【正文】 的 。加 工后的鋼材組織細(xì)化，抗氧化、抗腐蝕性能提高，壽命延長(zhǎng)，且在低溫?fù)Q熱器 (如 4 換 )迎風(fēng)面 設(shè)置了不銹鋼護(hù)板，同時(shí)設(shè)計(jì)了冷凝酸的排出裝置 , 有效地保護(hù)了設(shè)備 , 較好地解決了低溫?fù)Q熱 器耐酸腐蝕的問題采用大空隙、低流 阻的空心環(huán)支撐傳熱管束 , 用以提高近壁流體傳熱滯流底層 的湍流強(qiáng)度 , 促進(jìn)界面上的對(duì)流傳熱 , 降低傳熱熱阻 , 達(dá)到充分發(fā)揮強(qiáng)化管的傳熱強(qiáng)化作用 , 從 而有效地避免了各類殼程支承物對(duì)流體形成阻力大的不利影響 , 在低流阻條件下獲得高的傳熱性 能。 換熱器分類 方式多樣 ,按照其工作原理可分為 :直接接觸式換熱器、蓄能式換熱器和間壁式 換熱器三大類 ,其中間壁式換熱器用量最大 ,據(jù)統(tǒng)計(jì) ,這類換熱器占總用量的 99%。該工藝與標(biāo)準(zhǔn)兩轉(zhuǎn)兩吸工藝相比具有壓力損失小，產(chǎn)量高，酸純度高的優(yōu)點(diǎn)。丹麥 TOPSE 公司于 1996 年開發(fā) VK69 新型含銫催化劑，該催化劑改進(jìn)了載體，使用新型粘合劑，提高了催化劑的孔 隙率；外形采用菊形，同一直徑下比表面積比環(huán)形大約 倍；催化劑中 V2O5 含量提高 25%，銫 的存在保證了釩活性 。轉(zhuǎn)化工藝在中國(guó)的情況如表 2 所示 ： [5] 表 2 轉(zhuǎn)化工藝的發(fā)展情況 年份 1949 年以前 化工學(xué)院化學(xué)工程系 轉(zhuǎn)化器形式 一次二段 SO2 氣濃 % 6～ 7 轉(zhuǎn)化率 % ～ 92 生產(chǎn)能力 t/d ～ 100 3 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 1953 年 1958 年 1963 年 1964 年 1965 年 1966 年 1972 年 1981 年 1988 年 1989 年 一次三段 一次四段 一次四段（爐氣冷激） ～ 7～ 8 7～ 8 94～ 96 96～ 97 95～ 96 95～ 97 96～ 97 98～ 99 98～ 99 99～ 99～ ～ ～ 200 120～ 150 ～ 200 ～ 300 ～ 400 ～ 15～ 2 28 240 120～ 150 600 60 一次五段（爐氣冷激） ～ 一次五段（空氣冷激） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次五段（ 3+2） 8～ 9 ～ 9 ～ 9 8 9 國(guó)內(nèi)外硫酸轉(zhuǎn)化催化劑的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢(shì) 硫酸生產(chǎn)的催化劑經(jīng)歷了從鐵催化劑、鉑催化劑到釩催化劑的發(fā)展過程，目前世界上硫酸生 產(chǎn)都使用釩催化劑，中國(guó)生產(chǎn)的釩催化劑主要有 S10 S10 S10 S10 S109 等型號(hào)，國(guó)外也 形成了以美國(guó)孟山都化學(xué)環(huán)保公司、丹麥托普索公司等為主的 LP 系列和 VK 系列催化劑 。 文獻(xiàn)綜述 轉(zhuǎn)化流程的 發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì) 隨著硫酸工業(yè)的發(fā)展，轉(zhuǎn)化工藝流程經(jīng)歷了很大變化。實(shí)現(xiàn)這一過程需將轉(zhuǎn)化所得三氧化硫氣體用硫酸吸收，工 業(yè)上稱之為“吸收” 。 接觸法制酸的生產(chǎn)過程包含以下三個(gè)基本工序： 第一、 由含硫原料制取含二氧化硫氣體。 根據(jù)制酸原料不同，又可把接觸法分 成：硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫酸鹽制酸及含 硫廢液制酸。 根據(jù)化肥和非化肥行業(yè)對(duì)硫酸的需求， 2021 年硫酸產(chǎn)量達(dá)到 5300 萬噸。 2021 年我國(guó)硫酸鈦白法生產(chǎn)能力達(dá)到 950kt/a，總產(chǎn)量為 700kt 左右，比 2021 年凈增 100kt， 消耗硫酸約 3150kt，氟化氫產(chǎn)量約 400kt，消耗硫酸 1100kt，其它產(chǎn)業(yè)消耗硫酸分別為氯氣（ 2021 年產(chǎn)量約 11200kt）干燥約 150kt，石油加工（ 2021 年原油加工量 億 t） 320kt，鋼鐵酸洗 約 700kt，環(huán)氧樹脂約 500kt，粘膠纖維（ 2021 年產(chǎn)量約 1180kt） ，消耗酸約 1160kt，己內(nèi)酰胺 (2021 年產(chǎn)量約 210kt),消耗硫酸約 430kt,2021 年中國(guó)染料產(chǎn)量約 1060kt,按 2kt 染料 (含中間體 )平均消 耗 1kt 硫酸計(jì)算 ,消耗硫酸 530kt。 在火、炸藥及國(guó)防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、硝化纖維、三硝基甲苯等炸藥。 在化學(xué)工業(yè)中，硫酸是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料，是塑料、人造纖維、染料、油漆、藥物等 生產(chǎn)中不可缺少的原料。濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，不僅 能氧化活潑性位于氫以前的金屬，而且能氧化部分非 金屬單質(zhì)，活潑性位于氫后的金屬及某些含有 低價(jià)態(tài)元素的化合物或離子。硫酸有很強(qiáng)的吸 水性，能吸收氣體中的水蒸氣，也能吸收液體中的部分水分，從而使氣體干燥，溶液發(fā)生相應(yīng)的變 化。純硫酸一般為無色透 明的油狀液體，分子量為 。建議您優(yōu)先選擇 TXT，或下載源文件到本機(jī)查看。能滿足的期待，才值得期待；能實(shí)現(xiàn)的期望，才有價(jià)值。保持青春的秘訣，是有一顆不安分的心。 1. 總論 概述 硫酸的性質(zhì) 硫酸是三氧化硫（ SO3） 和水（ H2O）化合而成。硫酸分為發(fā)煙硫酸、濃硫酸和稀硫酸，硫酸中不含水而存在游離 S03 時(shí)成為發(fā)煙硫酸，當(dāng)硫酸水溶液中硫酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥ 75%的硫酸叫做濃硫酸，而把硫酸質(zhì)量百分 數(shù)在 75%以下的硫酸水溶液叫做稀硫酸 。濃硫酸的脫水性是指其能將部分物質(zhì)中的氫、氧元素按原子個(gè)數(shù)比為 2： 1 的比例奪取出來并生 成水。 硫酸的用途［ 2］ 硫酸的用途非常廣泛，是最重要的化工原料之一。在農(nóng)藥、除草劑、殺鼠劑的生產(chǎn)中亦需要硫酸。原子能 工業(yè)中用于濃縮鈾。 2021 年各產(chǎn)業(yè)消耗硫酸構(gòu)成見下表： 表 1 2021 年我國(guó)硫酸消費(fèi)構(gòu)成 用途 化肥 磷肥 工業(yè) 鈦白粉 粘膠纖維 氟化氫 鋼鐵酸洗 染料 環(huán)氧樹脂 己內(nèi)酰胺 石油加工 氯堿 其它 消費(fèi)量 /kt 33400 31470 14800 3150 1600 1100 700 530 500 430 320 150 6320 比例 /% 根據(jù)磷肥“十一五”發(fā)展規(guī)劃，國(guó)家為了保證我國(guó)糧食的安全，農(nóng)業(yè)部門對(duì) 20212020 年化肥 需求提出預(yù)測(cè)， 2021 年磷肥國(guó)內(nèi)生產(chǎn)量 1100 萬噸（ 100%P2O5） ，化肥消費(fèi)硫酸 3160 萬噸，占表觀 消費(fèi)量 %，其中磷肥耗酸 3040 萬噸，高濃 度磷復(fù)肥耗酸 1890 萬噸，占磷肥耗酸量 %，其 它化肥耗酸占化肥耗酸量 %。 其中， 硫鐵礦制酸 1600 萬噸，占 %；冶煉煙氣制酸 1100 萬噸，占 %；硫磺制酸 2540 萬噸，占 %；其他 60 萬 2 化工學(xué)院化學(xué)工程系 噸，占 %。 硝化法又包括鉛室法和塔式法，它們均是以氮氧化物為媒介，使二氧化硫在氧氣及水存在的情 況下生成硫酸。 實(shí)現(xiàn)這一過程需將含硫原料焙燒， 故工業(yè)上稱 之為 “焙 燒” 。 早期的接觸法制酸是以鉑為催化劑，硫酸的產(chǎn)量較高，但是制酸成本較高，導(dǎo)致該項(xiàng)技術(shù)發(fā)展 緩慢。轉(zhuǎn)化流程主要有“一轉(zhuǎn)一吸”和“兩轉(zhuǎn) 兩吸”兩大類， “一轉(zhuǎn)一吸”流程亦為一次轉(zhuǎn)化一次吸收，由于受催化劑用量及平衡轉(zhuǎn)化率的限制， 該工藝可能達(dá)到最終轉(zhuǎn)化率為 97%～ 98%，顯然硫的利用率不夠高，尾氣中二氧化硫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 排放標(biāo)準(zhǔn)，因此該工藝已逐漸被淘汰。 最新研制開發(fā)的 SH 型寬溫抗毒 SO1 氧化制硫酸催化劑，是一種無毒、無污染、高性能的制 酸催化劑，具有起燃溫度低，壽命長(zhǎng)，使用阻力小，節(jié)能降耗等特點(diǎn)，特別適用于大型制酸企業(yè)， 其性能達(dá)到了國(guó)際先進(jìn)水平 。 [4] [4] [4] 國(guó)內(nèi)外硫酸轉(zhuǎn)化新工藝的發(fā)展 [4] PEA(Process Engineering Associates)公司推出了一種兩段式 硫酸生產(chǎn)工藝，其特點(diǎn)是 SO2 排放幾乎為零（ 3cm /m ） 。 3 3 轉(zhuǎn)化設(shè)備的類型及發(fā)展趨勢(shì) 轉(zhuǎn)化器的型式按床層類型分，有固定床和流化床兩種；按換熱位置分，有內(nèi)部換熱型、外部 4 化工學(xué)院化學(xué)工程系 換熱型和沸騰床轉(zhuǎn)化器；按氣流在床內(nèi)流動(dòng)方向分，有軸向轉(zhuǎn)化器和徑向轉(zhuǎn)化器，此外，還有徑 向轉(zhuǎn)化器，徑向 軸向轉(zhuǎn)化器，臥式轉(zhuǎn)化器，空氣冷激式轉(zhuǎn)化器等。 間壁式換熱器又 可分為管殼式和板殼式換熱器兩類 ,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性 ,在長(zhǎng)期 的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn) ,其設(shè)計(jì)資料比較齊全 ,在許多國(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。與傳統(tǒng)的折流板 (開孔率為 30% ) 支承相比較 , 阻力小 , 沒有氣流死角 , 不容易產(chǎn)生折流面 上的氣塵堆積 , 提高了換熱器的利用率 , 提高了產(chǎn)量 , 降低了噸酸能耗；采用殼側(cè)圓周環(huán)向進(jìn)出氣體的分布方式 ,使氣體在換熱器中的分布更為均勻。 原材料的規(guī)格、來源及水、電、汽等的供應(yīng)情況 原材料的規(guī)格、來源及水、 本設(shè)計(jì)中硫酸生產(chǎn)所采用的原料為硫鐵礦，甘肅省白銀地區(qū)的硫鐵礦可以提供充足的原料，硫 鐵礦中的主要成分為 FeS2,其中含硫 35%（干基） ，含水 4%（濕基） 。以硫鐵礦為制酸原料，特別是含硫 20%～ 30%的中低品位礦，不僅排放大量含有害物的 尾氣、廢水，而且還要排放大量廢渣。 6 化工學(xué)院化 學(xué)工程系 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 2. 生產(chǎn)流程的確定 轉(zhuǎn)化流程主要有“一轉(zhuǎn)一吸”和“兩轉(zhuǎn)兩吸”兩大類。 “兩轉(zhuǎn)兩吸”流程為兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝，可能達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率大于 %，該工藝所采 用的段數(shù)組合有“ 2+1”三段轉(zhuǎn)化、 “ 2+2”和“ 3+1” 四段轉(zhuǎn)化、 “ 3+2”五段轉(zhuǎn)化流程。 目前國(guó)內(nèi)最常用的轉(zhuǎn)化流程是“ 3+1”“ 2+2”“ 3+2”等組合方式， 、 、 “ 3+2”組合的工藝流程是轉(zhuǎn) 化分五段進(jìn)行的，該方式的催化劑用量少，但是由于多了一段，使得設(shè)備龐大，管線復(fù)雜，占地面 積增大，液體流過時(shí)的阻力大，而且由于管線長(zhǎng)，設(shè)備多，散熱面積增 大，使用實(shí)際熱損失增加， 在同樣的條件下很難達(dá)到熱平衡。 根據(jù)西寧地區(qū)的特點(diǎn)， 我組成員分別對(duì) “ 3+1” 、 “ 2+2”轉(zhuǎn)化流程進(jìn)行進(jìn)行參數(shù)確定、物料衡算、熱量衡算、換熱流程確定及催化劑量計(jì)算。經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)升壓后送入第Ⅲ換熱器與轉(zhuǎn)化器 三段床層出來的熱的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行熱量交換，然后進(jìn)入第Ⅰ換熱器與一段床層的熱氣體進(jìn)行熱量交換 后氣體被加熱到 410℃送入轉(zhuǎn)化器一段床層 ,分別經(jīng)床層上部的 S107 型催化劑和床層下部的 S101 型 催化劑床層進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)， SO2 轉(zhuǎn)化 率達(dá) 72%，氣體溫度升到 ℃后，進(jìn)入第Ⅰ換熱器與冷氣體 進(jìn)行換熱 ,氣體經(jīng)換熱后溫度降低到 475℃，然后氣體進(jìn)入第二段床層繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。 10 化工學(xué)院化學(xué)工程系 4．工藝計(jì)算書 ． 轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體組成的計(jì)算 二氧化硫的轉(zhuǎn)化過程，氧氣濃度越大，反應(yīng)速率越大。 S101 為中溫催化劑，操作溫度 425～ 600℃，各段均可使用，壽命可達(dá) 10 年以上，活性達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平。 根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，在相同的操作條件下，低溫催化劑 S107 的活性相同的條件下比其它型 號(hào)的低溫催化劑更容 易達(dá)到熱平衡 [7]，對(duì)于低溫催化劑要優(yōu)先考慮 S107。在設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)，所選擇的操作溫度應(yīng)處于催化劑的活性溫度范圍 內(nèi)，并在盡量高的反應(yīng)速率下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以減少催化劑的用量，而且使轉(zhuǎn)化率盡可能的高。 正、逆反應(yīng)活化能， J/mol。依次交 替使用第一類條件 ?Τ i 式（確定各段進(jìn)口點(diǎn)）和第二類條件式（確定各段出口轉(zhuǎn)化率） ，直至第四段為止。 應(yīng)燮堂提出了平衡轉(zhuǎn)化率的對(duì)比率 R 的概念 ［ 10］ [8] ，即 R=X/XT，用實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的比值來 判斷達(dá)到要求轉(zhuǎn)化率的難易。 C SO2 + O2 ???→ SO3 ?R 2 ?H 1 ?H 2 ↓ ↑ 1 25176。 C SO2 + O2 ???→ SO3 C ?2 0176。 C時(shí)， X T = % 580 則對(duì)比轉(zhuǎn)化率 R = X = = X T 絕熱溫升 [12] λ = t 2 ? t1 ? 410 = = X 2 ? X1 ? 0 轉(zhuǎn)化器二段床層操作參數(shù)的確定 假設(shè)二段出口溫度為 510℃，由 X T ? t e 平衡曲線查得： 176。 C SO2 + O2 ??→ SO3 t 2 ?H 1 ?H 3 ↓ ↑ 1 H 0176。 C 由 X T ? t e 平衡曲線查得： .2176?！?)： 、 、 O 、 設(shè)以下反應(yīng)途徑： 1 ?H