【正文】 90180WYBYL1001003020003600100200 小時(shí)耗硫磺量：25噸酸/小時(shí)，考慮部分富余，選擇WYBYL30型號(hào)，平均過濾流速9（T/h）的液硫過濾機(jī)3臺(tái)，達(dá)到二開一備。60= M3/min取風(fēng)機(jī)富余20%（包含部分冷激空氣量）= M3/min，取6000 M3/min，△P=43KPa，采用蒸汽透平驅(qū)動(dòng)，蒸汽參數(shù)為：P=，T=435℃， Mpa 氣體熱量衡算 （1）、入熱Q入①、空氣帶入熱q1:一吸塔入口設(shè)置空氣預(yù)熱器，從干燥塔來(lái)的冷空氣經(jīng)過一吸塔入口熱爐氣換熱后T=120℃，查《硫酸工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)》物化數(shù)據(jù)篇第39頁(yè)，Cp=水汽T=120℃，Cp=則q1=247。1000＝VH20=247。%= NM3/hO2含量為：－247。20052007年全國(guó)硫酸產(chǎn)量（單位：萬(wàn)噸）制酸品種2005年產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例%2006年產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例%2007年產(chǎn)量占總產(chǎn)量比例%全國(guó)產(chǎn)量（萬(wàn)噸）462510050441005700100其中：硫磺制酸197443223344265547其中：冶煉煙氣制酸98121116323131523其中：硫鐵礦制酸162135159332167829其中：其他原料制酸581551521第三章 物料衡算 設(shè)計(jì)規(guī)模：硫磺制酸200 kt/a生產(chǎn)過程中：硫磺中的含硫尾氣以SO2的形式排出吸收要求：《大氣污染物綜合排放國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)》( GB 16297 —1996) 限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為960mg/ m3，吸收率≥% 設(shè)計(jì)能力： 200Kt/a硫磺制酸工程； 生產(chǎn)時(shí)間：333天/年，即8000小時(shí)/年，600噸/天，25噸/小時(shí)(100%H2SO4)；所生產(chǎn)的產(chǎn)品硫酸符合GB/T5342002質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)中的一等品的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)； 生產(chǎn)原料：硫磺，質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)按照GB244981標(biāo)準(zhǔn)中的二級(jí)品，即S≥%； 當(dāng)?shù)刈匀粭l件： （1）氣象：湖南湘西大部分地區(qū)冬無(wú)嚴(yán)寒、夏無(wú)酷暑，全年氣候溫和，屬亞熱帶季風(fēng)氣候。在超大型硫磺制酸裝置布置時(shí)最好考慮預(yù)留HRS的位置，待條件成熟后，再進(jìn)行技術(shù)改造。采用HRS技術(shù)需引進(jìn)技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，因而建設(shè)投資較高，通過采用與外商合作的辦法，部分HRS設(shè)備由外商提供技術(shù)在國(guó)內(nèi)制造，可以節(jié)省不少投資。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來(lái)的w（H2SO4）%、溫度約80℃的硫酸進(jìn)人熱回收塔上部第一段，以確保較高的吸收率。以熱水形式回收這部分熱量在技術(shù)上是成熟的，只是由于熱水的用途非常有限，所以難以普及。這樣，高溫過熱器就可不設(shè)爐氣旁通管和旁通調(diào)節(jié)閥，同時(shí)正常運(yùn)行時(shí)蒸汽系統(tǒng)無(wú)需噴水。廢熱回收的汽水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)述如下溫度約104℃的合格的鍋爐給水，經(jīng)熱管省煤器（Ⅰ、Ⅱ），加熱到約250℃直接送人中壓廢熱鍋爐的汽包。爐氣的入塔氣溫：爐氣入塔氣溫低的情況下吸收效果一般是較差的。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。但填料塔是一種比較穩(wěn)定適應(yīng)操作氣體氣速范圍較大的設(shè)備，而且由于設(shè)計(jì)所用塔內(nèi)填料面積是富裕的，所以塔的負(fù)荷可以有較大的波動(dòng)而不致于影響干燥指標(biāo)。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進(jìn)入，經(jīng)過噴淋裝置均勻分布在塔截面上，與來(lái)自塔下部的轉(zhuǎn)化氣逆流接觸。每個(gè)吸收塔除應(yīng)有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應(yīng)有輸送酸的泵（酸泵）。轉(zhuǎn)化器一般控制在120℃左右，而酸溫一般控制在60～70℃。%時(shí)，液面上水蒸氣平衡分壓接近于零，而SO3的平衡分壓較高。%H2SO4時(shí)，酸液面上的SO3的平衡分壓較低，當(dāng)氣體中SO3分子向酸液表面蒸發(fā)并擴(kuò)散到氣相主體中與水分子相遇，形成硫酸蒸氣，然后在空間冷凝產(chǎn)生細(xì)小的硫酸溶滴。100%η — 吸收率，%a — 進(jìn)吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，molb — 出吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般用循環(huán)酸來(lái)吸收三氧化硫，吸收酸的濃度在循環(huán)過程中增加，需用稀酸或水稀釋。硫酸吸收SO3氣體的過程大體按下述五個(gè)步驟進(jìn)行：；；，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散；；。8 —焦炭過濾器圖21 　轉(zhuǎn)化工序流程圖大多硫酸廠是使用硫酸來(lái)吸收轉(zhuǎn)化后氣體中的三氧化硫。3 ,7 —省煤器。%以上，%以上，放空尾氣中SO2含量低于700mg/ m3。如果熔硫槽為多臺(tái)，也可將過濾槽分為兩臺(tái)就近布置，以增加整個(gè)熔硫裝置操作的靈活性。為了防止雜質(zhì)在過濾槽內(nèi)沉降，在過濾槽內(nèi)增設(shè)了攪拌器，這樣幾乎所有固體雜質(zhì)都可在液硫過濾器內(nèi)除去，從而大大減輕了過濾槽的清理難度并延長(zhǎng)了清理周期。由泵將熔硫打入硫磺霧化噴嘴，與經(jīng)過干燥的空氣混合而入爐燃燒。將澄清的溶融硫送入焚硫爐與空氣霧化后于爐內(nèi)焚化，產(chǎn)生高溫二氧化硫爐氣，經(jīng)余熱鍋爐使?fàn)t氣溫度降至650～680℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，本設(shè)計(jì)采用一次轉(zhuǎn)化通過一、二、三段觸媒，二次轉(zhuǎn)化通過四、五次觸媒。（8）采用新型不銹鋼轉(zhuǎn)化器，高溫下（≤620℃）不會(huì)發(fā)生蠕變，使用壽命長(zhǎng)，維修量小。（4）干吸塔采用大開孔球拱和新型填料，蝶形底，采用帶陽(yáng)極保護(hù)的不銹鋼管槽式分酸器，加大淋灑密度，降低填料高度，提高干吸塔生產(chǎn)強(qiáng)度，一二采用國(guó)產(chǎn)纖維除霧器，提高除霧效率，保護(hù)后續(xù)設(shè)備及環(huán)境。 工藝技術(shù)方案的選擇本項(xiàng)目選擇工藝技術(shù)方案為：固體硫磺皮帶輸送，快速熔硫、液硫過濾器過濾精制液硫，機(jī)械霧化焚硫，“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸流程，其主要特點(diǎn)： （1）結(jié)合中國(guó)國(guó)情，采用引進(jìn)技術(shù)消化吸收的國(guó)內(nèi)領(lǐng)先的硫磺制酸轉(zhuǎn)化、干吸技術(shù)，進(jìn)行工程設(shè)計(jì)。（d）注重硫酸生產(chǎn)中的熱能回收和轉(zhuǎn)換，最大限度回收高、中、低位熱能。 工藝技術(shù)方案 （1）國(guó)外工藝技術(shù)概況 （a）國(guó)外硫酸生產(chǎn)的原料主要是硫磺，其生產(chǎn)規(guī)模正向大型化發(fā)展，最大單系列能力為美國(guó)MEC公司在澳大利亞Murrin承建的4400噸/日，帶低溫余熱回收（HRS）系統(tǒng)的硫酸裝置。其它各段數(shù)值積分到τi=Vi/V0為止。得到調(diào)整后的操作參數(shù)的最終轉(zhuǎn)化率。這時(shí)若一段與二段之間的冷激氣占總氣量y份，則一段氣量為1y份，一段催化劑有效體積應(yīng)為V1=τ1(1y)V0。由于各段的熱損失不同及副反應(yīng)的存在情況下不同，然后利用（式27），在計(jì)算機(jī)上數(shù)值積分可得到各段反應(yīng)床層的實(shí)際空時(shí)。dx/(R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[15]： R= (25)對(duì)于國(guó)產(chǎn)S101型催化劑，當(dāng)t＜470℃或x＞，k1=。C進(jìn)) V實(shí)=V標(biāo)式中： V標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量，m3/hV實(shí) 實(shí)際情況下的通氣量，m3/hG酸 硫酸產(chǎn)量，kg/hXT 轉(zhuǎn)化率，η吸 吸收率，C進(jìn) SO2進(jìn)氣濃度，H出 鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化段出口負(fù)壓，Pat 實(shí)際平均溫度，℃ 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。表25 原料氣組成不變(a=)時(shí)優(yōu)化結(jié)果ti1ti xi588 564 501519 461 451 根據(jù)以上情況和理由，%，%，%左右。濃度過高也會(huì)如此。對(duì)SO2進(jìn)氣濃度的選擇，我們應(yīng)綜合考慮。如圖23圖23 不同二氧化硫濃度下轉(zhuǎn)化率每變化1%溫度升高的關(guān)系：從表23中我們可以看出,通過第一次吸收在氣體中除去了SO3，氧硫比值大大提高，突破了原來(lái)的平衡關(guān)系，使轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。我們要在較低的溫度下以較高的反應(yīng)速度進(jìn)行，同時(shí)有較高的轉(zhuǎn)化率。對(duì)于一定組分的進(jìn)層都有一定的溫度使反應(yīng)速率最快，這個(gè)溫度條件稱為最適宜溫度。反過來(lái)，我們知道轉(zhuǎn)化率就可以求出溫差。這個(gè)過程稱為絕熱反應(yīng)過程。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)。 式中： P（SO2T） 二氧化硫的平衡分壓 P（SO3T） 三氧化硫的平衡分壓 P（O2T） 氧氣的平衡分壓XT 平衡轉(zhuǎn)化率（%） Kp 反應(yīng)平衡常數(shù) a 二氧化硫的起始濃度（體積%） b 氧的起始濃度（%） P 氣體總壓力（大氣壓atm）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。了解到這些特點(diǎn)我們可以確定一些具體的數(shù)學(xué)模型。硫酸的粘度隨酸濃度增高而增大，隨酸溫增高而減少。各種溫度下不同濃度硫酸的總蒸氣壓，可有下式計(jì)算：㏒p＝A－B/T 式中 p—蒸氣壓，Pa T—絕對(duì)溫度，KA、B—與酸濃度有關(guān)的常數(shù)當(dāng)溫度一定時(shí)，硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低，%時(shí)總蒸氣壓最低。這種現(xiàn)象是由于硫酸分解產(chǎn)生的SO3比H2O汽更易自液相中逸出。%，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。可見不同的溫度下有不同的熱容，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市場(chǎng)上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表1－2所示：表12 常用硫酸和發(fā)煙硫酸的結(jié)晶溫度硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃－100+－游離SO310－－游離SO320++游離SO365－掌握了硫酸結(jié)晶溫度具有下述意義：。SO3%游離量低于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3%增加而升高。當(dāng)固定硫酸濃度，相對(duì)密度則隨溫度升高而下降。相對(duì)密度與密度在概念上是不同的，密度即單位體積硫酸的質(zhì)量，g/cm179。硫酸的濃度通常用其中所含硫酸的重量百分?jǐn)?shù)來(lái)表示。我國(guó)煤炭中所含的硫也是潛在的硫資源，目前燃煤煙氣脫硫主要采用拋棄法，回收這部分硫的開發(fā)研究和工業(yè)化應(yīng)該加緊進(jìn)行。要本著節(jié)約資源的觀點(diǎn)，礦山和硫酸廠都要考慮在充分利用中、高品位礦的同時(shí)如何利用好低品位礦，提高資源的綜合利用率。如果將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，將凈增加世界硫磺的消費(fèi)需求，維持現(xiàn)有硫鐵礦原料能力并穩(wěn)步增長(zhǎng)不但對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全有利，而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場(chǎng)，反過來(lái)對(duì)我國(guó)進(jìn)口硫磺有利，總體上對(duì)我國(guó)硫酸工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展有利。未來(lái)幾年我國(guó)硫磺制酸在現(xiàn)有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上保持平穩(wěn)的增長(zhǎng)是恰當(dāng)?shù)?。以下幾個(gè)因素影響國(guó)際市場(chǎng)硫的供需平衡和價(jià)格：我國(guó)以及印度近幾年強(qiáng)勁的需求；中東局勢(shì)動(dòng)蕩影響；中東產(chǎn)油國(guó)硫磺貿(mào)易；前蘇聯(lián)國(guó)家是硫磺生產(chǎn)大國(guó)，因存在儲(chǔ)運(yùn)困難，近年進(jìn)入貿(mào)易市場(chǎng)的量還不夠大世界運(yùn)輸保險(xiǎn)費(fèi)大幅度增加世界海運(yùn)費(fèi)大幅度增加加拿大鐵路運(yùn)輸費(fèi)用增加。上述資料可能有局限性，不夠全面，但可看出在世界范圍某些地區(qū)的變化和世界總量的變化是有區(qū)別的。（4）本項(xiàng)目財(cái)務(wù)評(píng)價(jià)結(jié)果良好：項(xiàng)目總投資預(yù)計(jì)12000萬(wàn)元。（4）在確保工程質(zhì)量的前提下，盡量降低工程造價(jià)，使項(xiàng)目綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)達(dá)到先進(jìn)水平。生產(chǎn)操作的環(huán)境條件必須符合國(guó)家勞動(dòng)安全及工業(yè)衛(wèi)生的要求。確保裝置技術(shù)先進(jìn)、工程投資省、運(yùn)行費(fèi)用低，裝置運(yùn)行可靠性高。 設(shè)備型式噴硫槍，臥式焚硫爐設(shè)備工作日：每年333天，每天24小時(shí)連續(xù)運(yùn)行，約8000小時(shí)。(2) 硫磺燃燒率為100%。 JISHOU　UNIVERSITY 專業(yè)課課程設(shè)計(jì) 題 目 名 稱 200kt/a硫磺制酸焚硫工段的工藝設(shè)計(jì) 49化工原理課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(一)設(shè)計(jì)題目 200kta硫磺制酸焚硫工段的工藝設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)（論文）的主要任務(wù)及目標(biāo)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)：根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)課題要求，結(jié)合設(shè)計(jì)條件，主要完成200kt/a硫磺制酸裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明書、氣體流量及組成計(jì)算、液體流量及組成計(jì)算、氣體熱量計(jì)算、循環(huán)酸溫計(jì)算、主要設(shè)備尺寸核算、主要管道尺寸核算。(二)設(shè)計(jì)任務(wù)及操作條件設(shè)計(jì)任務(wù)(1)以硫磺味原料，含S量為S≥%。 (3)控制焚硫爐內(nèi)的溫度。 （四）參考資料1．物性數(shù)據(jù)的計(jì)算與圖表2．化工工藝設(shè)計(jì)手冊(cè)3．化工過程及設(shè)備設(shè)計(jì)4．化學(xué)工程手冊(cè)5．化工原理總 論 6 7 7 7