【正文】 32243()nSO+H=S+n1SO（ （液 液 ） 液 ） （ ）改變上式中的 n 值，便形成相應(yīng)濃度的產(chǎn)品硫酸。沸騰轉(zhuǎn)化能從催化床中非常有效地除去熱量，能夠使用小顆粒催化劑和采用高濃度二氧化硫氣體。兩次轉(zhuǎn)化的最終轉(zhuǎn)化率因工藝條件而異，一般在 ～%范圍內(nèi)。如果將尾氣直接排入大氣，將造成嚴(yán)重的大氣污染。按照換熱方式不同，轉(zhuǎn)化器可以分為多段換熱式和連續(xù)換熱式兩類。初始，由簡(jiǎn)單的重力沉降室和慣性除塵室、旋風(fēng)除塵器等所組成，凈化效率低下。因此，爐氣必須進(jìn)行一部的進(jìn)化和干燥，方可進(jìn)行二氧化硫的催化氧化。砷能使催化劑中毒，氟能腐蝕設(shè)備。但現(xiàn)今采用最多的還是硫鐵礦與硫磺的燃燒這兩種方式。（2）接觸法的優(yōu)缺點(diǎn)接觸法制造硫酸主要有以下優(yōu)點(diǎn)：① 產(chǎn)品純度高，且產(chǎn)品種類多；② 設(shè)備腐蝕較輕，容易維護(hù)而且維護(hù)費(fèi)用也較小，設(shè)備壽命比較長(zhǎng)，管理也比較容易；③ 生產(chǎn)比較平穩(wěn)，指標(biāo)波動(dòng)范圍小。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。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。（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。② 一氧化氮的氧化。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)。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。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。2（FeSO 4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。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。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 。 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 。 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 。 (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 。 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 。100%的硫酸熔沸點(diǎn)為熔點(diǎn) 10℃，沸點(diǎn) 290℃。 ％的硫酸水溶液為恒沸混合物，沸點(diǎn) 339℃。L1。 硫酸的物理性質(zhì)硫酸，分子式為 H2SO4，相對(duì)分子質(zhì)量 。濃硫酸具有強(qiáng)烈的吸水性，常用于氣體干燥。另外，在生產(chǎn)中排出的有害廢水、廢氣、廢渣等，需要處理后才能排放，因而還需相應(yīng)的處理裝置。本項(xiàng)目采用以硫鐵礦為原料的接觸法硫酸生產(chǎn)工藝。接觸法硫酸生產(chǎn)的原料有多種，生產(chǎn)路線有硫璜制酸、煙氣制酸、硫鐵礦制酸和石膏制酸等。目前在化工方面，硫酸主要用于化肥生產(chǎn)，其消費(fèi)量約占總消費(fèi)量的 70%左右。因此，化肥工業(yè)的發(fā)展直接影響硫酸行業(yè)的發(fā)展。我國(guó)硫酸生產(chǎn)多年來(lái)一直是以硫鐵礦為主要原料。它的主要工序包括：（1） 硫鐵礦的焙燒（2） 爐氣的凈化（3） 氣體的干燥（4） 二氧化硫的轉(zhuǎn)化（5） 三氧化硫的吸收（6） 尾氣的處理在工業(yè)實(shí)際生產(chǎn)中，還需要其它的輔助工序，含硫原料運(yùn)進(jìn)工廠后需貯存，要焙燒前需對(duì)原料加工處理，以達(dá)到一定要求?？傊陨先齻€(gè)工序外，再加上原料的貯存和加工，二氧化硫原料氣的凈化和干燥，成品酸的貯存與計(jì)量，三廢處理等工序才構(gòu)成一個(gè)硫酸生產(chǎn)的完整系統(tǒng)。爐氣的干燥就是將氣體與濃硫酸接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的，爐氣經(jīng)過(guò)干燥塔后一般含水量，因此得到廣泛應(yīng)用。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。凝固點(diǎn) 。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。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。 就 硫 酸 而 言 ， 濃 硫酸 有 脫 水 性 且 脫 水 性 很 強(qiáng) 。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 。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 。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 。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 。 純硫酸是一種非常極性的液體，其介電系數(shù)大約為 100。 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） 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。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。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。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。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)。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。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） 。接觸法的缺點(diǎn)主要有:投資較大、建造速度慢、采酸率較低等。進(jìn)入凈化系統(tǒng)的爐氣含有 ~30g/cm3 的礦塵。進(jìn)入轉(zhuǎn)化器后，還能侵蝕催化劑載體，引起粉化，使催化床阻力上漲。爐氣的凈化可用干法或濕法進(jìn)行。自 1960 年美國(guó)科學(xué)家 、除霧設(shè)備后，加快了爐氣凈化技術(shù)的發(fā)展步伐。由于 SO2 最終轉(zhuǎn)化率很高，反應(yīng)前期與后期單位時(shí)間內(nèi)單位體積催化床的反應(yīng)熱相差倍數(shù)很大，用一般的連續(xù)換熱式轉(zhuǎn)化器時(shí)，過(guò)程難以遵循最佳溫度曲線；而且溫度調(diào)節(jié)也很困難，對(duì)于氣體組成和空速的變化適應(yīng)性也很差；再加上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，催化劑裝填系數(shù)較小，設(shè)備的生產(chǎn)能力也低。（2）二次轉(zhuǎn)化二次吸收兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝與一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝相比，能用較少的催化劑而獲得很高的最終轉(zhuǎn)化率，關(guān)鍵在于將整個(gè)轉(zhuǎn)化過(guò)程分為兩次進(jìn)行。（3）沸騰轉(zhuǎn)化傳統(tǒng)上，二氧化硫的催化氧化過(guò)程都是采用固定床轉(zhuǎn)化器。而且，采用沸騰床轉(zhuǎn)化器可以降低工廠投資，提高蒸汽回收量。當(dāng) n1 時(shí)，形成發(fā)煙硫酸；n=1 時(shí)，形成無(wú)水硫酸；n1 時(shí)，則為含水硫酸，即硫酸和水的溶液。 尾氣的處理硫酸廠尾氣中的有害物，主要是 SO2（約 %~%） ，少量的 SO3 和酸霧。故在新建的硫酸廠中，這種流程以得到廣泛的采用。（2）堿法用各種堿液吸收尾氣中的 SO2，可以免除氨法中氨的損失和霧沫。（3）金屬氧化物法金屬氧化物所形成的堿性溶液，亦可作為 SO2 的吸收劑。在 100℃以下主要為物理吸附，提高溫度后，從物理吸附轉(zhuǎn)向化學(xué)吸附。 工藝設(shè)計(jì)原理年產(chǎn) 8 萬(wàn)噸硫酸干吸工段工藝設(shè)計(jì)采用的生產(chǎn)方法是接觸法制硫酸。第一次使大部分 SO2 得到轉(zhuǎn)化，一般控制轉(zhuǎn)化率在 90％左右，然后進(jìn)入第一吸收塔(或稱中間吸收塔)將 SO3 吸收，再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。表 不同組分的 a,b,c 的值組分 a b103 c106 溫度范圍 KSO2 3001500對(duì)稀薄氣體，~3000K 范圍內(nèi) Cp 約為 kJ/kmolQn—溶液中水分子與硫酸分子之比對(duì)于濃度為 C1 的硫酸，當(dāng)稀釋到濃度為 C2 時(shí)，放出的熱量按下式計(jì)算：SO3 2981500O2 2731500N2 3001500溫度/℃ 焓（kJ/kg) (32)39。 干燥塔熱量衡算表表 干燥塔熱量衡算表項(xiàng)目 進(jìn)口熱 kJ/h 項(xiàng)目 出口熱 kJ/h入塔干氣帶入熱 Q1 爐氣帶出熱 Q6 入塔水汽帶入熱 Q2 出塔水汽帶入熱 Q7 水的冷凝熱 Q3 出塔酸帶出熱 Q 出 入塔酸帶入熱 Q4 熱損失△Q 95%硫酸稀釋熱 Q5 入塔總熱量∑ 出塔總熱量∑ 4 填料塔工藝計(jì)算 填料的選擇與堆積方式 ①填料的種類繁多,干燥塔常用的填料有拉西瓷環(huán)、螺旋瓷環(huán)、瓷矩鞍、瓷異鞍、階梯環(huán)等?？账馑伲害?ωC 50%=50%= 塔徑的計(jì)算平均氣體流量： smV / ???????則塔徑 D： D8..??按塔徑標(biāo)準(zhǔn)圓整為 3m.則實(shí)際操作速度： sm/3.?塔橫截面積為： ???????? 填料面積 F （4PKGF???1）式中：G—需吸收的水量，kg/h； K—干燥速度系數(shù)，kg/(m 2 (42)??填式中： F—填料面積，m 2； —填料的比表面積， m2/m3；? D—塔徑，m。則填料層持酸量 . m??? 干燥塔的總高度在填料層高度確定后，其它部位的高度均根據(jù)裝配和工作空間高度來(lái)決定。絲網(wǎng)除沫器是依靠絲網(wǎng)墊起除霧作用，絲網(wǎng)由單根絲編織而成，對(duì)于小型的絲網(wǎng)墊是將織成的網(wǎng)筒折扁卷成餅狀，上下用框架夾緊水平放置。下層為密網(wǎng)，厚度 100mm，采用高效型絲網(wǎng)，鋼絲尺寸，圓絲 。絲網(wǎng)除沫器的主要參數(shù)如下：表 上裝式絲網(wǎng)除沫器主要尺寸主要結(jié)構(gòu)尺寸 /mm公稱直徑mm H H1 D 質(zhì)量/kg1300 100 228 1220 注：摘自《化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》第三版 下冊(cè) P5328 表 3594 筒體干燥塔塔體由碳鋼外殼內(nèi)襯耐酸瓷磚制成， 耐酸瓷磚除防腐外還能起到對(duì)鋼殼體加強(qiáng)的作用。圖 槽式掛管分酸器 填料支承裝置本設(shè)計(jì)采用瓷球拱支承結(jié)構(gòu)，大開(kāi)孔率瓷球拱的開(kāi)孔面積可達(dá) 60%，流體阻力小，球拱具有自支承的特點(diǎn)，結(jié)構(gòu)可靠，沒(méi)有坍塌的危險(xiǎn)；塔底襯砌層不受壓力，可以防止塔底漏酸，延長(zhǎng)塔的使用壽命；氣體分布均勻，可以提高填料效率；塔底空間大，便于塔底內(nèi)部清理。人孔伸入塔內(nèi)部應(yīng)與塔內(nèi)壁修平，其邊緣需倒棱和磨圓，人孔法蘭的密封面形及墊片用材，一般與塔的接管法蘭相同。封頭壁厚選 6mm，高度為 ，所用材質(zhì)為 16MnR。(1)冷卻水用量 G (61)水tCQ??式中：Q—熱負(fù)荷，kJ/h； C—水的比熱容，kJ/(kg則：直管總長(zhǎng) ，每排有 彎頭 5 個(gè)，每個(gè)相當(dāng)直管長(zhǎng)度為：7??直L?18??D702????每排管總長(zhǎng) ?總每排換熱面積為： ??總DL?假設(shè)干燥塔冷卻器共排 18，總換熱面積： .??酸在排管內(nèi)流速 (合格，可以采用)s/?(3)冷卻面積 F