【正文】 故。 硝化法制造硫酸硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。1907 年在奧地利建成了世界上第一個塔式法制硫酸的工廠，其制造過程同樣是使氮的氧化物起氧的傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是該過程在液相中進(jìn)行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。（1）硝化法制造硫酸可歸納為三個重要過程：① 二氧化硫與氮氧化物的作用。③ 氮氧化物的回收。 接觸法制造硫酸接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于 1831 年，在本世紀(jì)初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物） ，但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。這便是接觸法制造硫酸名稱的由來。 硫酸生產(chǎn)全工段工藝簡介 SO2 氣體的制取與凈化制取 SO2氣體是制取硫酸的第一步，也是制取硫酸的重要一步。礦塵積累起來不僅堵塞管道設(shè)備，而且其中的氧化鐵能與酸霧形成硫酸鐵，覆蓋在二氧化硫催化劑的表面，既降低催化劑的活性，有增加了床層的阻力。隨同爐氣帶入凈化系統(tǒng)的還有水蒸氣和少量三氧化硫氣體，二者結(jié)合可形成酸霧。目前普遍采用的是濕法凈化。高效旋風(fēng)除塵器、文式管、泡沫塔、新型填料塔、星形鉛間冷器、板式冷卻器、沖擊波洗滌器、高密度聚乙烯泵、耐稀酸合金泵等高效耐磨蝕設(shè)備的出現(xiàn)，使凈化設(shè)備的選型范圍擴(kuò)大了，壽命延長了，促進(jìn)了爐氣凈化工藝方法更加合理、完善。所以現(xiàn)在普遍采用多段換熱式轉(zhuǎn)化器。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 SO2吸收，再進(jìn)行第二次轉(zhuǎn)化。這種轉(zhuǎn)化器的生產(chǎn)強(qiáng)度受到多種因素的限制：① 催化劑顆粒不能太小，否則反應(yīng)氣體通過催化床的流體阻力太大；② 釩催化劑的導(dǎo)熱系數(shù)小，不能采用換熱管將固定床中的熱量除去；③ 不能采用高濃度的二氧化硫氣體。硫酸廠使用這種轉(zhuǎn)化器的主要障礙是催化劑的磨損問題。要求生產(chǎn)發(fā)煙硫酸時，可采用兩端吸收流程。因此，減少尾氣中的有害物的排放，主要應(yīng)該是提高 SO2的轉(zhuǎn)化率及 SO3的吸收率。但是，在早期建成的硫酸裝置中，絕大多數(shù)為一轉(zhuǎn)一吸流程，對尾氣及含低濃度 SO2氣體的處理方法甚多，且各具特色，主要有：（1）氨法用氨水或銨鹽溶液吸收形成亞硫酸銨—亞硫酸氫銨吸收液。常用的堿吸收液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液及石灰乳等。主要有堿性硫酸鋁—石膏法；氧化鋅溶液吸收法；氧化錳法等。在活性炭表面，吸附態(tài)的 SO2和吸附態(tài)的氧作用，形成吸附態(tài)SO3，有水存在時，便形成硫酸。硫酸在國民經(jīng)濟(jì)的各個方面都具有廣泛用途，在有關(guān)化學(xué)工業(yè)方面尤其重要。在石油工業(yè)中,硫酸用于產(chǎn)品的精煉。硫酸還是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)。現(xiàn)在我國的硫酸工業(yè)飛速發(fā)展，從 1949 年的年產(chǎn) 4 萬噸，到 2022 年的 2356 萬噸每年，以每年 20%的高速增加。其中大部分為中東高硫原油，其加工中必然產(chǎn)生大量的硫化氫氣體；同時內(nèi)地?zé)捰蛷S對原油的深度加工，也會產(chǎn)生大量酸性氣體。2022 年進(jìn)口硫磺 499 萬噸，比上年增加 22%；進(jìn)口硫酸 萬噸，與上年基本持平。 2022 年硫酸產(chǎn)量以及市場顯現(xiàn)多年的未見的好形勢，其中有兩個原因：一是從2022 年底開始，中央緊抓三農(nóng)問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的好政策，促進(jìn)了磷復(fù)合肥特別是高濃度磷復(fù)合肥的生產(chǎn)，復(fù)合肥每月以同比 20%以上的速度增加；二是國民經(jīng)濟(jì)的快速增長，增加了對硫酸的需求，因此，2022 年硫酸每月的產(chǎn)量同比增長都在 18%以上，全國硫酸市場上一度出現(xiàn)供不應(yīng)求的形勢，價格一路上揚。進(jìn)口硫酸 175 萬噸，由于韓國硫酸減少，總進(jìn)口量比 2022年進(jìn)一步下降。因此充分利用硫酸系統(tǒng)高中低溫位廢熱能源是十分必要的。對于企業(yè)來說,機(jī)遇與挑戰(zhàn)并存, 只要迅速樹立“國際準(zhǔn)則 ”觀念, 及時調(diào)整發(fā)展方略、不斷提高競爭實力,就能夠成功地立足于國內(nèi)乃至國際硫酸市場。依照我國目前《大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)》 ，新建裝置的二氧化硫的最高允許排放濃度為 960mg/m3。早期的硫酸生產(chǎn)采用硝化法，此法按主體設(shè)備的演變又有鉛室法和塔式法之分。 　　1949 年以前，中國硫酸最高年產(chǎn)量為 180kt(1942)。1966 年,建成了兩次轉(zhuǎn)化的工業(yè)裝置,成為較早應(yīng)用這項新技術(shù)的國家。雖然我國硫酸工業(yè)取得了令人矚目的成就，但是，我國只是一個硫酸生產(chǎn)大國，而不是硫酸生產(chǎn)強(qiáng)國。生產(chǎn)裝置的大型化、環(huán)保意識的極限增強(qiáng)、技術(shù)裝備水平的全方位提升、能源工廠設(shè)計理念的廣為接納，這些目前發(fā)達(dá)國家已經(jīng)實現(xiàn)或正在追尋的目標(biāo)必將成為新世紀(jì)我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)實。酸循環(huán)液由酸泵打出，一部分引入酸冷卻排管，經(jīng)冷卻后作為噴淋酸，一部分串入吸收工段的酸循環(huán)槽。在串酸過程中，酸溫亦有變化。另外還有一部分酸直接從酸循環(huán)槽引出作為成品酸到酸貯槽。h) 15～30 15～30塔的操作速度/(m/s) ～ ～效率/% ﹥99 ﹥99（表 、表 見《硫酸工作手冊》 [2]第 3 章 工藝計算 原始數(shù)據(jù) 產(chǎn)量本設(shè)計生產(chǎn)能力 7 萬噸／年，按年開車 7200h 計算，可知車間每小時硫酸的生產(chǎn)量為： ，以 0℃ 為 基 準(zhǔn) 。 干燥塔及其循環(huán)槽的工藝計算 干燥塔及循環(huán)槽的物料衡算（1）進(jìn)干燥塔氣體成分hkmolOHhkolNhkolS /)(.0: /: /?????進(jìn)干燥塔爐氣成分如下表 所示：表 進(jìn)干燥塔爐氣成分項目 kmol/h kg/h m3/h %SO2 O2 N2 ∑ H2O （2）干燥塔出口氣體含水量設(shè)出干燥塔氣體中含水量為 ，則干燥塔出口氣體含水量為： hkmol/..??（3）吸收塔循環(huán)酸與干燥塔循環(huán)酸對串酸量設(shè)：93% 硫酸—98% 硫酸串酸量為 x（kg/h） ；98%硫酸—93%硫酸串酸量為 y（kg/h ） 。K) ） 。對于濃度為 C1 的硫酸，當(dāng)稀釋到濃度為 C2 時，放出的熱量按下式計算： （）39。 ???/52klJ/39。 hkJqqQ/???⑥出塔酸帶出熱 Q6 和酸溫 543216???hkJ/ ??則：出塔酸的熱焓 kgJI /.???查表 通過內(nèi)插法得：% H 2SO4 I= kJ/kg 時的溫度為 t=℃。⑥從干燥塔冷卻器來的硫酸溫度由熱量平衡得： 54321???7180 2630980792680??II=76..18 kJ/kg 查表 通過內(nèi)插法得：% H2SO4 的溫度為 t=℃即干燥塔冷卻器出口酸溫為 ℃，進(jìn)口酸溫 ℃干燥塔熱量衡算如表 所示：表 干燥塔熱量衡算表項目干燥塔進(jìn)口熱量kJ/h項目干燥塔出口熱量kJ/h爐氣帶入熱 Q1 爐氣帶出熱 Q5 水的冷凝熱 Q2 出塔酸帶出熱量 Q6 入塔酸帶入熱 Q3 93%硫酸稀釋熱 Q4 入塔總熱量∑ 出塔總熱量∑ 干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算如表 所示：表 干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算表項目帶入熱kJ/h項目帶出熱kJ/h% H2SO4 帶入熱 Q1 24227441 上塔酸帶出熱 Q4 25060672% H2SO4 帶入熱 Q2 2528803 93% H2SO4 帶出熱 Q5 2633098混合熱 Q3 937526帶入總熱量∑ 27693770 帶出總熱量∑ 27693770 吸收塔及其循環(huán)槽的物料衡算 中間吸收塔物料衡算（1）進(jìn)塔氣體成分 ??hkmolNhkolOSl/: /: /..232???進(jìn)中間吸收塔氣體成分如表 所示：表 進(jìn)中間吸收塔氣體成分項目 kmol/h kg/h m3/hSO2 SO3 O2 N2 ∑ （2）吸收 SO3 量（吸收率為 99%）hkmol/??（3）出塔 SO3 量 l/..2.?出塔氣體成分如表 所示：表 出塔氣體成分項目 SO2 SO3 O2 N2 ∑kmol/h （4）上塔酸量 G為了便于管理，循環(huán)酸泵仍選用與干燥塔相同的酸泵（180 m 3/h）酸濃：98% ，比重：，溫度：55 C?hkg/???（5）出塔酸量 /?（6）出塔酸濃出塔酸中含 SO3 %????相當(dāng)于出塔酸濃 % H2SO4中間吸收塔物料平衡如表 所示：表 中間吸收塔物料平衡表進(jìn)物料 kg/h 出物料 kg/h98% H2SO4 3244140 % H2SO4 331788進(jìn)塔 SO3 氣體 出塔 SO3 氣體 ∑ ∑ 最終吸收塔物料衡算（1）進(jìn)塔氣體成分 ??hkmolNhkolOmlS/: /:..232???進(jìn)最終吸收塔氣體成分如表 所示：表 進(jìn)最終吸收塔氣體成分項目 kmol/h kg/h m3/hSO2 SO3 O2 N2 ∑ （2）吸收 SO3 量（吸收率為 99%）hkmol/??（3）出塔 SO3 量 l/.2..?出塔氣體成分如表 所示：表 出塔氣體成分項目 SO2 SO3 O2 N2 ∑kmol/h （4）上塔酸量 G為了便于管理，吸收塔仍采用 160 m3/h 酸泵，上塔酸量同中間吸收塔酸濃：98% ，比重：，溫度：55 C?hkg/???（5）出塔酸量 /.?（6）出塔酸濃出塔酸中含 SO3 %????相當(dāng)于出塔酸濃 % H2SO4最終吸收塔物料平衡如表 所示：表 最終吸收塔物料平衡表進(jìn)物料 kg/h 出物料 kg/h98% H2SO4 324414 % H2SO4 進(jìn)塔 SO3 氣體 出塔 SO3 氣體 ∑ ∑ 吸收循環(huán)槽物料衡算表 吸收循環(huán)槽物料衡算表進(jìn)物料 kg/h 出物料 kg/h中吸塔排管來 % H2SO4 331788上中間吸收塔 98% H2SO4 324414吸收塔排管來 % H2SO4 上最終吸收塔 98% H2SO4 32441493%塔串來 93% H2SO4 串去 93%塔 98% H2SO4 31988產(chǎn)成品 98% H2SO4 9720∑ ∑ 690536 吸收塔及其循環(huán)槽的熱量衡算 中間吸收塔熱量衡算（1）進(jìn)塔氣體帶入熱量 Q1（t=160℃ ）SO2 帶入熱量： hkJq/???SO3 帶入熱量： 80732O2 帶入熱量： kJ/..43N2 帶入熱量： hq596216079???式中 、 分別為 0～160℃溫度內(nèi) SOSO O N 2 的平均熱容（kJ/(kmolOHkgJ2/（5）出塔氣體帶入熱量 Q5（t=60℃ ）SO2 帶入熱量： hkJq/???SO3 帶入熱量： 57232O2 帶入熱量： kJ/...3N2 帶入熱量： hq41398860794???式中 、 分別為 0～60℃溫度時 SOSO O N 2 的熱容（kJ/(kmolK) ） 。K) ） 。 hkJ/???（6）串去 93%塔酸帶出熱 Q6Q/.（7）產(chǎn)成品酸帶出熱 Q7 hkJ/???（8）吸收塔冷卻器出口溫度 t：熱平衡 出進(jìn) 7654321 ?????IkgJ/4.查表 ，然后通過內(nèi)插法得吸收塔冷卻器出口溫度為 ℃。水t?由式（）得： 或（=299m 3/h）??hkJG/????（2）冷卻排管的排列進(jìn)口酸量 或（= 3/s）hm/.擬采用 ；壁厚 ；管長 L=2m 的鑄鐵管。k)；—平均溫差，℃。ssk) （）.??Bd?? ，kJ/(m 2k)；? —管的內(nèi)外直徑，m；Bd、 Re—雷諾系數(shù)； Pr—普蘭特常數(shù)； G—冷卻水量，kg/h； L—管的長度，m。sk)??.. ??????? kJ/(m2k)???K將 K= kJ/(m2（1）冷卻水用量 G由式（）得： 或（= 3/h）??hkg/..309????（2）冷卻排管的排列進(jìn)口酸量 或（= 3/s）m/.1079. 3擬采用 ；壁厚 ；管長 L=2m 的鑄鐵管。k)??.. ???????kJ/(m2k)???K將 K= kJ/(m2（1）冷卻水用量 G由式（）得： 或（= 3/h）??hkgG/????（2）冷卻排管的排列進(jìn)口酸量 或（= 3/s）m/..73擬采用 ；壁厚 ；管長 L=2m 的鑄鐵管。k)??. ???? kJ/(m2k)??K將 K= kJ/(m2進(jìn)塔氣量： 3/h，出塔氣量： ；大氣壓hm/??。P?①干燥水量： ??hkg/..3???②干燥速度系數(shù)： kg/(m2由式（）得： ???填（4）壓力降 P? .. ???????????????? ???LGLg?????查《化工工藝設(shè)計手冊計算篇》 [1]， 圖 填料層壓降的通用關(guān)聯(lián)圖得：