【正文】 襄樊學(xué)院化學(xué)與生物科學(xué)系 2021 屆畢業(yè)生畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū) 設(shè)計(jì)題目： 年產(chǎn) 7 萬(wàn)噸硫酸焙燒工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 生：汪永剛 學(xué) 號(hào)： 02267116 專(zhuān) 業(yè)：化學(xué)工程與工藝 指導(dǎo)老師：宋春玲 日 期： 2021 年 5 月 目錄 前言 1 總論 1． 1 概述 1． 1． 1 硫酸工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史 1． 1． 2 硫酸的性質(zhì) 、用途和品種規(guī)格 1． 1． 3 硫酸的生產(chǎn)方法 1． 2 文獻(xiàn)綜述 1． 2． 1 工業(yè)制取硫酸的種類(lèi) 1． 2． 2 我國(guó)硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀 和 發(fā)展分析 2 生產(chǎn)方案和生產(chǎn)流程確定 2． 1 生產(chǎn)方案的確定 2． 2 生產(chǎn)流程的確定 2． 2． 1 原料工段 2． 2． 2 焙燒流程 2． 2． 3 凈化流程 2． 2． 4 干吸流程 2． 2． 5 轉(zhuǎn)化流程 2． 2． 6 流程框圖 2． 2． 7 生產(chǎn)工藝流程的確定 3 生產(chǎn)流程簡(jiǎn)述 3． 1 硫酸生產(chǎn)原料預(yù)處理工藝 3． 1． 1 硫鐵礦的預(yù)處理 3． 2 硫鐵礦的焙燒 工藝 3． 2． 1 硫鐵礦焙燒原理 3． 2． 2 硫鐵礦焙燒操作條件 3． 2． 2 硫鐵礦焙燒 設(shè)備 3． 3 焙燒車(chē)間開(kāi)停車(chē)方法 3． 3． 1 開(kāi)車(chē) 3． 3． 2 短期停爐后的開(kāi)車(chē) 3． 3． 3 長(zhǎng)期停車(chē) 3． 3． 4 短期停車(chē) 3． 3． 5 緊急停車(chē) 3． 4 爐氣凈化工藝 3． 4． 1 凈化的目的和指標(biāo) 3． 4． 2 凈化的原理及設(shè)備 3． 4． 3 凈化流程 3． 5 二氧化硫氣體的轉(zhuǎn)化工藝 3． 5． 1 二氧化硫的催化氧化 3． 6 三氧化硫的吸收工藝 3． 7 三廢處理 4 工藝計(jì)算 4． 1 物料衡算 4． 2 熱量衡算 5 設(shè)備選型及工藝計(jì)算 5． 1 設(shè)備選型 5． 1． 1 沸騰爐 5． 1． 2 旋風(fēng)除塵器 5． 1． 3 電除塵器 5． 2 典型設(shè)備的工藝計(jì)算 5． 2． 1 沸騰爐的工藝計(jì)算 6 車(chē)間布置 前言 本設(shè)計(jì)為年產(chǎn) 7 萬(wàn)噸硫酸焙燒工段的車(chē)間工藝設(shè)計(jì)，主要設(shè)計(jì)內(nèi)容有：產(chǎn)品介紹、生產(chǎn)方法的選擇及工藝流程的設(shè)計(jì)、工藝生產(chǎn)的簡(jiǎn)述（包括焙燒工藝、凈化工藝、轉(zhuǎn)化工藝、吸收工藝及三廢的處理）、工藝設(shè)計(jì)計(jì)算、主要設(shè)備的工藝設(shè)計(jì)及選型、車(chē)間布置設(shè)計(jì)以及圖紙?jiān)O(shè)計(jì)繪制。 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)提高自己的動(dòng)手能力和勤于思考的能力，將所學(xué)的書(shū) 本知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐中去。掌握硫酸的工藝流程及制備方法。 本設(shè)計(jì)由本人獨(dú)立完成，在此期間得到了指導(dǎo)老師宋春玲及其它同學(xué)的熱情幫助和支持，謹(jǐn)此表示衷心感謝！ 由于時(shí)間倉(cāng)促，本人水平有限，設(shè)計(jì)中難免存在不少問(wèn)題，敬請(qǐng)各位老師、師傅指正！ 編者：汪永剛 日期： 2021 年 5 月 1 總論 1． 1 概述 硫酸是 重要的基礎(chǔ)化工原料之一，是化學(xué)工業(yè)中最重要的產(chǎn)品，主要用于制造無(wú)機(jī)化學(xué)肥料，其次作為基礎(chǔ)化工原料用于 有色金屬 的冶煉、石油精煉和石油化工、紡織 印染 、無(wú)機(jī)鹽工業(yè)、某些無(wú)機(jī)酸和有機(jī)酸、 橡膠 工業(yè)、油 漆工業(yè)以及國(guó)防軍工 、 農(nóng)藥 醫(yī) 藥、制革、煉焦等工業(yè)部門(mén)，此外還用于鋼鐵酸洗 。 1． 1． 1 硫酸工業(yè)發(fā)展簡(jiǎn)史 1．目前，我國(guó)共有硫酸生產(chǎn)企業(yè) 600 多家，其中小型硫酸廠占 80%左右，產(chǎn)量占總產(chǎn)量的 55%左右，其生產(chǎn)工藝、設(shè)備和環(huán)保等技術(shù)水平相對(duì)比較落后 ，原材料消耗高，設(shè)備效率低，環(huán)境污染較嚴(yán)重，經(jīng)濟(jì)效益較差，與大型企業(yè)相比仍有相當(dāng)大的差距，嚴(yán)重影響了這些企業(yè)的市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。 2．近年來(lái)我國(guó)硫酸工業(yè)發(fā)展速度較快，硫酸年產(chǎn)量由 1995 年的 萬(wàn)噸（折100%）發(fā)展到 2021 年的 萬(wàn)噸（折 100%）， 1995 年至 2021 年間硫酸產(chǎn)量年平均增長(zhǎng)率達(dá)到了 %。 3．近幾年來(lái)，我國(guó)硫磺制酸發(fā)展也比較快。 1995年硫鐵礦制酸所占比例約為 80%，1998 年硫鐵礦制酸所占比例約為 60%，到了 2021 年比例下降到 40%左右。同時(shí)，硫磺制酸所占比例由 1995 年的 %左右增加到 2021 年的 30%左右，硫磺制酸工業(yè)發(fā)展速度較快。這主要是受進(jìn)口硫磺價(jià)格低、國(guó)內(nèi)硫鐵礦資源緊張等因素制約了硫鐵礦制酸的發(fā)展 1． 1． 2 硫酸的性質(zhì) 、用途和品種規(guī)格 純硫酸是一種無(wú)色油狀液體，凝固點(diǎn) 、沸點(diǎn) 611K（ %的硫酸），密度 ，相當(dāng)于物質(zhì)的量濃度為 。濃硫酸溶于水會(huì)產(chǎn)生大量的熱，若不小心將水倒入濃硫酸中，將會(huì)產(chǎn)生劇熱而導(dǎo)致爆炸。因此在稀釋濃硫酸時(shí)，只能把濃硫酸在攪拌下緩緩地倒入水中，絕不能把水倒入濃硫酸中 硫酸是化工 的重要產(chǎn)品之一，在國(guó)民經(jīng)濟(jì)中有著十分廣泛的用途。大量用于生產(chǎn)磷肥 (過(guò)磷酸鈣 )和氮肥 (硫酸銨 ),消耗量幾乎占硫酸產(chǎn)量的一半以上；在有機(jī)化工、纖維、塑料、染料以及農(nóng)藥生產(chǎn)中都要用硫酸；無(wú)機(jī)化工中硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等無(wú)機(jī)鹽的生產(chǎn)，也要用硫酸；國(guó)防和原子能工業(yè)中制造各種無(wú)煙炸藥、從鈾礦中萃取鈾；冶金工業(yè)中金屬精煉、石油工業(yè)產(chǎn)品精制等。 工業(yè)硫酸是指 S03 與 H2O 以一定比例混合而成的化合物，分為稀硫酸 (H2S04 含量 65％和 75%)、濃硫酸 (H2S04 含量 ％和 98%)和發(fā)煙硫酸 (游離 S03 含量20%)。 國(guó)標(biāo) (GB53489)規(guī)定硫酸產(chǎn)品規(guī)格如表 表 1 國(guó)標(biāo) (GB53489)規(guī)定硫酸產(chǎn)品規(guī)格如表 指標(biāo) 硫酸 發(fā)煙硫酸 wH2SO4/%≥ 98 w 游離 SO3/% 20 w 灰分 /% wFe /% 1． 1． 3 硫酸的生產(chǎn)方法 由于二氧化硫轉(zhuǎn)化制酸所用的觸媒和轉(zhuǎn)化進(jìn)行的發(fā)式不同，先后形成了生產(chǎn)硫酸的兩大方法：接觸法和硝化法。 1．接觸法：主要的原料為燃硫或硫化鐵得來(lái)的二氧化硫，及空氣中的氧，使二氧化硫氧化而為三氧化硫，吸收于水中，即可得任何濃度的硫酸。惟此氧化，須有某種接觸劑存在時(shí) 始有作用；最常用者為鉑及釩之氧化物。二氧化硫自燃硫而得者可直接使其氧化，若自燃硫化鐵的燃燒，而得者 須先降冷，洗之以酸或由濾過(guò)法或由沉淀法使之清潔；灰塵，硫蒸汽，砷，磷及其它物質(zhì)存于氣流中者，必須除去免其害及接觸劑，為不純物質(zhì)對(duì)于氧化礬危害較鉑輕。 2． 硝化法 ： 硝化法 又 分 為 鉛室法與塔式法兩種。由于鉛室法設(shè)備龐大，耗鉛量多，且成品酸濃度低，所以這種生產(chǎn)方法已被淘汰。塔式法的生產(chǎn)原理，是借助于氮氧化物的氧化傳遞作用，將二氧化硫氧化成三氧化硫。反應(yīng)過(guò)程是在液相中進(jìn)行。其流程比較簡(jiǎn)單，多者 9 個(gè)塔，少者 5 個(gè)塔，一般采用的是 7 個(gè)塔，有吸收塔、氧化塔和脫硝塔三個(gè)部分。塔式法的優(yōu)點(diǎn)是系統(tǒng)不排污水污酸，對(duì)原料要求不高，硫的 利用率比較高，投資較接觸法節(jié)約三分之一以上。缺點(diǎn)是成品酸的濃度低（ 28— 76%），用途受到限制，也不便于運(yùn)輸，大部分就地生產(chǎn)普鈣；在生產(chǎn)過(guò)程中，含硝硫酸對(duì)設(shè)備腐蝕嚴(yán)重。因此，塔式法生產(chǎn)發(fā)展受到了一定限制。目前我國(guó)僅有兩個(gè)塔硫企業(yè)在繼續(xù)生產(chǎn)。成品酸中含有部分氮氧化物，為補(bǔ)充氮氧化物的損耗，生產(chǎn)過(guò)程中要不斷補(bǔ)充濃硝酸。 1． 2 文獻(xiàn)綜述 1． 2． 1 工業(yè)制取硫酸的種類(lèi) 1． 硫鐵礦制酸 硫鐵礦在沸騰焙燒爐內(nèi)通空氣燃燒產(chǎn)生 SO2氣體，經(jīng)余熱鍋爐回收熱量后，依次通過(guò)旋風(fēng)除塵和電除塵進(jìn)行干法除塵。隨后，爐氣再通 過(guò)洗滌、冷卻、除霧等一系列的凈化操作進(jìn)入干燥塔。干燥后的爐氣用主鼓風(fēng)機(jī)壓送至一轉(zhuǎn)一吸或兩轉(zhuǎn)兩吸制酸裝置內(nèi)制取硫酸。其反應(yīng)如下： 3222 2114 OFeOFeS ?? ??? 高溫 322 22 52 SOOSO OV?? ??? 4223 SOHOHSO ? ??? 2． 硫磺制酸 反應(yīng)時(shí)生成的熱傳遞給進(jìn)入接觸室的需要預(yù)熱的濃和氣體并冷卻反應(yīng)后生成的氣體（即熱交換過(guò)程） 熔融硫磺在焚硫爐內(nèi)用干燥空氣燃燒產(chǎn)生SO2 氣體，經(jīng)余熱鍋爐回收燃燒熱后進(jìn)入 “一轉(zhuǎn)一吸 ”或 “兩轉(zhuǎn)兩吸 ”制酸系統(tǒng)制取硫酸。其反應(yīng)如下 ： 22 SOOS ?? ??? 燃燒 322 22 52 SOOSO OV?? ??? 4223 SOHOHSO ? ??? 3．冶煉煙氣制酸 主要利用有色金屬銅、鉛、鋅、鎳、鈷等硫化礦在熔煉過(guò)程中產(chǎn)生的 SO2 煙氣進(jìn)行制酸。其工藝流程除焙燒系統(tǒng)隨有色金屬硫化礦的焙燒工藝不同而有異外，其制酸工藝與沸騰爐爐氣制酸相同。 1． 2． 2 我國(guó)硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀 和 發(fā)展分析 1．我國(guó)硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀 2021 年，我國(guó)硫酸產(chǎn)量達(dá)到 萬(wàn) t，比上年增產(chǎn) 320 萬(wàn) t，增長(zhǎng) %，擺脫了長(zhǎng)期以來(lái)位居次席的地位，超越美國(guó)的 3050 萬(wàn)～ 3100 萬(wàn) t。由于進(jìn)口硫磺一直在高價(jià)位運(yùn)行，部分硫磺制酸裝置改回硫鐵礦制酸，硫鐵礦制酸一改過(guò)去的下降趨勢(shì)，產(chǎn)量達(dá)到 萬(wàn) t，比 2021 年增長(zhǎng) %，占總產(chǎn)量的 %；硫磺制酸產(chǎn)量為 萬(wàn) t，占總產(chǎn)量的 %；冶煉煙氣制酸產(chǎn)量為 萬(wàn) t，占總產(chǎn)量的 %；磷石膏及其他制酸產(chǎn)量為 萬(wàn) t。 2021 年我國(guó)硫酸表觀消費(fèi)量為 萬(wàn) t。其中，磷復(fù)肥用酸占 %，增長(zhǎng)18%；其他 化肥 消耗 % ；非化肥用酸 %，增長(zhǎng) %。雖然國(guó)內(nèi)產(chǎn)量增長(zhǎng)很快，但仍無(wú)法完全滿足 需求。 2021 年進(jìn)口硫磺 499 萬(wàn) t，比上年增長(zhǎng) 22%；進(jìn)口硫酸 萬(wàn) t，與上年基本持平。 2021 年硫酸產(chǎn)量及市場(chǎng)顯現(xiàn)多年未見(jiàn)的好形勢(shì)，其中有兩個(gè)原因，一是從2021 年底開(kāi)始，中央緊 抓 三農(nóng) 問(wèn)題，出 臺(tái)一系列對(duì)化肥企業(yè)的利好政策，促進(jìn)了磷復(fù)肥特別是高濃度磷復(fù)肥生產(chǎn)，磷復(fù)肥每月以同比 20%以上的速度增長(zhǎng)；二是國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速增長(zhǎng)，增加對(duì)硫酸的需求，因此， 2021 年每月硫酸產(chǎn)量同比增長(zhǎng)都在 18%以上，全國(guó)硫酸市場(chǎng)出現(xiàn)少有的供不應(yīng)求形勢(shì)，價(jià)格一路上揚(yáng)。 2021年全國(guó)硫酸產(chǎn)量 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %。產(chǎn)量最大的是云南。 2021 年 1～2月總產(chǎn)量為 萬(wàn)噸，比 2021 年同期 萬(wàn)噸增長(zhǎng) ％。預(yù)計(jì) 2021年硫酸產(chǎn)量可超過(guò) 4400 萬(wàn)噸 ，同比增長(zhǎng) %；其中硫磺制酸 2021 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %；冶煉煙氣制酸 900 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %；硫鐵礦制酸 1450 萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng) %；其它制酸 55 萬(wàn)噸，與 2021 年基本持平。進(jìn)口硫酸 175 萬(wàn)噸，由于韓國(guó)硫酸減少，總進(jìn)口量比 2021 年進(jìn)一步下降。 2．我國(guó) 未來(lái)硫酸產(chǎn)業(yè)發(fā)展分析 （ 1） 穩(wěn)定硫鐵礦制酸 隨著冶煉煙氣制酸以及硫磺制酸的發(fā)展，我國(guó)硫鐵礦制酸