年產(chǎn)30萬(wàn)噸硫酸畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書-文庫(kù)吧
2025-01-03 15:19 本頁(yè)面
【正文】 來(lái)，又要在沸騰爐內(nèi)，后期的除塵、凈化等工序非常繁瑣。過(guò)去硫鐵礦含硫量很高，現(xiàn)在硫鐵礦的含硫量很低，而且運(yùn)輸成本越來(lái)越高，這些因素都促使硫磺制酸工藝的不斷推廣。從而選擇清潔生產(chǎn)工藝硫磺制酸。但隨著我國(guó)磺制酸工藝的普及，我國(guó)對(duì)硫磺需求量也不斷加大，2009年我國(guó)硫資源消費(fèi)量約2000萬(wàn)噸，占世界總消費(fèi)量的2/5，進(jìn)口硫（硫磺、硫酸）占國(guó)內(nèi)硫消費(fèi)量的90%左右。隨著硫需求的不斷上升，供應(yīng)價(jià)格不斷上漲，企業(yè)生產(chǎn)成不也不斷提高，這些都促使我們改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高硫磺利用效率。中國(guó)硫酸生產(chǎn)由硫磺制酸、硫鐵礦制酸和冶金煙氣制酸構(gòu)成，2006年硫酸產(chǎn)量構(gòu)成是硫磺制酸占44%，硫鐵礦制酸占32%，冶金煙氣制酸占23%，其它約1%。目前我國(guó)硫酸生產(chǎn)問(wèn)題之一是我國(guó)硫磺需求量的90%依靠進(jìn)口。硫磺制酸基本上是為磷肥企業(yè)配套建設(shè)的，因此我國(guó)磷肥生產(chǎn)嚴(yán)重地受控于國(guó)際硫磺市場(chǎng)。問(wèn)題之二是硫鐵礦制酸前景黯淡，一方面是硫鐵礦制酸即耗能又排酸渣污染環(huán)境，世界上幾乎只有中國(guó)利用硫鐵礦制酸，隨著全球加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，硫鐵礦制酸很可能被淘汰；另一方面是硫鐵礦制酸受制于硫磺價(jià)格，2008年國(guó)際市場(chǎng)硫磺價(jià)格暴漲，我國(guó)硫鐵礦制酸產(chǎn)能擴(kuò)張；目前國(guó)際市場(chǎng)硫磺價(jià)格回落到合理價(jià)位，部分硫鐵礦制酸被迫停產(chǎn)或關(guān)閉；雖然硫鐵礦制酸是利用本國(guó)豐富的硫鐵礦資源，但是硫鐵礦制酸沒(méi)有競(jìng)爭(zhēng)力，依靠硫鐵礦資源并不能保障我國(guó)硫供應(yīng)平穩(wěn)。表1 中國(guó)硫酸產(chǎn)量與構(gòu)成2002200320042005200620072008硫酸產(chǎn)量 萬(wàn)噸3052337139954615503354135133硫磺進(jìn)口量 萬(wàn)噸409409677831881965841硫鐵礦制酸 %硫磺制酸 %煙氣制酸 %其他制酸% 硫磺中雜質(zhì)對(duì)制酸工藝的影響硫磺中的雜質(zhì)主要有灰分、水分、酸度和硫化氫等,它們對(duì)制酸工藝的影響分述如下:1. 灰分硫磺,特別是回收硫,在產(chǎn)出時(shí)灰分含量是比較少的。但它們以固態(tài)經(jīng)過(guò)堆存、裝卸和運(yùn)輸,以及用戶的庫(kù)存,將受到各種固體雜質(zhì)的污染,使其灰分含量增加。硫磺中灰分能污染加熱表面而降低它的傳熱系數(shù),部分灰分在熔硫槽、澄清槽中沉降,過(guò)多的灰分將縮短熔硫槽和澄清槽的清理周期。原料硫磺(固態(tài))%。2. 水分硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清過(guò)程中基本上全部被蒸發(fā)掉。硫磺中水分多或少,僅影響熔硫時(shí)的蒸汽消耗量。與完全沒(méi)有水分時(shí)比較,每含1%水分,熔硫蒸汽的理論消耗量(指完全沒(méi)有熱損失時(shí))%。%～%%以上,熔硫時(shí)則劇烈起跑,影響正常操作。水分含量增高,則酸度增加,貽患無(wú)窮。3. 酸度硫磺中酸度(以H2SO4計(jì))呈游離態(tài)。這些酸是在潮濕的環(huán)境和在細(xì)菌的作用下,硫被空氣緩慢氧化而形成的。在熔硫時(shí),它積聚在液硫表面而被分離出來(lái),不會(huì)影響焚硫和轉(zhuǎn)化工序操作。但酸度過(guò)高則嚴(yán)重腐蝕熔硫設(shè)備。4. 硫化氫烴類與液態(tài)硫會(huì)通過(guò)下列緩慢的反應(yīng)而產(chǎn)生少量的硫化氫:8C5H12 +13S →5C8H14 +13H2S美國(guó)Texasgulf公司曾對(duì)硫磺貯槽中發(fā)生H2S爆炸事故進(jìn)行過(guò)研究,對(duì)硫磺貯槽上部空間的氣體進(jìn)行分析,氣體中除經(jīng)常含有濃度不等的H2S外,%(mol計(jì))的C8H14. H2S。有的可以達(dá)到或超過(guò)燃爆濃度(常溫下為%,但液硫貯槽溫度132℃下為%)。但回收硫中,烴類含量少,不會(huì)達(dá)到爆炸限,而C8H14濃度始終恒定,可以認(rèn)為它已經(jīng)與硫磺中烴類達(dá)到平衡。在138℃以下,烴類與硫的反應(yīng)速度很慢,生成的H2S能溶解于液態(tài)硫中。H2S在液硫中的溶解度隨溫度上升而增加,這種反?，F(xiàn)象是由于反應(yīng)生成多硫化氫(H2S4)之故。溫度降低也有分解出H2S的傾向。純硫酸（H2SO4）是一種無(wú)色透明的油狀液體，幾乎比水重一倍。工業(yè)生產(chǎn)的硫酸是指SO3和H2O以一定的比例混合的溶液，而發(fā)煙硫酸是其中SO3和H2O摩爾比大于1的溶液。由于發(fā)煙硫酸的SO3蒸氣壓較大，暴露在空氣中能釋放出SO3，和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合并凝結(jié)成酸霧而得名。硫酸的濃度通常用其中所含硫酸的重量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。如98%硫酸，就是指其中含有98%重量的硫酸和2%重量的水。習(xí)慣上把濃度≥75%的硫酸叫做濃硫酸，而把75%以下的硫酸叫做稀硫酸。各種硫酸的組成如表11所示：表11 工業(yè)硫酸的組成名稱H2SO4重量%SO3/ H2O組成，%名稱H2SO4重量%SO3/ H2O組成，%SO3H2OSO3HO293%硫酸98%硫酸無(wú)水硫酸20%發(fā)煙硫酸65%發(fā)煙硫酸相對(duì)密度即單位體積硫酸的重量與同體積4℃水的重量之比。相對(duì)密度與密度在概念上是不同的，密度即單位體積硫酸的質(zhì)量，g/cm179。但對(duì)于同一條件下的同一硫酸的相對(duì)密度與密度在數(shù)值上是同一的。硫酸相對(duì)密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。當(dāng)固定溫度，硫酸的相對(duì)密度隨濃度升高而升高。當(dāng)固定硫酸濃度，相對(duì)密度則隨溫度升高而下降。此屬于一般的變化規(guī)律。此外當(dāng)酸濃度在0～100%范圍內(nèi)，在任何溫度下，%濃度下的相對(duì)密度為最大。當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時(shí)，以含游離SO3在50%～65%濃度下的相對(duì)密度為最高。SO3%游離量低于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3%增加而升高。游離SO3%高于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3量增加而下降。液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時(shí)的溫度稱為結(jié)晶溫度。結(jié)晶溫度隨硫酸濃度不同而變化，其變化關(guān)系是不規(guī)則的。市場(chǎng)上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表1－2所示：表12 常用硫酸和發(fā)煙硫酸的結(jié)晶溫度硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃－100+－游離SO310－－游離SO320++游離SO365－掌握了硫酸結(jié)晶溫度具有下述意義：。、熱焓熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和無(wú)其它功能的條件下，單位硫酸溫度升高或降低1℃時(shí)，所引起的熱量變化。以摩爾為單位，即摩爾熱容[ KJ/（molK）]，以質(zhì)量千克為單位即為比熱[KJ/（molK）]。從實(shí)驗(yàn)上得知，將同一種濃度的硫酸從0升高到1與從99升到100所需要的熱量是不同的。可見不同的溫度下有不同的熱容，為了使用上的方便，在工程計(jì)算中采用平均熱容。熱焓是指某一單位重量（kg）的硫酸在某一溫度下含有的熱量。熱焓是狀態(tài)函數(shù)，它的變化由始態(tài)和終態(tài)決定，與中間過(guò)程無(wú)關(guān)。H2O－SO3為二元系統(tǒng)，其溶液具有恒沸狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)在硫酸水溶液的濃縮、SO3吸收以及濃硫酸用作干燥劑等方面有著極其重要的意義。溶液的沸點(diǎn)隨H2SO4含量的增加而升高。%時(shí)達(dá)最大值（℃），此后則下降，至100%℃。發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)，則隨SO3（游離）百分含量的增大而下降，℃。常壓下加熱濃縮稀硫酸，%時(shí)，液面上的氣相組成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時(shí)沸點(diǎn)（℃）稱恒沸點(diǎn)。%，成為理論上的濃縮濃度。但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟(jì)性和減少硫酸損失，通常只是將稀硫酸濃縮至92%～95%。位于恒沸點(diǎn)右邊的區(qū)域，其特點(diǎn)是沸騰時(shí)，液體中的硫酸含量不是增加而是降低，%時(shí)為止。此時(shí)沸點(diǎn)不是升高而是降低。這種現(xiàn)象是由于硫酸分解產(chǎn)生的SO3比H2O汽更易自液相中逸出。根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應(yīng)有相應(yīng)的氣體成分。上述的加熱濃縮稀硫酸及加熱蒸發(fā)游離SO3，相應(yīng)的氣相成分以H2O和SO2為主。而在常壓低溫范圍內(nèi)，硫酸液面
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