【正文】 = nO2 = ? = n N 2 = 18 化工學(xué)院 化學(xué)工程系 n總 = 可由λ = = 460 ? t1 解得 t1 = 176。 2 進(jìn)口物 料所帶入的焓： = ( + + + ) (0 ? 475) = ?( + + + ) 474 = ? kJ ?H 2 = ?H R ?n SO3 H 1 = ∑ ni C p i ?t ν so3 = 10 3 ( ? ) = ? 1 出口溫度為 510℃，由文獻(xiàn) [3]查得 0~510℃時(shí) SO SO O N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol C ? n SO2 = kmol nO2 = n SO3 = n N 2 = n總 = kmol 出口物料量： n SO2 = (1 ? ) = n SO3 = = nO2 = ? = n N 2 = n總 = 二段進(jìn)口溫度取 475℃，對(duì)第二段作熱量衡算： 由文獻(xiàn) [3]查得 0~475℃時(shí) SO SOO N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol℃ )： 、 、 、 H 3 = ∑ ni C p i ?t = ?( + + + )t = ? 又 = ( + + + )t H 1 + ?H 2 + ?H 3 = 0 解得： t = 176。℃ )： 、 、 設(shè)以下反應(yīng)途徑： 化工學(xué)院化學(xué)工程系 15 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 1 ?H 410176。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，平衡轉(zhuǎn)化率對(duì)比率 R 應(yīng)取 — 之間。因此用上述方 法所確定的參數(shù)并不是最佳參數(shù)，即使用工業(yè)反應(yīng)器的宏觀(guān)動(dòng)力學(xué)方程按上述方法確定最佳操作參 數(shù)，由于考慮到催化劑失活、老化、中毒等因素，往往計(jì)算的催化劑條件需要校正，使按上述方法 確定的最佳操作參數(shù)實(shí)際上也就不 是最佳參數(shù)。文獻(xiàn)介紹了求取最佳操作參數(shù)的方法 ，是根據(jù)催化劑的活性溫度選一段進(jìn)口溫 度，然后假設(shè)第一段出口轉(zhuǎn)化率，再用第一類(lèi)條件式 [9] τ 0 , i ?τ , = ? 0 i 確定二段進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)。 平衡溫度， K。 [4] [2] 12 化工學(xué)院化學(xué)工程系 求取平衡溫度和最佳溫度 求取平衡溫度和最佳溫度 二氧化硫的催化氧化反應(yīng)為一可逆放熱反應(yīng)， 。 S10 S10 S108 為低溫催化劑，起活溫度 380～ 390℃，操作溫度 400～ 550℃，一般裝在一段上部和最后一段，以使反應(yīng)能在低溫下進(jìn)行， 這樣不僅能提高總轉(zhuǎn)化率和減小換熱面積， 還允許提高轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中 SO2 含量 。目前國(guó)內(nèi)兩轉(zhuǎn)兩吸并且是“ 3+1”轉(zhuǎn)化流程的廠(chǎng)，一段入 口 SO2 的濃度一般為 %～ % ［ 7］ ，考慮到青海處于高海拔地區(qū)，大氣壓低，氧氣不足，溫度低 [8] 的特點(diǎn)，本設(shè)計(jì)在計(jì)算時(shí)一段入口 SO2 的濃度取為 %。 一次轉(zhuǎn)化后的氣體在第Ⅲ換熱 器與鼓風(fēng)機(jī)來(lái)的冷氣體進(jìn)行熱交換后溫度降為 191℃， 送入第一吸收塔進(jìn)行吸收，除去氣體中的大部分 SO3。綜上 所述，我們最終確定采用“ 3+1”組合的ⅢⅠ — ⅣⅡ換熱流程作為本次設(shè)計(jì)的流程，并以此流程進(jìn)行 設(shè)備選型和計(jì)算（本人是對(duì)“ 3+1”的轉(zhuǎn)化流程進(jìn)行參數(shù)確定、物料衡算、熱量衡算，并計(jì)算換熱面 積和催化劑用量，進(jìn)而與同組成員的“ 2+2”的轉(zhuǎn)化流程所計(jì)算的換熱面積和催化劑用量進(jìn)行比較， 經(jīng)全組成員討論確定出最終工藝） 。 南化集團(tuán)設(shè)計(jì)院應(yīng)燮堂提出將高濃度二氧化硫煙氣分別稀釋成 20%用國(guó)產(chǎn)的普通催化劑采用三 轉(zhuǎn)三吸方法制酸，并對(duì)此作了技術(shù)論證，結(jié)論是高濃度二氧化硫用三轉(zhuǎn)三吸流程制酸技術(shù)可靠，經(jīng) 濟(jì)合理，值得推薦，但該工藝沒(méi)有進(jìn)行經(jīng)過(guò)工業(yè)生產(chǎn)檢驗(yàn)。相反，段數(shù)少、 反應(yīng)溫 度偏離最佳溫度較遠(yuǎn)，這樣不僅反應(yīng)速率小，轉(zhuǎn)化率亦達(dá)不到較高的程度，經(jīng)濟(jì)上不合理，因此工 業(yè)上一般選擇用 3～ 5 段轉(zhuǎn)化器。為了減少 SO2 對(duì)大氣的污染，在制酸裝置 后設(shè)置了尾氣處理裝置，其處理的方法很多，但 都存在硫利用率低，投資和運(yùn)行費(fèi)用高的缺點(diǎn)。對(duì)于兩 轉(zhuǎn)達(dá)兩吸流程，如果操作正常，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 %以上，尾氣可以不經(jīng)處理直接放空，能夠達(dá)到 目前國(guó)家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。 化工學(xué)院化學(xué)工程系 5 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 設(shè)計(jì)的 自然條件 空氣成份： 大氣壓： 大氣溫度： O2 % 冬季 :590mmHg 夏季： 16℃ 年平均： ℃ 相對(duì)濕度： 水溫： 年平均： 50% 夏季： 15℃ 最高水溫： 28℃ % 夏季 :580mmHg 冬季：7℃ 年最高氣溫： 33℃ 夏季最高值 53% 冬季： 4℃ 生產(chǎn)制度 硫酸生產(chǎn)是連續(xù)的過(guò)程，本設(shè)計(jì)選取一年 300 天的工作日 ,24 小時(shí)連續(xù)生產(chǎn)，分四班倒。同時(shí)抗腐蝕的能力大大提高 , 換熱器的使用壽命得以延長(zhǎng)。 空心管殼式換熱器 采用雙面強(qiáng)化傳熱的縮放型傳熱管；采用縮放管，層流底層較薄，管內(nèi) 傳熱系數(shù)往往大于管外傳熱系數(shù)，管內(nèi)壁溫可大于 100℃，使支管內(nèi)煙氣的酸霧不至于凝聚。但國(guó)內(nèi)只有部分大型裝置才采用不銹鋼轉(zhuǎn)化器，影響不銹鋼轉(zhuǎn)化器在國(guó)內(nèi)進(jìn)一步 推廣使用的主要因素是不銹鋼價(jià)格的居高不下。該工藝分兩段：第一段 是接觸段， SO2 氣體冷卻凈化后在一單層轉(zhuǎn)化器中轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化率 65%～ 70%，第二段是一種改進(jìn)的 NOX 工藝（即以前的鉛室法或塔室法工藝， SO2 在此幾乎完全轉(zhuǎn)化，生成濃度為 76%的硫酸） ，由于 該酸在塑料塔中生產(chǎn)，故純度極高，可作為特殊用途酸，也可返回接觸段進(jìn)一步提濃或生產(chǎn)發(fā)煙 酸。含銫 催化劑具有起燃溫度低、活性高的特點(diǎn)，與傳統(tǒng)的釩催化劑相比，起燃溫度低 20～ 40℃， 適用于 處理二氧化硫濃度較低的氣體或用富氧空氣產(chǎn)生的二氧化硫濃度較高的氣體。為了適應(yīng)催化劑的活性，南化集團(tuán)設(shè)計(jì)院應(yīng)燮堂提出將高濃度二氧化硫煙氣分別稀 釋成 20%用國(guó)產(chǎn)的普通催化劑采用三轉(zhuǎn)三吸方法制酸，并對(duì)此作了技術(shù)論證，結(jié)論是高濃度二氧化 硫用三轉(zhuǎn)三吸流程制酸技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理，值得推薦 ［ 4］ 。因此，釩催化劑很快取代了鉑催化劑的地位，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng) 用。 第三、將三氧化硫與水結(jié)合成硫酸。 ， 因此，此法的發(fā)展受到限制。一類(lèi)是硝化法，另一類(lèi)是接觸法。 20212021 年化肥耗 酸量年均遞增 2%，磷肥耗酸遞增 %，高濃度磷復(fù)肥耗酸遞增 %，普鈣耗酸下 降 %。 化工學(xué)院化學(xué)工程系 1 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 硫酸的市場(chǎng)需求［ 3］ 2021 年我國(guó)硫酸的表觀(guān)消費(fèi)量 48200kt，其中化肥 消費(fèi)硫酸為 33400kt,占硫酸表觀(guān)消費(fèi)量的 %,其中磷肥耗酸 31470kt，磷肥中高濃度磷復(fù)肥耗酸 18900kt，占磷肥耗酸量的 %。 在冶金工業(yè)中，鋼材加工及成品的酸洗要用硫酸；電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時(shí)，電解液需使 用硫酸；某些貴金屬的精煉亦需用硫酸溶去夾雜的其它金屬。在中國(guó)，硫酸產(chǎn)量的 60%以上用于生產(chǎn)磷肥和復(fù)肥。硫酸無(wú)論是用水稀釋還是與其它液體混合，都會(huì)放出大量的熱。具有相對(duì)密度大、沸點(diǎn)高、液面 上水蒸氣的平衡分壓極低等物理特性和 吸水性、脫水性和強(qiáng)氧化性等化學(xué)特性 ［ 2］ [1] 。無(wú)水硫酸就是指 100%的硫酸，又稱(chēng)純硫酸。 本文由 shanruhai貢獻(xiàn) doc文檔可能在 WAP端瀏覽體驗(yàn)不佳。西寧地區(qū)年產(chǎn) 3萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) .txt當(dāng)你以為自己一無(wú)所有時(shí)，你至少還有時(shí)間，時(shí)間能撫平一切創(chuàng)傷，所以請(qǐng)不要流淚。不是生活決定何種品位，而是品位決定何種生活。化學(xué)上一般把一個(gè)分子的三氧化硫與一個(gè)分子 的水相結(jié)合的物質(zhì)稱(chēng)為無(wú)水硫酸。 硫酸是強(qiáng)酸之一，具有酸的通性，但濃硫酸有其特殊的性質(zhì)。質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 %的濃硫酸其沸點(diǎn)為 338℃ ,與其它常見(jiàn)的酸相比 ,沸點(diǎn)較高 ,是一種難揮發(fā)的 強(qiáng)酸。 硫酸最主要用途是生產(chǎn)化學(xué)肥料，用于生產(chǎn)磷銨、重過(guò)磷酸鈣、硫銨等。 在石油工業(yè)中，石油精煉需使用大量硫酸作為洗滌劑，以除去石油產(chǎn)品中的不飽和烴等雜質(zhì)。運(yùn)載火箭所用燃料亦離不了硫酸。 “十一五”發(fā)展規(guī)劃提出 2021 年國(guó)內(nèi)磷肥產(chǎn)量 1200 萬(wàn)噸， DAP、 MAP、 NPK 高濃度復(fù)合肥 達(dá)到自給有余，進(jìn)口量、出口量大致相當(dāng)，以此測(cè)算，化肥用酸 3480 萬(wàn)噸 ,占表觀(guān)消費(fèi)量的 %, 磷肥用酸占 %,高濃度磷復(fù)肥耗酸占磷肥用酸量 %,普鈣耗酸占 %。 硫酸的生產(chǎn)方式及其特點(diǎn)［ 2］ 按二氧化硫的氧化方法不同，可把硫酸生產(chǎn)方法分成兩類(lèi)。用該方法制得的硫酸， H2SO4 含量低（ 78%H2SO4） ，雜質(zhì)含量高（主要含有塵及氮氧 化物） 且需耗用大量硝酸或硝酸鹽，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿(mǎn)足不了染料、化纖、有機(jī)合成、石油化工等部門(mén)的要求。 第二、把二氧化硫氣體和催化氧化為三氧化硫，工業(yè)上稱(chēng)之為“轉(zhuǎn)化” 。后來(lái)德國(guó)公司開(kāi)發(fā)出了添加堿金屬鹽的釩催化劑，使催化劑活性達(dá)到了鉑催化劑的水平，而 且價(jià)格低，不易中毒。 “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。 含銫催化劑的研制和開(kāi)發(fā)成功提高了轉(zhuǎn)化過(guò)程的總轉(zhuǎn)化率，降低尾氣中二氧化硫濃度。該工藝也可處理濃度低、波動(dòng)大的 SO2 氣體。 不銹鋼轉(zhuǎn)化器 具有可靠性較高、使用壽命較長(zhǎng)、不掉氧化皮及維修費(fèi)用較低等優(yōu)點(diǎn)，在國(guó) 外應(yīng)用較普遍。近年來(lái)盡 管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、 牢固、 操作彈 性大、 應(yīng)用材料廣等 優(yōu)點(diǎn) ,管殼式換熱器目前仍是化工、 石油和石化行業(yè)中使用的主要類(lèi)型換熱器 , 尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)。 同時(shí)由于采用了環(huán)向進(jìn)氣 , 殼程入口 氣體經(jīng) 過(guò)夾套沿殼程的周向進(jìn)氣 , 氣體流速降低 , 減少了對(duì)列管的沖刷 , 管外的傳熱膜系數(shù)與管內(nèi)的傳 熱膜系數(shù)相差不多 , 故可使氣體入口段管壁的金屬溫度居內(nèi)外氣體之中 , 金屬壁溫較高 , 不易結(jié) 垢 , 防止冷凝酸的產(chǎn)生。生產(chǎn)過(guò)程中所需水資源是由城 市水網(wǎng)供給，循環(huán)使用，電力由西寧市電網(wǎng)提供，轉(zhuǎn)化工序不涉及汽的使用。 經(jīng)轉(zhuǎn)化 — 吸收系統(tǒng)出來(lái)的氣體，除含有大量無(wú)害的 N O2 外，還含有有害的 SO SO3。 “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(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)， 而且如果要得到更高的轉(zhuǎn)化率，將使催化劑用量大幅度增加，而且轉(zhuǎn)化的段數(shù)亦要增加，這是很不 經(jīng)濟(jì)的。對(duì)于轉(zhuǎn)化段 數(shù)理論上是段數(shù)越多，反應(yīng)越接近最佳溫度線(xiàn)，越能使反應(yīng)以較快速度進(jìn)行，但是從經(jīng)濟(jì)性考慮， 轉(zhuǎn)化段數(shù)越多，換熱設(shè)備越多，流程越復(fù)雜，投資及占地面積亦隨之增多。因此，目前國(guó)內(nèi)采用較多的是“ 3+1”“ 2+2”式“兩轉(zhuǎn)兩吸”流 、 程。兩種流 程的 KA 值、催化劑體積和去一吸、二吸的溫度見(jiàn)表 3： 表 3：兩種流程的 KA 值和催化劑體積比較 流程 組合方式 ∑ KA 催化劑用量 （ m3） ⅢⅠ — ⅣⅡ 97550 191 142 去一吸溫度（℃） 去二吸溫度（℃） 8 化工學(xué)院化 學(xué)工程系 生產(chǎn)流程的確定 3+1 ⅢⅠ — ⅣⅡ (調(diào)整后 ) ⅢⅠ — ⅣⅡ 90252 106462 104150 172 162 2+2 ⅣⅢⅠ — Ⅱ 通過(guò)對(duì)最終結(jié)果進(jìn)行比較可以看出，對(duì)于“ 2+2”的流程，僅在催化劑用量方面少于“ 3+1”的 轉(zhuǎn)化流程，但是從換熱面積和去一吸、二吸的溫度看“ 3+1”的流程均好于“ 2+2” ，此外，通過(guò)查閱 資料，在實(shí) 際的生產(chǎn)過(guò)程中，在設(shè)備投資和操作費(fèi)用方面， “ 3+1”流程均低于“ 2+2”的流程。氣體在裝有 S101 型催化劑的第二段床層繼續(xù)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %，氣體溫度升為 ℃ ,離開(kāi)床層進(jìn)入第 Ⅱ換熱器中與第一吸收塔來(lái)的冷氣體進(jìn)行熱量交換 ,經(jīng)換熱器后氣體溫度降為 446℃， 進(jìn)入第三段床 層繼續(xù)在 S101 催化劑的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %，氣體溫度達(dá)