từ 5-12%, SiO2 làm chấtmang ở dạng xốp, các chất kim loại kiềm làm chất kích động

Cho đến ngày nay xúc tác Vanadi vẫn được sử dụng rộng rãi trong sản xuất axitsulfuric do tính ưu việt của nó là hoạt tính cao và rẻ tiền Xu hướng của công nghệ

là là nghiên cứu chế tạo xúc tác Vanadi có nhiệt độ hoạt tính thấp xấp xỉ nhiệt độhoạt tính của platin

Hiện nay trên thế giớ có nhiều nước sản xuất xúc tác Vanadi ở các dạng viên, vòngkhác nhau như: Nga, Mỹ, Đan Mạch, Trung Quốc…

2.6 Hệ thống sấy, hấp thụ

Không khí đã được làm khô bằng axit sulfuric trong tháp sấy, làm độ ẩm đạt tiêu

chuẩn, sau đó đưa lò đốt lưu huỳnh và lưu thông tin trong toàn bộ hệ thống Khí

SO3 trong hỗn hợp được axit 98% hấp thụ thành axit đặc hơn trong tháp hấp thụ.Hỗn hợp khí đuôi sau khi xử lý trung hòa hết trong tháp xử lý khí đuôi được xả rangoài môi trường

 Quá trình sấy không khí ẩm:

Hơi nước không phải là một chất độc đối với chất xúc tác vanadium Nhưng nếutrong khí có hơi nước thì sẽ tạo mù ở quá trình hấp thụ, làm mất nhiều axit trong khíthải vì mù axit rất khó hấp thụ trong các tháp hấp thụ Ngoài ra, mù còn ngưng tụtrong các tháp trao đổi nhiệt bên ngoài của tháp tiếp xúc nhất là quá trình traođổi nhiệt làm nguội SO3, làm ăn mòn các ống trao đổi nhiệt Vì vậy, không khí cầnphải được sấy đạt tiêu chuẩn trước khi cấp vào hệ thống

Không khí được hút hoặc được đẩy vào tháp sấy Tại tháp sấy, axit sunphuric cónồng độ cao được tưới từ trên xuống tiếp xúc với không khí đi từ dưới lên qua cáclớp đệm Nhờ có sự tiếp xúc này, hơi nước trong không khí được axit hấp thụ,không khí sau tháp sấy có hàm ẩm đạt yêu cầu được đưa về lò đốt lưu huỳnh

 Quá trình hấp thụ khí SO3:

Đầu tiên, khí SO3 hòa tan vào trong axit, sau đó phản ứng với nước trong đó theophản ứng sau:

n.SO3 + H2O → H2SO4 + (n-1).SO3Tùy theo tỉ lệ giữa SO3 và nước mà nồng độ axit thu được sẽ khác nhau:

- Nếu n > 1: sản phẩm là oleum

- Nếu n = 1: sản phẩm là mono hydrat

- Nếu n < 1: sản phẩm là axit loãng

Cơ chế của quá trình hấp thụ SO3 cũng tương tự quá trình sấy khí Do đó ta cũng cócông thức:

- W: tốc độ giả của khí trong tháp, [m/s]

Nồng độ axit và nhiệt độ axit ảnh hưởng lớn đến tốc độ và hiệu suất hấp thụ Axitsulfuric nồng độ 98,3% hấp thụ khí SO3 tốt nhất vì áp suất hơi SO3 trên bề mặtdung dịch này rất thấp Nồng độ thấp hay cao hơn 98,3% thì quá trình hấp thụ SO3đều không tốt

Sản phẩm cuối cùng là H2SO4 được vận chuyển vào các kho chứa thông qua hệthống đường ống dẫn axit

Tóm lại, công đoạn hoá lỏng và lò đốt lưu huỳnh đóng một vai trò vô cùng quantrọng trong hệ thống sản xuất Axit Sulfuric Đó là công đoạn khởi đầu của quátrình sản xuất Lưu huỳnh qua công đoạn hoá lỏng được chuyển từ thể rắn sanglỏng, còn lò đốt có chức năng chuyển lưu huỳnh lỏng sang khí SO2, từ đó SO2 tiếptục đến các công đoạn tiếp theo để tạo thành sản phẩm là axit H2SO4

2.7 Sơ đồ dây chuyền công nghệ sản xuất axit sulfuric

Hình 2.2 Sơ đồ công nghệ sản xuất axit H2SO4

Công đoạn sản xuất axit sulfuric trải qua nhiều bước và các phản ứng hóa học khácnhau Tổng hợp lại cả quy trình ta có thể trình bày các công đoạn sản xuất axitsulfuric như sau:

Công đoạn đầu tiên là điều chế SO2: Công đoạn sản xuất axit sulfuric trải quanhiều bước và các phản ứng hóa học khác nhau Tổng hợp lại, các công đoạn sản

xuất axit sulfuric như sau:

Công đoạn đầu tiên là sản xuất SO2: Có nhiều công nghệ khác nhau để sản xuấtkhí SO2 Phương pháp phổ biến nhất hiện này là đưa S lỏng đã được tinh chế từquặng vào lò đốt cùng với không khí để tạo SO2, phản ứng xảy ra nhanh, S cháyhoàn toàn Ngoài phương pháp cũ ra hiện nay người ta thực hiện đốt pirit trong các

lò dùng để chế tạo ra khí SO2 Kết quả khi đốt sẽ có khí SO2, O2 và một số tạp chấtkhác Khi đó hỗn hợp khí SO2 sẽ thu được ở đỉnh lò đốt Để loại bỏ đi các tạp chất

và O2 ta tiến hành tinh chế hỗn hợp thu được để thu về SO2 Tinh chế bằng cách táchtạp các chất ra khỏi hỗn hợp bằng các hệ thống chuyên dùng như tách bụi xyclon,tách asen, tách “mù” H2SO4, tách hơi nước,

Công đoạn thứ 2 sẽ tiến hành oxi hóa SO2 thành SO3 bằng chất xúc tác rắn (V2O5).Mức độ chuyển hóa SO2 thành SO3 còn phụ thuộc và thời gian tiếp xúc và nhiệt độ.Khi đó nếu thời gian tiếp xúc của các chất tham gia và chất xúc tác tăng thì tốc độchuyển hóa cũng tăng

Công đoạn cuối cùng là hấp thụ SO3 tạo ra axit sulfuric Lúc này SO3 sẽ được xử lývới nước bằng cách cho phản ứng với H2O tạo thành H2SO4

2.8 Khái quát chung về nhiệm vụ đồ án

Trên cơ sở những kiến thức đã học được trong chương trình đào tạo kỹ sư máy hóa,

em thực hiện đề tài “Thiết kế cụm hoá lỏng và lò đốt lưu huỳnh năng suất 450tấn/ngày cho nhà máy sản xuất H2SO4”

Ở đây, em tính toán các thông số công nghệ của các thiết bị như: kích thước hìnhhọc, diện tích trao đổi nhiệt, nhiệt độ vào, ra thiết bị… thông qua các phương trìnhcân bằng chất và cân bằng nhiệt của vật chất dựa trên những hiểu biết về tính chấtvật lý và tính chất hóa học của chúng Và em cũng tính toán cơ khí cho các thiết

bị chịu tải trọng, chịu áp lực cao

Vậy để hóa lỏng lưu huỳnh ta chọn thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn ruột gà cótrục khuấy Lí do chọn thiết bị dạng ống xoắn ruột gà là bởi vì dạng này có hệ sốtruyền nhiệt cao ( gấp 1-3 lần so với dạng ống) Hơn nữa, bộ trao đổi nhiệt dạngxoắn có tác dụng thu hồi nhiệt thải và tận dụng triệt để nhiệt năng ở nhiệt độ thấp.Thiết bị trao đổi nhiệt dạng ống xoắn còn có ưu điểm tiết kiệm diện tích cũng như

chi phí bảo hành bảo dưỡng và sửa chữa Vì vậy với việc sử dụng nồi nấu chảydạng ống xoắn ruột gà sẽ có hiệu quả cao hơn các loại khác.

Đối với thiết bị đốt lưu huỳnh ta dùng lò đốt nằm ngang có 3 lớp gạch gồm 2lớp bên trong có tác dụng chịu nhiệt và 1 lớp ngoài cùng có tác dụng cáchnhiệt nhằm tránh tổn thất nhiệt ra ngoài môi trường Lò được chia thành cácngăn để tăng thời gian lưu, tăng khả năng đảo trộn khí để đốt cháy triệt để lưuhuỳnh và tăng độ cứng vững cho lò Vách ngăn được làm bằng gạch chịu lửa

Lí do chọn lò nằm ngang nhằm tăng thời gian lưu cho lưu huỳnh lỏng từ đótăng hiệu suất cho quá trình đốt

Súng phun lưu huỳnh lỏng có tác dụng phân tán lưu huỳnh trong lò nhằm tăngdiện tích tiếp xúc để quá trình diễn ra nhanh hơn Sử dụng bơm cao áp để phunlưu huỳnh lỏng vào sung phun ở áp suất 1,0 MPa

Chọn sung phun lưu huỳnh Jinding của công ty Xintai Jinding MachineryManufacturing – Trung Quốc Với:

Lưu lượng phun: 500 – 10000 [kg/h]

Áp suất: 1 MPa

Lưu lượng lưu huỳnh lỏng phun vào lò đốt là 18750 [kg/h] Chọn 2 súng phun,mỗi súng phun với lưu lượng G = 9375 [kg/h]

Hình 2.3: Súng phun lưu huỳnh.

Chương 3: Tính toán công nghệ

Ở chương này trình bày các bước tính thông số công nghệ của lò đốt lưu huỳnh, nồinấu chảy lưu huỳnh và nồi hơi nhiệt thừa

3.1 Thùng nấu chảy lưu huỳnh rắn

3.1.1 Thông số công nghệ

Lưu huỳnh rắn cần được hóa lỏng phun vào lò đốt để tăng hiệu suất quá trình cháy.Lưu lượng lưu huỳnh lỏng phun vào lò đốt G = 18750 [ kg/h] Vậy năng suất hóalỏng lưu huỳnh phải lớn hơn lưu lượng lưu huỳnh lỏng phun vào lò đốt Lưu huỳnhrắn có độ tinh khiết 99,8% và độ ẩm 2% Vậy lượng lưu huỳnh rắn cần cấp vào:

Vậy chọn năng suất hóa lỏng: N = 19171 [kg/h] = 5,33[kg/s]

+ Nhiệt độ lưu huỳnh lỏng phun vào lò đốt:

Theo đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa nhiệt độ và độ nhớt của lưu huỳnh lỏng

Hình 3.1 Độ nhớt của lưu huỳnh lỏng theo nhiệt độ

Theo đồ thị ta thấy, nhiệt độ của lưu huỳnh lỏng từ nhiệt độ nóng chảy đến 160oCthì độ nhớt giảm dần Từ 160-190oC thì độ nhớt tăng dần, sau đó độ nhớt lại giảmxuống

Mặt khác:

Điểm chớp cháy của lưu huỳnh ở 168 °C

Điểm bắt cháy của lưu huỳnh ở 232°C

Ta chọn nhiệt độ lưu huỳnh lỏng phun vào lò đốt trong khoảng 135-145°C vì tạikhoảng nhiệt độ này lưu huỳnh lỏng có độ nhớt thấp nhất, thuận lợi nhất cho việcphun lưu huỳnh lỏng Và không bắt cháy gây nguy hiểm

Gia nhiệt bằng hơi nước thấp áp ở 0.6 MPa, nhiệt độ hơi vào: 165°C

3.1.2 Tra thông số nhiệt động

a, Lưu huỳnh rắn

Ở điều kiện nhiệt độ thường 25°C lưu huỳnh ở dạng tà phương Theo [15] có:

Khối lượng riêng: ρ = 2,07 [g/cm3]

Hình 3.2 Trọng lượng riêng của lưu huỳnh lỏng theo nhiệt độ

Khối lượng riêng: ρ :1780 [kg/m3]

Nhiệt dung riêng: Cpl = 1055,157 [J/kg.độ]

c, Hơi nước thấp áp

Sử dụng hơi nước thấp áp ở 0,6 MPa ở nhiệt độ 165°C để gia nhiệt nấu chảy lưuhuỳnh và bảo ôn cho nồi nấu chảy lưu huỳnh

Nội suy theo Bảng 8 tr-351/ [6] theo áp suất 6 bar, có:

 Nhiệt lượng riêng của hơi ở 165°C: ihơi = 2770,5 [kJ/kg]

 Nhiệt độ ngưng tụ: tnt = 158,83°C

 Khối lượng riêng: 3,168 [kg/m3]

 Nhiệt dung riêng: Cp= 2,468 [kJ/kg.độ]

Thiết bị được chia làm hai phần: trụ tròn và nón Với H1 là chiều cao phần trụ tròn,

H2 chiều cao phần nón, D đường kính thiết bị

Hình 3.3 Sơ đồ thiết bị hóa lỏng lưu huỳnh 3.1.4 Nhiệt lượng trao đổi quá trình hoá lỏng lưu huỳnh

Giai đoạn đầu sẽ hóa lỏng toàn bộ lưu huỳnh rắn và nâng nhiệt độ của lưu huỳnhlỏng từ nhiệt độ nóng chảy đến nhiệt độ 145°C, Giai đoạn này là giai đoạn chưa ổnđịnh

Giai đoạn tiếp theo là giữ nhiệt độ của lưu huỳnh lỏng ổn định ở 145°C và cấp thêmlưu huỳnh rắn từ cân định lượng vào thiết bị, lưu huỳnh rắn nhận nhiệt từ lưu huỳnhlỏng và chảy ra nâng mức lưu huỳnh lỏng trong thiết bị và lưu huỳnh lỏng tự chảytràn sang hệ thống lọc Giai đoạn này là giai đoạn ổn định

Hệ thống gia nhiệt hóa lỏng lưu huỳnh rắn dạng ống xoắn ruột gà đặt bên trong thiết

bị, hệ thống bảo ôn giữ nhiệt cho lưu huỳnh lỏng bao xung quanh thành ngoài củathiết bị

Ống xoắn ruột gà ta dùng loại SUS316 , có đường kính d = 63 mm và chiều dày δ =

3 mm

Các giai đoạn xảy với các lưu thể trong quá trình:

+ Với hơi:

Giai đoạn từ nhiệt độ 165°C về nhiệt độ ngưng tụ 158,83oC: Q̇1

Giai đoạn ngưng tụ ở nhiệt độ 158,83°C: Q̇2

+ Với lưu huỳnh:

Giai đoạn từ nhiệt độ 25°C đến nhiệt độ nóng chảy 112,8°C: Q̇3

Giai đoạn nóng chảy ở nhiệt độ 112,8°C: Q̇4.

Giai đoạn từ nhiệt độ 112,8°C đến 145°C: Q̇5

Trong giai đoạn chưa ổn định việc tính toán quá trình trao đổi nhiệt là rất phức tạp.Trong giai đoạn ổn định, lượng lưu huỳnh rắn thêm vào là rất nhỏ so với lượng lưuhuỳnh lỏng trong thiết bị, lượng nhiệt trao đổi cũng rất nhỏ so vơi lượng nhiệt tổng

Do đó ta bỏ qua quá trình này trong giai đoạn ổn định Nên trong giai đoạn ổn địnhnày chỉ còn quá trình giữ nhiệt độ của lưu huỳnh lỏng ở112,8oC đến 145°C

Tập đồ án này chỉ tính toán trong giai đoạn ổn định

Lượng nhiệt trao đổi: Q̇

Q̇ = K F ∆ttb

Trong đó:

 K: hệ số truyền nhiệt [W/m2.độ]

 F: diện tích trao đổi nhiệt [m2]

 ∆ ttb: nhiệt độ trung bình Loga [độ]

Chênh lệch nhiệt độ đầu vào: Δt1=165 - 145 = 20¿C]

Chênh lệch nhiệt độ đầu ra: Δt2 = 158,83 – 145 = 13,83¿C]