【正文】 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(論文)化工專業(yè)硫鐵礦接觸法制硫酸的生產(chǎn)工藝設(shè)計畢業(yè)論文目錄摘要 1第一章 緒論 21．1概述 2 2 3 4 5第二章 二氧化硫爐氣的制備 9 9 92．1．2 硫鐵礦的處理 9 102．3沸騰焙燒 11 15 15 15 16 17第三章 爐氣的凈化及干燥 19 19 19 20 23第四章 二氧化硫的催化氧化 24 24 24 二氧化硫氧化的反應(yīng)速率 26 二氧化硫氧化催化劑 26 27 27 284．4．2 鼓風(fēng)機(jī) 30 31第五章 三氧化硫的吸收 335．1三氧化硫吸收的工藝條件 33 345．2．1 一轉(zhuǎn)一吸干—吸系統(tǒng)工藝流程 345．2．2 兩轉(zhuǎn)兩吸于—吸系統(tǒng)工藝 35 三廢處理 36 3污酸的處理 36第六章 物料衡算和熱量衡算 37 37 熱量衡算 41致謝 44參考文獻(xiàn) 45I第一章 緒論1．1概述 硫酸的性質(zhì)純硫酸（H2SO4）是一種無色透明的油狀液體，幾乎比水重一倍。工業(yè)生產(chǎn)的硫酸系指SO3和H2O以一定比例混合的溶液。而發(fā)煙硫酸是其中SO3和H2O摩爾比大于1的溶液。發(fā)煙硫酸由于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)合聚成酸霧，因而得名。硫酸的用途硫酸是基本化學(xué)工業(yè)中重要產(chǎn)品之一。它不僅作為許多化工產(chǎn)品的原料，而且還廣泛地應(yīng)用于其他的國民經(jīng)濟(jì)部門。它的應(yīng)用范圍日益擴(kuò)大，需要數(shù)量日益增加。茲將硫酸在國民經(jīng)濟(jì)中的作用分述如下。 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù) 用于肥料的生產(chǎn)硫酸銨（俗稱硫銨或肥田粉）和過磷酸鈣（俗稱過磷酸石灰或普鈣）這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。每生產(chǎn)一噸硫酸銨，就要消耗硫酸（折合成100%計算）760kg，每生產(chǎn)一噸過磷酸鈣，就要消耗硫酸360kg。 用于農(nóng)藥的生產(chǎn)許多農(nóng)藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。最普通的殺蟲劑，如1059乳劑(45%)和1605乳劑(45%)的生產(chǎn)都需用硫酸。前者每生產(chǎn)1t，需消耗20%，需消耗硫酸36kg。為大家所熟悉的滴滴涕，每生產(chǎn)1t需要20%。 為工業(yè)生產(chǎn)服務(wù) 用于冶金工業(yè)和金屬加工在冶金工業(yè)部門，特別是有色金屬的生產(chǎn)過程需要使用硫酸。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時，電解液就需要使用硫酸，某些貴金屬的精煉，也需要硫酸來溶解去夾雜的其他金屬。在鋼鐵工業(yè)中進(jìn)行冷軋、冷拔及沖壓加工之前，都必須用硫酸清除鋼鐵表面的氧化鐵。在軋制薄板、冷拔無縫鋼管和其他質(zhì)量要求較高的鋼材，都必須每軋一次用硫酸洗滌一次。另外，有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進(jìn)行鍍鋅之前，都要經(jīng)過用硫酸進(jìn)行酸洗手續(xù)。在某些金屬機(jī)械加工過程中，例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件，也需用硫酸來洗凈表面的銹。在黑色冶金企業(yè)部門里，需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產(chǎn)量的5%～6%，而每噸鋼材的酸洗，約消費98%的硫酸30kg～50kg。[3]生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（ ）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸。在鍛燒過程中，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冷凝，便可得到硫酸?！　? 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?！∠趸ǎòㄣU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年開始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。由于這個方法所需設(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，這個方法后來逐漸地被淘汰。硝化法的反應(yīng)歷程較復(fù)雜，但可用簡單的化學(xué)方程式表示如下：反應(yīng)中所需的NO由硝酸供給，氧氣來自空氣。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，％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。我國是最大的硫鐵礦生產(chǎn)國之一，主要的硫資源來自硫鐵礦，而且把它作為生產(chǎn)硫酸的主要原料。其次是冶煉氣制酸，此外還有少量的硫磺制酸和石膏制酸等。在接觸法硫酸工藝生產(chǎn)過程中，有三個基本的化學(xué)反應(yīng)和與之相聯(lián)系的工序：SO2氣體的制?。籗O3的轉(zhuǎn)化；SO3的吸收。 硫酸工業(yè)是個古老的行業(yè)，迄今已有260多年的歷史。很久以前，硫酸就因為在眾多領(lǐng)域中不可或缺的用途而贏得“工業(yè)之母”的美譽。在我國，由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切聯(lián)系，硫酸工業(yè)在國計民生中占有舉足輕重的地位，一直是一個倍受關(guān)注的行業(yè)。改革開放以來，與中國其它行業(yè)一樣，硫酸工業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)、原料構(gòu)成、裝置規(guī)模、技術(shù)裝備水平、廢物排放指標(biāo)全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代化工的行列。在循環(huán)經(jīng)濟(jì)已成為社會發(fā)展的主流、人類更加注重資源利用與環(huán)境保護(hù)的今天，硫酸工業(yè)這個涉及到腐蝕性和環(huán)境污染物、擁有60 Mt/a產(chǎn)能的龐大的產(chǎn)業(yè)，如何實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展，如何打造循環(huán)經(jīng)濟(jì)的體系，如何使其技術(shù)裝備水平更上一個臺階，無疑是人們所面臨的新的挑戰(zhàn)。我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀（產(chǎn)量、原料結(jié)構(gòu)及產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)）。硫酸工業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)產(chǎn)業(yè)，目前我國約70%產(chǎn)量的硫酸用于化肥，尤其是磷肥的生產(chǎn)。產(chǎn)品的終端用途性質(zhì)以及十幾億人口的基本國情決定了我國必然是一個硫酸生產(chǎn)大國。建國以來，尤其是改革開放以來，我國硫酸產(chǎn)能逐年遞增，至2004年已達(dá)到44 350 kt，并從此躍居世界首位。近幾年我國硫酸生產(chǎn)能力和產(chǎn)量及原料格局見表1表12（數(shù)據(jù)來源于中國硫酸工業(yè)協(xié)會統(tǒng)計數(shù)據(jù)）。[7]表11 2002～2006年我國各原料制酸生產(chǎn)能力情況 單位：kt/a項目20022003200420052006硫磺制酸1350014600177002330028700硫鐵礦制酸1650016800168001880020700煙氣制酸7900830093001100012600其它550550550550550總計3845040250443505365062550表12 2002～2006 年我國硫酸產(chǎn)量及生產(chǎn)原料格局（以H2SO4計）硫酸總產(chǎn)量/kt時間硫鐵礦制酸硫磺制酸冶煉煙氣制酸其它制酸產(chǎn)量/kt份額/％產(chǎn)量/kt份額/％產(chǎn)量/kt份額/％產(chǎn)量/kt份額/％20023052012058111166932414200333711130341260975215472004399461431616236884854620054625016100197509800600200650440159302233011630550如圖11：圖11 硫鐵礦為原料的接觸法制硫酸生產(chǎn)工藝流程簡圖1沸騰培燒爐；2空氣鼓風(fēng)機(jī)；3廢熱鍋爐；4旋風(fēng)除塵器；5電除塵器；6冷卻塔；7洗滌塔；8循環(huán)槽；9稀酸泵；10氣體冷凝器；11第一級電除霧器；12第二級電除霧器；13干燥塔；14，24循環(huán)槽及酸泵；15,25酸冷卻器；16二氧化硫鼓風(fēng)機(jī)；17,18,20,21氣體換熱器；19轉(zhuǎn)化器；22中間吸收塔；23最終吸收塔 硫鐵礦經(jīng)原料工序破碎、篩分和配礦后，由斗式提升機(jī)送入原料倉中，經(jīng)皮帶喂料機(jī)送入沸騰焙燒爐內(nèi)，進(jìn)行沸騰焙燒。在沸騰焙燒爐前有爐前空氣鼓風(fēng)機(jī)向沸騰爐內(nèi)鼓入空氣，焙燒爐內(nèi)生成的二氧化硫爐氣由設(shè)在干燥塔后的二氧化硫主（鼓風(fēng)機(jī)）抽吸，使沸騰爐頂保持微負(fù)壓狀態(tài)，以免爐氣從加料口和溢渣口逸出。爐氣在經(jīng)過凈化設(shè)備時，由于受到設(shè)備阻力而使其壓降降低，在到達(dá)主風(fēng)機(jī)進(jìn)口時， 左右。為了克服主風(fēng)機(jī)后熱交換器、轉(zhuǎn)化器和吸收塔等設(shè)備的阻力，主風(fēng)機(jī)出口也需相應(yīng)的正壓強值。出沸騰爐爐氣中二氧化硫濃度較高（約為12～13%），經(jīng)過泡沫洗滌塔后補充來自脫吸塔的空氣，以提高爐氣中氧的濃度，并使二氧化硫濃度降低到入轉(zhuǎn)化器所需要的濃度。為了維持干燥和吸收塔循環(huán)酸槽酸的濃度穩(wěn)定，如前所述，%的吸收酸連續(xù)地由吸收酸泵（或吸收酸循環(huán)酸槽）送入干燥酸槽；同時把93%的干燥酸也連續(xù)地由干燥酸泵（或干燥酸槽）送到吸收酸槽。%的濃硫酸時；則從吸收酸槽導(dǎo)出產(chǎn)品酸；%的濃硫酸時，則從干燥酸槽導(dǎo)出產(chǎn)品酸。硫酸的生產(chǎn)工藝過程包括以下六個工段：原料、焙燒、凈化、干吸、轉(zhuǎn)化、成品。分述如下：原料工段在倉庫貯存的硫精礦，由裝載機(jī)送入加料斗，經(jīng)圓盤給料機(jī)、膠帶輸送機(jī)送入籠式破碎機(jī)，將成球的尾沙打散，再由膠帶輸送機(jī)送入振動篩篩分，篩上粗顆粒礦經(jīng)膠帶輸送機(jī)返回倉庫，篩下粒度合格的成品礦由膠帶輸送機(jī)送入焙燒工段爐前料斗。焙燒工段 來自原料工段的硫鐵礦入爐前料斗貯存，經(jīng)膠帶給料機(jī)加入沸騰爐，焙燒產(chǎn)生的濃度為12～13%、溫度為900℃的含SO2爐氣經(jīng)余熱鍋爐移熱降溫至380℃,以旋風(fēng)出塵器及電除塵器除塵,使塵含量降至≤。焙燒硫鐵礦所需空氣的由空氣鼓風(fēng)機(jī)從爐底送入。沸騰爐排出的礦渣，余熱鍋爐及旋風(fēng)出塵器、電除塵器排出的礦塵進(jìn)入淋撒式冷卻增濕滾筒冷卻后噴水增濕。用膠帶輸送機(jī)送入堆場，以汽車運出。凈化工段自焙燒工段來的350℃爐氣進(jìn)入文氏管，與噴淋的15%左右的稀硫酸接觸傳質(zhì)傳熱降溫，除去大部分礦塵及其他雜質(zhì)，然后進(jìn)入泡沫塔以2～3%稀硫酸噴淋洗滌，進(jìn)一步除去礦塵及其他雜質(zhì)，由間冷器移熱降溫至40℃左右，經(jīng)電除霧器除去酸霧。文氏管排出的15%的稀硫酸經(jīng)斜管沉降器沉降分離礦塵后，進(jìn)入循環(huán)酸槽，從泡沫塔循環(huán)酸泵出口來的2～3%稀硫酸由斜管沉降器出口引出，入稀酸貯槽貯存。斜管沉降器間斷排出的污泥與設(shè)備地坪沖洗酸性水一道經(jīng)酸性水池以泵送至污水處理站。泡沫塔排出的2～3%稀硫酸入循環(huán)酸槽，從間冷器循環(huán)酸槽溢流出來的冷凝液調(diào)節(jié)其濃度，由循環(huán)酸泵送入泡沫塔噴淋，增加的稀酸串入文氏管循環(huán)酸槽。間冷器排出的冷凝液入循環(huán)槽，以循環(huán)泵間斷或連續(xù)送入間冷器噴淋。電除霧器除下的酸霧進(jìn)入間冷器循環(huán)槽。凈化工段補充的工藝水加入間冷器循環(huán)槽。干吸工段～8%后進(jìn)入干燥塔，經(jīng)噴淋的93～94%，并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后進(jìn)入轉(zhuǎn)化工段。干燥塔內(nèi)吸收水份后的硫酸流入循環(huán)槽，以一吸塔循環(huán)酸系統(tǒng)串入的98%硫酸維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入干燥塔酸冷卻器，冷卻降溫后入干燥塔噴淋。增多的93～94%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。來自轉(zhuǎn)化工段的第一次轉(zhuǎn)化氣一部分進(jìn)入發(fā)煙硫酸吸收塔，吸收大部分SO3進(jìn)入一吸塔，一部分直接進(jìn)入一吸塔，吸收SO3的爐氣經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后，返回轉(zhuǎn)化二段進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。%發(fā)煙硫酸噴淋吸收SO2濃度升高后的發(fā)煙硫酸進(jìn)入循環(huán)槽由一吸塔系統(tǒng)串來的98%酸調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)泵送入酸冷卻器冷卻降溫后入吸收塔噴淋，%發(fā)煙硫酸產(chǎn)品進(jìn)入成品工段。第一吸收塔以98%硫酸噴淋，吸收SO3濃度升高后的硫酸流入循環(huán)槽，配入干燥塔循環(huán)系統(tǒng)串來的93%硫酸，并加水維持其濃度，以循環(huán)酸泵送入一吸塔酸冷卻器冷卻降溫后入一吸塔噴淋。增多的98%硫酸一部分串至干燥塔循環(huán)槽，一部分作為成品酸送入成品酸計量槽。來自轉(zhuǎn)化工段的第二次轉(zhuǎn)化氣進(jìn)入第二吸收塔，吸收SO3并經(jīng)塔頂絲網(wǎng)除沫器除去酸沫后由煙囪放空。第二吸收塔以98%硫酸噴淋，吸收SO3濃度升高的硫酸流入循環(huán)槽，加入清水調(diào)節(jié)其濃度，以循環(huán)酸泵送入二吸塔酸冷卻器冷卻降溫后入二吸塔噴淋。增多的98%硫酸串入一吸塔循環(huán)槽。系統(tǒng)可以按市場需求產(chǎn)98%硫酸或93%硫酸。當(dāng)需要93%硫酸時，由干燥塔系統(tǒng)產(chǎn)出93%硫酸。當(dāng)需要98%硫酸時由一吸塔系統(tǒng)產(chǎn)出98%硫酸。轉(zhuǎn)化工段～8%的爐氣，經(jīng)SO2鼓風(fēng)機(jī)升壓、第ⅲ換熱器及第ⅰ