【正文】 儲(chǔ)存。2 —五段省煤器。 XT= = (23) 為了便于計(jì)算，我們把氧的平衡分壓PO2換成SO2和氧的起始濃度。λ＝式中：a——SO2的初始濃度，%； Cv——平均溫度下與轉(zhuǎn)化率 XT＝，卡/米3反過來，我們知道轉(zhuǎn)化率就可以求出溫差?，F(xiàn)在我們可以看一下進(jìn)氣組分在某種觸媒下溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖，如圖22：圖22 溫度轉(zhuǎn)化率圖從圖中看出，平衡溫度較適宜溫度高。進(jìn)氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系見表24：表24 進(jìn)氣的SO2濃度與產(chǎn)酸量轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系二氧化硫濃度%產(chǎn)酸量的增加% 總轉(zhuǎn)化率%0 4).進(jìn)氣中SO2濃度的適宜范圍：在生產(chǎn)中控制的SO2的指標(biāo)，除應(yīng)考慮上述幾個(gè)關(guān)系外，還要考慮環(huán)境保護(hù)和排放標(biāo)準(zhǔn)，另外還要考慮生產(chǎn)系統(tǒng)的可能性，觸媒用量，設(shè)備的費(fèi)用。但二氧化硫濃度在1%內(nèi)變動(dòng)對(duì)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)并無多大的影響。這就要求使整個(gè)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)操作狀態(tài)下優(yōu)化操作問題。dx/(R由于整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)總阻力基本保持不變，故反應(yīng)系統(tǒng)總處理氣量可認(rèn)為是定值。V取決于ti及ti1。硫酸吸收SO3氣體的過程大體按下述五個(gè)步驟進(jìn)行：（1）氣體中的三氧化硫從氣相主體中向界面擴(kuò)散；（2）穿過界面的三氧化硫在液相中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散；（3）與三氧化硫起反應(yīng)的水分，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散；（4）三氧化硫和水在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；（5）生成的硫酸向液相主體擴(kuò)散。濃度過高、過低均不適宜。轉(zhuǎn)化后的氣體溫度也應(yīng)低一點(diǎn)好，否則易形成酸霧。然后由濃硫酸的吸收塔出口引至尾氣處理部分或直接經(jīng)過捕沫后放空。在干吸工段所選用的酸泵大多數(shù)是國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的鑄鐵或不銹鋼泵。對(duì)于兩次轉(zhuǎn)化工藝，一般在第四段出口增設(shè)一臺(tái)中溫過熱器。大多數(shù)硫酸廠的SO3吸收反應(yīng)熱由冷卻水帶走而損失掉，少數(shù)硫酸廠用于加熱鍋爐給水、工業(yè)用水、生活用水。另外安裝了腐蝕監(jiān)測(cè)儀，以測(cè)量酸循環(huán)系統(tǒng)中不銹鋼試件電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流。%的H2SO4200000t，則H2SO4的產(chǎn)量為：Y=年產(chǎn)量（t）1000/（生產(chǎn)日24）=200000%1000/（30024）=取一小時(shí)為基準(zhǔn)根據(jù)關(guān)系式：S→H2SO4；→；硫磺的含硫量為96%。計(jì)算得爐氣分配表，見表31表31爐氣的分配比氣體進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段爐氣/kmol冷激爐氣/kmolSO2O2N2合計(jì)（2）物料衡算本設(shè)計(jì)選用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，轉(zhuǎn)化階段共分五段，其中第一次轉(zhuǎn)化過程有三段，第二次轉(zhuǎn)化有兩段。（2） 計(jì)算過程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：式中：—物料帶入設(shè)備的熱量，kJ； —過程熱效應(yīng)，kJ； —物料離開設(shè)備所帶走的熱量，kJ；—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量，kJ； —設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，kJ。（過程熱效應(yīng)）為轉(zhuǎn)化塔中的過程反應(yīng)熱，作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)常以0℃作為基準(zhǔn)來進(jìn)行熱量衡算，在縮合反應(yīng)中由副反應(yīng)的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應(yīng)熱較小，故可以忽略不計(jì)，只以主反應(yīng)來計(jì)算。使用最普遍的是噴霧焚硫爐。根據(jù)實(shí)際生產(chǎn)統(tǒng)計(jì)，一般是1m3容積的霧化焚硫爐，每日可焚燒1t左右的硫磺，即可生產(chǎn)3t左右的硫酸。h；q ——燃燒1kg硫磺之熱效應(yīng)，；V—— 焚硫爐容積，m3；Q—— 霧化焚硫爐能力，t/(d中心筒式結(jié)構(gòu)采用兩個(gè)同心立式圓簡(jiǎn)，內(nèi)圓筒直徑較小，為中心管，既用于支撐催化劑和隔板的部分重量，又作為部分反應(yīng)段的進(jìn)氣通道，催化劑裝填在內(nèi)、外兩層圓筒之間。平面型催化劑床層結(jié)構(gòu)可確保反應(yīng)更加均勻。由于在設(shè)計(jì)理念上是采用高強(qiáng)度和低剛度來保證設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性，總體上設(shè)備強(qiáng)度雖高但剛度相對(duì)偏低，因而設(shè)備的整體安全性和穩(wěn)定性不如積木式結(jié)構(gòu)。t取460℃，則：V實(shí)=V標(biāo)＝ m3/h=停留時(shí)間tV/3600= 設(shè)轉(zhuǎn)化塔高度與直徑比：H/D=，(D2/4) H= D=，H=，經(jīng)圓整后得D=，H=高效干吸塔系統(tǒng)是將塔填料支承結(jié)構(gòu)形式、高效塔填料、高效分酸器、高效除霧器元件與塔的尺寸、操作氣速和噴淋酸的噴淋密度統(tǒng)一考慮，互相配合，從而形成高強(qiáng)度塔，達(dá)到符合工藝要求的干澡吸收效率。該分酸器的降酸管填埋于種階梯環(huán)墳料之中，酸液由酸泵打人主管，再分配至各分酸槽，由槽體上各降液管流出。氣體換熱器的設(shè)計(jì)主要是解決好管板變形、設(shè)備熱應(yīng)力和氣流分布等問題。根據(jù)國(guó)內(nèi)許多廠家的實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，傳熱系數(shù)k值如下： 外部換熱器 k=8～11，一般取k=10； 內(nèi)上換熱器 k=5～8，一般取k=8； 內(nèi)下?lián)Q熱器 k=10～15，一般取k=15?！妫? ——出入口的溫差，℃?！?=()=管內(nèi)外平均溫差 =℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2℃,kcal/Nm3空氣鼓風(fēng)機(jī)的動(dòng)力消耗占了硫酸裝置動(dòng)力消耗的大部分。在循環(huán)酸泵的設(shè)計(jì)選型上，應(yīng)根據(jù)工藝條件及材料的耐磨耐蝕性能，本著安全、節(jié)能、長(zhǎng)周期平穩(wěn)運(yùn)行的原則來確定。雙鍋殼單汽包的結(jié)構(gòu)形式，占地稍大，造價(jià)高，對(duì)煙氣平衡控制的要求高。鍋殼筒體內(nèi)火管呈正三角形排列，管子與管板采用熔深焊。由于焚硫爐出口爐氣溫度很高，用于調(diào)節(jié)轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口溫度的高溫副線和高溫調(diào)控閥均需內(nèi)襯，在實(shí)際生產(chǎn)過程中較易損壞，可將焚硫爐出口與廢熱鍋爐進(jìn)口直接對(duì)接，同時(shí)將廢熱鍋爐設(shè)計(jì)成兩段式，轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口的熱副線由廢熱鍋爐兩段之間引出，這樣熱副線管道及閥門的操作溫度可控制700℃以內(nèi)，采用普通不銹鋼管道和閥門即可。高溫過熱器進(jìn)口前的燕汽管道上設(shè)有噴水減溫器，用以調(diào)節(jié)過熱蒸汽的溫度，噴水采用鍋爐給水。高、低溫過熱器及省煤器的換熱管和焊縫，要求進(jìn)行100%的渦流探傷及的100%超聲波探傷檢驗(yàn)。由于省煤器水人口處金屬壁溫較低，可能存在露點(diǎn)腐蝕問題，所以采用何種省煤器以避免發(fā)生露點(diǎn)腐蝕也是直接關(guān)系到硫酸系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵因素。立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)的高溫過熱器為垂直煙道橫向沖刷式，外殼為箱式結(jié)構(gòu)，材料為0Cr18Ni9，煙氣流向?yàn)閭?cè)進(jìn)上出。每個(gè)下降管口都設(shè)置擋板以防爐水直接沖刷列管。汽包內(nèi)裝有除沫器供汽水分離之用。國(guó)內(nèi)外大型硫磺制酸裝置一般都采用火管鍋爐。雖然燕汽驅(qū)動(dòng)部分的投資較電動(dòng)驅(qū)動(dòng)高，但總的投資費(fèi)用下降了，經(jīng)濟(jì)上是合算的。大型空氣鼓風(fēng)機(jī)主要有軸流式和離心式兩種結(jié)構(gòu)類型[27]。℃=℃?zhèn)鳠嵯禂?shù)取k=15kcal/Nm2熱交換器的傳熱面積可借傳熱速度方程求算： 式中：Q——傳熱速率，W； K——總傳熱系數(shù)，W/(㎡換熱管采用滲鋁鋼管，管子與管板采用強(qiáng)度焊接。塔底設(shè)計(jì)一般分為碟形底和平底兩種方案。第一吸收塔酸溫高、霧量大、霧粒細(xì)，為保護(hù)后面的換熱設(shè)備，采用高效纖維除霧器第二吸收塔為保證尾氣排放的要求也采用高效纖維除霧器。我們?cè)诜磻?yīng)時(shí)必須降低溫度，移去一部分熱量，這就是我們所說的降溫。部分段尤其是一段設(shè)計(jì)為中心筒進(jìn)氣方式，可使氣體在各段反應(yīng)床層分布均勻。頂蓋采用球冠形，并在外部用扁鋼加強(qiáng)，以保證設(shè)備的強(qiáng)度和剛度。另外還要求良好的氣體分布性能以保證較高的轉(zhuǎn)化率。霧化焚硫爐的生產(chǎn)能力，一般可用下式進(jìn)行計(jì)算：Q＝K噴嘴的噴槍和噴頭部分采用L316或相當(dāng)?shù)牟牧稀) 溫度A（）B（）C（）D（）150℃②各物質(zhì)的： J J J J其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。據(jù)化學(xué)工程手冊(cè)得25℃時(shí)的各物質(zhì)的生成熱如下表所示：表36 25℃下各物質(zhì)的生成焓 單位：kJ / mol溫度A（S）B（）C（）25℃0反應(yīng)式：在140是S的生成焓為J在140是的生成焓為J J（物料離開設(shè)備所帶走的熱量）焚燒爐內(nèi)反應(yīng)生成二氧化硫，最終還有氧氣及氮?dú)馐Ｓ?，反?yīng)為放熱反應(yīng)但爐內(nèi)溫度保持在140℃作用。出口氣體成分如表32：表32出口氣的分配比氣體SO2SO3O2N2氣量/kmol百分比％熱量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷，根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面積的型式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。x采用HRS技術(shù)， ，并相應(yīng)減少70%左右的干吸部分循環(huán)水量，從而相應(yīng)減少循環(huán)水站的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。將熱回收塔作為兩轉(zhuǎn)兩吸流程的第一吸收塔，塔底部流出的w（H2SO4）%~%、溫度200~220℃(視鍋爐壓力而定)的硫酸經(jīng)換熱稀釋，將w（H2SO4）%后回流至熱回收塔下部第二段。其實(shí)高、低溫過熱器可設(shè)蒸汽旁通管，進(jìn)二段的爐氣溫度由高溫過熱器蒸汽旁通閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，而高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度由低溫過熱器蒸汽旁通調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)。總之，硫酸的酸溫升高會(huì)使硫酸的腐蝕能力增強(qiáng)，還會(huì)使硫酸的粘度下降，造成酸泵潤(rùn)滑不良，因此控制干吸工序循環(huán)槽內(nèi)的酸溫在40℃以下，對(duì)酸泵的使用壽命有很重要的影響。吸收塔的操作氣速問題：～。為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使之通過冷卻設(shè)備，以除去在吸收過程中增加的熱量。酸霧形成量越大，SO3將主要以酸霧形式而損失。100%式中，η — 吸收率，%； a — 進(jìn)吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol； b — 出吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol。因此實(shí)際過程中反應(yīng)只要能越來越慢地接近平衡，而不會(huì)超越它。這些問題可以看成與調(diào)整參數(shù)前相似，這樣就可以將一定總處理氣量下的最終轉(zhuǎn)化率與原料氣中二氧化硫含量乘積作為優(yōu)化目標(biāo)，將各段進(jìn)氣溫度作為優(yōu)化參數(shù)，使用上述模擬真實(shí)過程的數(shù)學(xué)模型，同樣使用式（28）及式（27），計(jì)算各段有效催化劑 能夠?qū)崿F(xiàn)的任務(wù)。如果熱損失為5%，此時(shí)絕熱模擬溫升值應(yīng)比正常值低5%。當(dāng)t＜470℃且x＞，我們?nèi)1=。XT下面介紹我的選擇理由，主要從二氧化硫轉(zhuǎn)化率角度考慮。（2）轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度是控制轉(zhuǎn)化操作中最重要的條件之一，它的波動(dòng)將引起溫度、轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變化。平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度對(duì)溫度的關(guān)系是矛盾的，所以必須根據(jù)較高的轉(zhuǎn)化率，又要有較快的反應(yīng)速度的兩全齊美的原則來選擇一個(gè)最適宜的操作溫度。這個(gè)過程稱為絕熱反應(yīng)過程。轉(zhuǎn)化工藝的操作條件主要有三個(gè)：轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度以及轉(zhuǎn)化器的通氣量[20]。6 —第三換熱器。也有個(gè)別裝里采用國(guó)產(chǎn)催化劑、“3 + 2”兩次轉(zhuǎn)化工藝。在焚硫爐產(chǎn)生的爐氣，溫度在800～1000℃，SO2濃度在12%左右，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻到430℃左右，進(jìn)入爐氣過濾器，濾去雜質(zhì)后與空氣混合，使溫度和SO2濃度都達(dá)到合適范圍后進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔[12]。2 工藝流程工藝上一般采用快速熔硫、液硫機(jī)械過濾、機(jī)械霧化焚硫技術(shù)，較多地采用“ 3 + 2 ”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，并采用中壓鍋爐和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工序的廢熱，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。這種方法甚至可以與一轉(zhuǎn)一吸流程合并使用，取代兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。美國(guó)孟山都環(huán)境化學(xué)公司開發(fā)了使用DBBP(丁基膦酸二丁酯) 作吸收劑的方法。發(fā)展硫鐵礦礦源包括后備資源的勘探、資源開發(fā)利用的規(guī)劃和評(píng)價(jià)、資源合理利用的研究、技術(shù)開發(fā)、礦山建設(shè)、提高生產(chǎn)能力和技術(shù)水平等?？傮w上世界硫磺供應(yīng)略有富余，但年以來世界硫磺的價(jià)格逐漸抬高，目前硫磺生產(chǎn)主要地區(qū)是美國(guó)、加拿大、中東、前蘇聯(lián)，世界硫磺貿(mào)易最大進(jìn)口國(guó)是中國(guó)占最大出口地區(qū)是加拿大和中東總和。各種溫度下不同濃度硫酸的總蒸氣壓，可有下式計(jì)算：㏒p＝AB/T 式中 p—蒸氣壓，Pa； T—絕對(duì)溫度，K； A、B—與酸濃度有關(guān)的常數(shù)。%時(shí)達(dá)最大值（℃），此后則下降，至100%℃。K）]，以質(zhì)量千克為單位即為比熱[kJ/（mol當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時(shí)，以含游離SO3在50%～65%濃度下的相對(duì)密度為最高。相對(duì)密度即單位體積硫酸的重量與同體積4℃水的重量之比。C。在這類反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性?？梢钥吹秸崽侵饾u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。 （1）脫水性[7]脫水指濃硫酸脫去非游離態(tài)水分子或脫去有機(jī)物中氫氧元素的過程。（1）理化常數(shù)[6]性狀：無色無味澄清粘稠油狀液體； 成分/組成：%(濃)70%(稀) ；密度：98%；摩爾質(zhì)量：98g/mol；物質(zhì)的量濃度：98%； 相對(duì)密度：；沸點(diǎn)：338℃；溶解性：與水和乙醇混溶； 凝固點(diǎn)：無水酸在10℃，98%硫酸在3℃時(shí)凝固。進(jìn)入2l世紀(jì)以來，建成了許多大型的以硫磺或硫鐵礦為原料的生產(chǎn)裝置，一些中、小型企業(yè)得到了改造，也朝大型化方向發(fā)展。以前我國(guó)以硫鐵礦生產(chǎn)硫酸為主體，在今相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，這種情況不會(huì)有較大的變化；以重有色冶金工業(yè)的冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸，是我國(guó)硫酸工業(yè)的重要組成部分；隨著硫磺供應(yīng)的增加, 愈來愈多的新建工程從治理環(huán)境、生產(chǎn)簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)角度考慮，選用以硫磺生產(chǎn)硫酸；以石膏、磷石膏為原料生產(chǎn)硫酸、聯(lián)產(chǎn)水泥的工程，也有新的發(fā)展。 58關(guān)鍵詞：硫酸；硫磺制酸；焚燒爐；轉(zhuǎn)化塔The Production Process Design of the Workshop for Sulfuric acid with an Annual Output of 200,000 TonsAbstract Sulfuric acid is one of the most important basic chemical raw materials, mainly used in the manufacture of phosphate fertilizer and inorganic chemical raw materials, as a chemical raw material, it is widely use