【正文】 為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的鍋爐泄漏，在鍋爐上裝有聲波測(cè)漏儀。美國孟莫克公司開發(fā)的熱回收系統(tǒng)HRS（Heat Recovery System）由具有兩段填料層的熱回收塔、酸槽與循環(huán)泵、釜式鍋爐、酸稀釋器及鍋爐給水預(yù)熱器等組成。對(duì)于配套透平鼓風(fēng)機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)組的裝置，不噴水也可保證蒸汽透平和汽輪機(jī)不結(jié)垢，因而保證其長(zhǎng)期運(yùn)行效率。通常通過噴水調(diào)節(jié)高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度，轉(zhuǎn)化器二段爐氣進(jìn)口溫度通過爐氣副線來調(diào)節(jié)。、450℃ 中壓過熱蒸汽，在焚硫爐出口設(shè)置火管式廢熱鍋爐生產(chǎn)中壓飽和蒸汽，在轉(zhuǎn)化器第一段出口設(shè)置一臺(tái)高溫過熱器，在轉(zhuǎn)化器第三段之后、氣體進(jìn)第一吸收塔前設(shè)置省煤器，在轉(zhuǎn)化器四段后設(shè)置低溫過熱器和省煤器。干燥酸溫在45℃左右，而吸收溫度可以在45～48℃。循環(huán)酸酸溫的影響：硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕能力與硫酸的溫度、濃度有很大的關(guān)系。為維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，可在干燥塔和吸收塔之間進(jìn)行串酸，必要時(shí)加入補(bǔ)充水。轉(zhuǎn)化氣依次通過濃硫酸吸收塔，%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，%～%。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收過程的進(jìn)行，吸收酸的溫度也隨著升高。此外，吸收酸溫度不能過高，若過高，酸溶液加劇蒸發(fā)，使液面上的總壓明顯增加，從而降低了吸收率。吸收酸的濃度越低，溫度越高，酸液表面上蒸發(fā)出的水蒸氣量越多。對(duì)濃硫酸而言，%的濃硫酸作為吸收酸時(shí)，盡可能使氣相中SO3的吸收率達(dá)到最完全的程度。η＝(ab)/a若使n＞1，生成發(fā)煙硫酸；n＝1，生成無水硫酸；n＜1，則生成含水硫酸。在調(diào)整操作參數(shù)時(shí)，反應(yīng)速率以正值迅速下降至負(fù)值的方式，接近甚至超越平衡的限制，故在此時(shí)數(shù)值積分求取的τi的迭加值會(huì)越來越小，而永遠(yuǎn)達(dá)不到各段有效催化劑空時(shí)限制，因此在數(shù)值積分時(shí)，反應(yīng)速率出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，就立即終止此段的計(jì)算是十分必要的。(1y))為止。操作參數(shù)在小范圍內(nèi)調(diào)整，可以為在使用上述模型時(shí)對(duì)下面幾個(gè)問題沒有影響，流動(dòng)系統(tǒng)決定的總處理量，各段床層的熱損失，各段床層中副反應(yīng)的存在情況及各換熱情況等。比較各段床層填充的催化劑體積，即可看出各段填充的催化劑中還有多少是有效的。對(duì)實(shí)際過程進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先采用各段進(jìn)出氣溫度及各段轉(zhuǎn)化率等現(xiàn)場(chǎng)操作參數(shù)，由式（28）確定存在熱損失及其他少量副作用反應(yīng)時(shí)的實(shí)際溫升λ若仍按絕熱過程考慮，可稱其為虛擬的絕熱溫升，將其帶入式（28），可客觀地求出實(shí)際反應(yīng)過程中各段反應(yīng)溫度隨轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。ξ,因此各段反應(yīng)床層的空時(shí)為： τi= 二氧化硫催化氧化生成三氧化硫?yàn)榉艧岱磻?yīng)且可逆，所以我們選定經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程式如下： R= (25)對(duì)于國產(chǎn)S101型催化劑，當(dāng)t＜470℃或x＞，k1=。 前面我們已對(duì)二氧化硫轉(zhuǎn)化三氧化硫的各段參數(shù)定了一個(gè)范圍，但是原料氣組成，催化劑使用情況，換熱器換熱條件，系統(tǒng)狀況發(fā)生變化或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)其他變動(dòng)使用設(shè)計(jì)所確定的操作參數(shù)或依靠經(jīng)驗(yàn)改變操作參數(shù)都比較盲目。（3）轉(zhuǎn)化器的通氣量通氣量主要由硫酸的產(chǎn)量來決定的，其他還有阻層阻力、吸收率等因素的影響，我們可以由公式計(jì)算而得：V標(biāo)= G酸(98：當(dāng)a=～9%時(shí)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最底。我根據(jù)硫酸的原料來源等情況選擇二氧化硫的進(jìn)氣濃度為9%。表23 各段爐氣SO2/O2比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系項(xiàng)目一次轉(zhuǎn)化二次轉(zhuǎn)化進(jìn)出出進(jìn)出出轉(zhuǎn)化率%608096氣體組成SO29O2SO3微O2 /SO2O2 /SO2 + SO3N23) .進(jìn)氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度，硫酸產(chǎn)量會(huì)增加，但轉(zhuǎn)化率會(huì)下降。這就要求我們?cè)诜磻?yīng)時(shí)移走能量。我們?nèi)绻言谀骋环N進(jìn)氣成分下的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系作成圖線，可看出平衡轉(zhuǎn)化率與溫度，轉(zhuǎn)化率與最適宜溫度以及平衡轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。，即應(yīng)該將轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度控制在觸媒的起燃溫度之上，耐熱極限溫度之下。我們知道了已知溫差如何求轉(zhuǎn)化率的方法。二氧化硫氣體的反應(yīng)熱，即沒有移走，也沒有損失，全部用于加熱觸媒和反應(yīng)氣體本身。每段轉(zhuǎn)化后氣體溫度升高情況可以用下式計(jì)算：t＝t0+λ(XTX0)式中：t——出觸媒層的氣體溫度，℃； t0——進(jìn)觸媒層的氣體溫度，℃； XT——出觸媒層的轉(zhuǎn)化率； X0——進(jìn)觸媒層的轉(zhuǎn)化率； λ——絕熱系數(shù)，由轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中初始反應(yīng)的氣體濃度決定的，相當(dāng)于轉(zhuǎn)化率從0增加到100%的氣體溫度升高的度數(shù)。前面我們對(duì)硫酸工藝已有所了解，但各種操作有其自身的因素而定。平衡轉(zhuǎn)化率：根據(jù)定義可以用下式表示：XT= (21)反應(yīng)平衡常數(shù)Kp= (22)將（21）和（22）合并，便可以得到平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)的關(guān)系式。5 —第二換熱器。轉(zhuǎn)化工序流程如圖21：1 —一段省煤器。轉(zhuǎn)化一般采用進(jìn)口催化劑、“3 + 1”兩次轉(zhuǎn)化工藝、“ⅠⅡ”換熱流程。出熔硫槽的液體硫成直接進(jìn)人過濾槽，由過濾泵送人葉片式液硫過濾器過濾。近年來為了節(jié)能，新設(shè)計(jì)的焚硫系統(tǒng)把鼓風(fēng)機(jī)改設(shè)在干燥塔之后，使每噸酸能耗可降低10%左右。熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫機(jī)械過濾工藝，其中關(guān)鍵設(shè)備一是快速熔硫槽，二是液硫過濾器。硫磺制酸工藝過程比較簡(jiǎn)單，操作條件與設(shè)計(jì)條件較為吻合，進(jìn)轉(zhuǎn)化工序的二氧化硫濃度和氧硫比較為穩(wěn)定，采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸尾氣較容易達(dá)標(biāo)排放[19]。硫酸生產(chǎn)過程中含有SOH2SOAs、Hg、懸浮物等有毒害物質(zhì)。對(duì)于硫磺制酸裝置，產(chǎn)生的稀硫酸可以代替補(bǔ)充水加入吸收系統(tǒng)；對(duì)于有色金屬冶煉廠，稀硫酸可用于礦石的浸提。美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司與Calgon Carbon公司合作開發(fā)了Centaur工藝，采用活性炭將二氧化硫吸附氧化生成三氧化硫并與水結(jié)合成硫酸。德國魯奇公司80年代開發(fā)的物理吸收法吸收二氧化硫的工藝，經(jīng)過改進(jìn)已在液體二氧化硫的生產(chǎn)中使用,這種方法使用Selexol 溶液(聚乙二醇二甲醚) 作為吸收劑。冶煉煙氣主要是有色金屬硫化礦物冶煉時(shí)產(chǎn)生的含二氧化硫煙氣，冶煉煙氣制酸實(shí)際是冶煉廠的副產(chǎn)品，是隨著冶金工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。穩(wěn)定和發(fā)展硫鐵礦制酸要重視發(fā)展硫鐵礦礦源和發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置。硫鐵礦是我國的自有資源，從我國這個(gè)人口，大國的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展考慮，保持一定規(guī)模的硫鐵礦采選能力和硫鐵礦制酸能力是需要的。所以，我國使世界硫磺消費(fèi)凈增加量實(shí)際低于進(jìn)口硫磺的增加量[14]。如表12所示：表12 各種濃度硫酸的A、B常數(shù)值H2SO4%2040608090100AB2268229924583040339042113914進(jìn)口硫磺可充分利用世界硫資源，以補(bǔ)充我國硫資源的不足，其前提是世界上要有多余的硫磺供應(yīng)。而在常壓低溫范圍內(nèi)，硫酸液面上氣相組分，則以H2SO4為主，其量用總蒸氣壓表示。%，成為理論上的濃縮濃度。溶液的沸點(diǎn)隨H2SO4含量的增加而升高?？梢姴煌臏囟认掠胁煌臒崛?，為了使用上的方便，在工程計(jì)算中采用平均熱容。以摩爾為單位，即摩爾熱容[kJ/（mol液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時(shí)的溫度稱為結(jié)晶溫度。此外當(dāng)酸濃度在0～100%范圍內(nèi)，在任何溫度下，%濃度下的相對(duì)密度為最大。硫酸相對(duì)密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。（6）能與指示劑作用，使紫色石蕊試液變紅，使無色酚酞試液不變色[9]。（2）可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸。C，%為止，這時(shí)硫酸為恒沸溶液，沸點(diǎn)338176。 　　NaCl(固)+H2SO4 (濃) →NaHSO4+HCl↑(常溫) 　　2NaCl(固)+ H2SO4 (濃) Na2SO4+2HCl↑(加熱) 再如，利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣體。 2)非金屬反應(yīng) 熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為二氧化硫。SO3觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。5H2O)。將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中，其質(zhì)量將增加，密度將減小，濃度降低，體積變大，這是因?yàn)闈饬蛩峋哂形?。?）共沸混合物（熔點(diǎn)：10℃） 沸點(diǎn)：290℃（100%酸），沸點(diǎn)：338℃（%酸） 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，%的濃硫酸，成為338℃（硫酸水溶液的）共沸混合物。21世紀(jì)以來，我國在自主創(chuàng)新建設(shè)大批硫酸裝置的同時(shí)，也引進(jìn)了先進(jìn)的硫酸裝置、關(guān)鍵設(shè)備、催化劑、熱回收技術(shù)和裝備等，促進(jìn)了我國硫酸工業(yè)技術(shù)和裝備水平的提高[5]。在建和待建項(xiàng)目建成后，大型硫酸裝置將成為我國硫酸工業(yè)的主體，順應(yīng)了硫酸工業(yè)發(fā)展的需要。我國國民經(jīng)濟(jì)連續(xù)不斷增長(zhǎng)，特別是磷復(fù)肥工業(yè)和有色冶金工業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了硫酸工業(yè)迅速發(fā)展。硫酸工藝技術(shù)和裝備、材料不斷演變和進(jìn)步，特別是近年來以環(huán)境保護(hù)和能源利用為中心的變革，使硫酸工藝和裝備有了很大的變化，如改革工藝回收了90％以上的反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電，除自用外并向裝置外供電，成為應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝的能源企業(yè)，其中MECS和Outolec等熱回收工藝是目前流行的技術(shù)。硫酸工程設(shè)計(jì)因采用的原料不同其形式各異，工藝過程和設(shè)備須與所用的原料相匹配。 58 59 59 60 60 61 61 62 62設(shè)計(jì)總結(jié) 62參考文獻(xiàn) 63致 謝 661 引言近十幾年以來，我國硫酸工業(yè)得到很大的發(fā)展，重要的標(biāo)志之一是硫酸工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。 546 安全與環(huán)保 54 54 54 55 55 55 56 567 經(jīng)濟(jì)核算 57 57 能耗分析 Conversion tower目 錄1 引言 1 1 1 1 2 2 3 5 6 熱焓 7 7 8 8 9 9 9 10 102 工藝流程 11 11 12 13 14 22 23 23 24 24 253 物料衡算 26 設(shè)計(jì)要求： 26 26 26 26 29 29 29[23]（標(biāo)況下） 29 294 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 38 38 38 40 41 44 45 45 46 475 車間布置 48 49 49 49 52 裝置的組成部分 53 布置方案 53在設(shè)計(jì)過程中，還重點(diǎn)對(duì)廢水處理進(jìn)行了分析。本設(shè)計(jì)完成了年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)，介紹了硫酸生產(chǎn)的主要方法和成熟的工藝流程。本設(shè)計(jì)以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸，因?yàn)橐粤蚧菫樵仙a(chǎn)硫酸不需凈化，大大簡(jiǎn)化了工藝過程，節(jié)省投資費(fèi)用，且產(chǎn)品質(zhì)量高。經(jīng)分析，設(shè)計(jì)技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。 The stove of sulfur。硫酸工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步，大大改變了我國硫酸工業(yè)的技術(shù)狀況[1]。硫酸是傳統(tǒng)的無機(jī)基本化工原料，自18世紀(jì)中葉工業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著染料、炸藥工業(yè)的興起而迅速發(fā)展，現(xiàn)今隨化肥工業(yè)、石油化工、有色冶金、紡織和輕工業(yè)、國防工業(yè)及其它有關(guān)工業(yè)的發(fā)展而不衰[2]。總之，這些工業(yè)部門生產(chǎn)大型化帶動(dòng)了硫酸工程的大型化[3]。在此期間建成的大型企業(yè)總生產(chǎn)能力占全國總生產(chǎn)能力50％以上，其中以硫磺制酸較多，冶煉煙氣制酸次之[4]。硫鐵礦制酸技術(shù)復(fù)雜，裝置建設(shè)投資較高，再加上礦山的勘探、采選和建設(shè)等的投資，發(fā)展硫鐵礦制酸的總投入較大。 硫酸是一種無色黏稠油狀液體，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。吸水性與脫水性有很大的不同：吸收原來就有游離態(tài)的水分子，水分子不能被束縛。 2)可被脫水的物質(zhì) 物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化的過程，反應(yīng)時(shí)，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態(tài)的結(jié)晶水，如五水合硫酸銅(CuSO4然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，迅速攪拌。 H2SO4+SO3→H2S2O7(亦寫為H2OCu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(濃) 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↑+2H2O 　　2HBr+H2SO4(稀) →Br2↑+SO2↑+2H2O 2HI+H2SO4(稀) →I2↓+SO2↑+2H2O （3）難揮發(fā)性制氯化氫、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。加熱純硫酸時(shí)，沸點(diǎn)290176。 （1）可與多數(shù)金屬（比銅活潑）和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和水。 （5）加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。但對(duì)于同一條件下的同一硫酸的相對(duì)密度與密度在數(shù)值上是同一的[10]。此屬于一般的變化規(guī)律。游離SO3%高于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3量增加而下降。、熱焓熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和無其它功能的條件下，單位硫酸溫度升高或降低1℃時(shí)，所引起的熱量變化。從實(shí)驗(yàn)上得知，將同一種濃度的硫酸從0升高到1與從99升到100所需要的熱量是不同的[12]。H2O－SO3為二元系統(tǒng)，其溶液具有恒沸狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)在硫酸水溶液的濃縮、SO3吸收以及濃硫酸用作干燥劑等方面有著極其重要的意義。常壓下加熱濃縮稀硫酸，%時(shí)，液面上的氣相組成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時(shí)沸點(diǎn)（℃）稱恒沸點(diǎn)。上述的加熱濃縮稀硫酸及加熱蒸發(fā)游離SO3，相應(yīng)的氣相成分以H2O和SO2為主。%時(shí)，總蒸氣壓隨濃度的升高（游離SO3%增加）而增大。拿我國的情況看，年硫鐵礦制酸，硫磺制酸僅