【正文】 ...............................................17 人孔 ...............................................................................17 封頭 ...............................................................................176 附屬設(shè)備的選型與設(shè)計(jì) .................................................................18 酸冷卻器的選擇 .....................................................................18 鼓風(fēng)機(jī)的選擇 .......................................................................20 塔頂出口氣鼓風(fēng)機(jī) .................................................................20 塔底進(jìn)口氣鼓風(fēng)機(jī) .................................................................20 酸泵 ...............................................................................207 主要設(shè)備設(shè)計(jì)結(jié)果匯總 .................................................................21 干燥塔設(shè)計(jì)結(jié)果 .....................................................................21 酸冷卻器設(shè)計(jì)結(jié)果 ...................................................................21 設(shè)備一覽表 .........................................................................228 設(shè)計(jì)體會(huì) .............................................................................23符號(hào)說(shuō)明 ...............................................................................24參考文獻(xiàn) ...............................................................................251 概述 硫酸的性質(zhì)硫酸是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)中重要的產(chǎn)品之一。硫酸主要用于生產(chǎn)化學(xué)肥料、有色金屬的冶煉、合成纖維、涂料、致冷劑、洗滌劑、飼料添加劑和石油的精煉，以及鋼鐵、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)。 硫酸的物理性質(zhì)硫酸，分子式為 H2SO4，相對(duì)分子質(zhì)量 。純硫酸是一種無(wú)色無(wú)味油狀液體，工業(yè)品因含雜質(zhì)而呈黃、棕等色。常用的濃硫酸中 H2SO4 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %，其密度( 液態(tài))。物質(zhì)的量濃度為 L1。凝固點(diǎn) 。沸點(diǎn)(330177。)℃。 ％的硫酸水溶液為恒沸混合物，沸點(diǎn) 339℃。硫酸是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時(shí)放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時(shí)應(yīng)該“ 酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”。若將濃硫酸中繼續(xù)通入三氧化硫,則會(huì)產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象,這樣含有 SO3 的硫酸稱為“ 發(fā)煙硫酸”。100%的硫酸熔沸點(diǎn)為熔點(diǎn) 10℃，沸點(diǎn) 290℃。但是100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的，沸騰時(shí)會(huì)分解一部分，變?yōu)?%的濃硫酸，成為 338℃（硫酸水溶液的）恒沸物。加熱濃縮硫酸也只能最高達(dá)到 %的濃度。 %硫酸的熔沸為熔點(diǎn) 10℃，沸點(diǎn) 338℃。 硫酸的化學(xué)性質(zhì) 水 性脫 水 指 濃 硫 酸 脫 去 非 游 離 態(tài) 水 分 子 或 脫 去 有 機(jī) 物 中 氫 氧 元 素 的 過(guò) 程 。 就 硫 酸 而 言 ， 濃 硫酸 有 脫 水 性 且 脫 水 性 很 強(qiáng) 。 (1)可 被 脫 水 的 物 質(zhì) 物 質(zhì) 被 濃 硫 酸 脫 水 的 過(guò) 程 是 化 學(xué) 變 化 的 過(guò) 程 ， 反 應(yīng) 時(shí) ， 濃 硫 酸 按 水 分 子 中 氫 氧 原 子 數(shù) 的 比(2:1)奪 取 被 脫 水 物 中 的 氫 原 子 和 氧 原 子 或 脫 去 非 游 離 態(tài) 的 結(jié) 晶 水 ， 如 五 水 合 硫 酸 銅(CuSO45H2O)。 (2)炭 化 可 被 濃 硫 酸 脫 水 的 物 質(zhì) 一 般 為 含 氫 、 氧 元 素 的 有 機(jī) 物 ， 其 中 蔗 糖 、 木 屑 、 紙 屑 和 棉 花 等 物質(zhì) 中 的 有 機(jī) 物 ， 被 脫 水 后 生 成 了 黑 色 的 炭 。黑 面 包 反 應(yīng) ： 在 200mL 燒 杯 中 放 入 20g 蔗 糖 ， 加 入 幾 滴 水 ， 水 加 適 量 ， 攪 拌 均 勻 。 然 后 再加 入 15mL 質(zhì) 量 分 數(shù) 為 98%的 濃 硫 酸 ， 迅 速 攪 拌 。 觀 察 實(shí) 驗(yàn) 現(xiàn) 象 。 可 以 看 到 蔗 糖 逐 漸 變 黑 ， 體 積膨 脹 ， 形 成 疏 松 多 孔 的 海 綿 狀 的 炭 ， 還 會(huì) 聞 到 刺 激 性 氣 味 氣 體 。濃硫酸 如 C12H22O11=濃硫酸=12C + 11H 2O 2． 難 揮 發(fā) 性 （ 高 沸 點(diǎn) ）制 氯 化 氫 、 硝 酸 等 （ 原 理 ： 高 沸 點(diǎn) 酸 制 低 沸 點(diǎn) 酸 ） 如 ， 用 固 體 氯 化 鈉 與 濃 硫 酸 反 應(yīng) 制 取 氯化 氫 氣 體 。NaCl(固 )+H?SO?(濃 )═NaHSO4+HCl↑(常 溫 )2NaCl(固 )+H?SO?(濃 )═加 熱 ═Na2SO4+2HCl↑(加 熱 )Na2SO3+H?SO?═Na2SO4+H2O+SO2↑再 如 ， 利 用 濃 鹽 酸 與 濃 硫 酸 可 以 制 氯 化 氫 氣 體 。酸 性 ： 制 化 肥 ， 如 氮 肥 、 磷 肥 等2NH3+H2SO4═(NH4)2SO4Ca3(PO4)2+2H2SO4═2CaSO4+Ca(H2PO4)2穩(wěn) 定 性 ： 濃 硫 酸 與 亞 硫 酸 鹽 反 應(yīng)Na2SO3+H2SO4═Na2SO4+H2O+SO2↑3． 強(qiáng) 氧 化 性(1)跟 金 屬 反 應(yīng) ① 常 溫 下 濃 硫 酸 能 使 鐵 、 鋁 等 金 屬 鈍 化 。 ② 加 熱 時(shí) ， 濃 硫 酸 可 以 與 除 金 、 鉑 之 外 的 所 有 金 屬 反 應(yīng) ， 生 成 高 價(jià) 金 屬 硫 酸 鹽 ， 本 身 一 般 被還 原 成 二 氧 化 硫 。Cu+2H2SO4(濃 )=加 熱 =CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(濃 )=加 熱 =Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O 在 上 述 反 應(yīng) 中 ， 硫 酸 表 現(xiàn) 出 了 強(qiáng) 氧 化 性 和 酸 性 。(2)非 金 屬 反 應(yīng)熱 的 濃 硫 酸 可 將 碳 、 硫 、 磷 等 非 金 屬 單 質(zhì) 氧 化 到 其 高 價(jià) 態(tài) 的 氧 化 物 或 含 氧 酸 ， 本 身 被 還 原為 二 氧 化 硫 。 在 這 類 反 應(yīng) 中 ， 濃 硫 酸 只 表 現(xiàn) 出 氧 化 性 。C+2H2SO4(濃 )=加 熱 =CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(濃 )=加 熱 =3SO2↑+2H2O2P+5H2SO4(濃 )=加 熱 =2H3PO4+5SO2↑+2H2O(3)跟 其 他 還 原 性 物 質(zhì) 反 應(yīng)濃 硫 酸 具 有 強(qiáng) 氧 化 性 ， 實(shí) 驗(yàn) 室 制 取 硫 化 氫 、 溴 化 氫 、 碘 化 氫 等 還 原 性 氣 體 不 能 選 用 濃 硫 酸 。H2S+H2SO4(稀 )=S↓+SO2↑+2H2O2HBr+H2SO4(稀 )=Br2↑+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(稀)=I 2↑ +SO2↑+2H2O 酸 性純 硫 酸 是 無(wú) 色 油 狀 液 體 ， ℃ 時(shí) 凝 固 。 加 熱 純 硫 酸 時(shí) ， 沸 點(diǎn) 290℃ ， 并 分 解 放 出 部 分SO3 直 至 酸 的 濃 度 降 到 %為 止 ， 這 時(shí) 硫 酸 為 恒 沸 溶 液 ， 沸 點(diǎn) 338℃ 。 無(wú) 水 硫 酸 體 現(xiàn) 酸 性 是 給出 質(zhì) 子 的 能 力 ， 純 硫 酸 仍 然 具 有 很 強(qiáng) 的 酸 性 ， 98%硫 酸 與 純 硫 酸 的 酸 性 基 本 上 沒(méi) 有 差 別 ， 而 溶 解三 氧 化 硫 的 發(fā) 煙 硫 酸 就 是 一 種 超 酸 體 系 了 ， 酸 性 強(qiáng) 于 純 硫 酸 。純硫酸是無(wú)色、粘稠，導(dǎo)電性能極高的油狀液體，并不易揮發(fā)，但是加熱沸騰前會(huì)產(chǎn)生大量的白霧狀硫酸酸霧。 純硫酸是一種非常極性的液體，其介電系數(shù)大約為 100。因?yàn)樗肿优c分子之間能夠互相質(zhì)子化對(duì)方，造成它極高的導(dǎo)電性，這是由于它發(fā)生自偶電離生成的兩種離子所致，這個(gè)過(guò)程被稱為質(zhì)子自遷移。這種反應(yīng)機(jī)理是和純磷酸以及純氫氟酸所同出一轍的。但純硫酸達(dá)成這種反應(yīng)平衡所需要的時(shí)間則比以上兩者快得多，差不多是即時(shí)性的。 硫酸的生產(chǎn)方法生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（FeSO 47H2O）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸。在煅燒過(guò)程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時(shí)冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO 47H2O） Fe2O3+SO2+SO3+14H2O煅 燒? ? ??在 18 世紀(jì) 40 年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很難進(jìn)行。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法。 硝化法制造硫酸硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法在1746 年開(kāi)始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。由于這個(gè)方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品且為稀硫酸，所以，這個(gè)方法后來(lái)逐漸地被淘汰。在鉛室法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的塔式法，開(kāi)始于本世紀(jì)初期。1907 年在奧地利建成了世界上第一個(gè)塔式法制硫酸的工廠，其制造過(guò)程同樣是使氮的氧化物起氧的傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是該過(guò)程在液相中進(jìn)行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。塔式法制出的硫酸濃度可達(dá) 76%左右，目前，我國(guó)仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。目前我國(guó)硫酸生產(chǎn)接觸法占絕大部分，塔式法已很少，但是硝化法還具有它一定的優(yōu)點(diǎn)。雖然它產(chǎn)酸的濃度為 76％左右，該濃度的酸適合制造過(guò)磷酸鈣，另外此種生產(chǎn)方法設(shè)備簡(jiǎn)單，建廠快，硫的利用率比較高，可以用雜質(zhì)比較高的原料，其缺點(diǎn)是必須消耗硝酸。（1）硝化法制造硫酸可歸納為三個(gè)重要過(guò)程：① 二氧化硫與氮氧化物的作用。反應(yīng)結(jié)果，二氧化硫被氧化成硫酸，高級(jí)的氮氧化物轉(zhuǎn)變?yōu)榈图?jí)氮氧化物（NO） 。② 一氧化氮的氧化。目的在于使其變?yōu)楦呒?jí)的氮氧化物，并再次參與二氧化硫的氧化反應(yīng)。③ 氮氧化物的回收。以硫酸吸收高級(jí)氮氧化物使之與尾氣分離回收。（2）硝化法的優(yōu)缺點(diǎn)硝化法制造硫酸主要有如下優(yōu)點(diǎn)：① 投資小，建設(shè)速度快；② 采酸率高，可達(dá) 92%以上，電的消耗比較少。硝化法的缺點(diǎn)：① 一般只能生產(chǎn)稀硫酸；② 設(shè)備腐蝕較重，維護(hù)也比較困難，維護(hù)費(fèi)用也較高；③ 生產(chǎn)操作比較不穩(wěn)定，指標(biāo)波動(dòng)大。 接觸法制造硫酸接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于 1831 年，在本世紀(jì)初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。到 20 年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價(jià)格昂貴和易中毒的鉑觸媒。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng)，結(jié)合成三氧化硫，然后用 %的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物） ，但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。目前可作為制造硫酸原料的含硫資源除硫磺外，主要有：硫鐵礦、硫精砂（尾砂） 、有色金屬冶煉氣、焦?fàn)t氣、天然氣、石油氣中的硫化氫也可作為制取二氧化硫氣體的原料 [2]。將二氧化硫與氧化合成為三氧化硫的反應(yīng)式是：2SO 2＋O 2 = 2SO3＋Q，這個(gè)反應(yīng)在常溫下沒(méi)有觸媒存在時(shí)，實(shí)際上不能進(jìn)行。為了使這一反應(yīng)加快，必須提高溫度并且采用觸媒催化（也叫觸媒氧化） 。這便是接觸法制造硫酸名稱的由來(lái)。（1）接觸法生產(chǎn)硫酸由下列四個(gè)工序組成：①