【正文】 在吸收過(guò)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。 26 η＝ (a? b)/a6 — 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 24 鍋爐冷卻到 430℃ 左右，進(jìn)入爐氣過(guò)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)化器 [12]。 工藝設(shè)計(jì)部分 工藝上一般采用快速熔硫、液硫機(jī)械過(guò)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(guò)熱蒸汽。 （ 3）轉(zhuǎn)化工段的換熱器選 用列管換 熱器，進(jìn)氣擴(kuò)散管，使氣體均勻分布，設(shè)備直徑小，占地面積小。 （ c）采用先進(jìn)技術(shù)，強(qiáng)化設(shè)備能力，不斷采用結(jié)構(gòu) 先進(jìn)、效率高、節(jié)能耐用的機(jī)泵設(shè)備，從而使硫酸裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定，開(kāi)工率高，安全可靠，先進(jìn)硫酸廠年開(kāi)工率達(dá)到 99％以上。 V 取決于 ti 及 ti1。 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。 ξ,因此各段反應(yīng)床層的空時(shí)為： τi= i1ixx??η 吸 ：二氧化硫濃度低能加快反應(yīng)速度，但用的原料氣增加，生產(chǎn)能力受鼓風(fēng)機(jī)的 影響也會(huì)下降。下面著重介紹幾個(gè)問(wèn)題的影響： ：這個(gè)問(wèn)題我們已在選擇溫度時(shí)作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關(guān)系。 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(lái)選擇一個(gè)最適宜的操作溫度。 二氧化硫氣體的反應(yīng)熱，即沒(méi)有移走，也沒(méi)有 損失，全部用于加熱觸媒和反應(yīng)氣體本身。 氧的平衡分壓： P（ O2T） = TTb p100 ?? (24) 將 (4)式代入 (3)則可得， XT=TTKp1 0 0 0 .5 aXKpP (b 0 .5 aX )??? 若要計(jì)算 XT,我們可以用試差法求解。粘度的大小不僅對(duì)輸送管路的阻力和泵的動(dòng)力消耗有很大影響，而且對(duì)傳熱、硫酸溶解度和金屬溶解速度等也有較明顯的影響。此時(shí)沸點(diǎn)不是 升高而是降低。 硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成 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。 硫酸的熱容、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(wú)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。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。各種硫酸的組成如表 11 所示： 表 11 工業(yè)硫酸的組成 名稱 H2SO4 重量 % SO3/ H2O 組成， % 名稱 H2SO4 重量 % SO3/ H2O 組成， % SO3 H2O SO3 HO2 93%硫酸 98%硫酸 無(wú)水硫酸 20%發(fā)煙硫酸 65%發(fā)煙硫酸 相對(duì)密度 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。 石 膏 、 磷石 膏是我 國(guó) 硫 酸 原料潛在的硫 資 源 ,目 前 已 有 口 以 上的工業(yè)生 產(chǎn)能力 ， 但 近期 大規(guī)模發(fā)展 的 條件還不夠成熟 。 我國(guó) 已 是國(guó)際 市場(chǎng)中 重 要的 一員 ， 因 而 特別 需要 研 究和 把握好 國(guó)際 市場(chǎng) ， 為硫 酸的長(zhǎng) 期 發(fā)展 爭(zhēng)取有 利條件 ， 硫鐵 礦 制酸 可 以 起 到重 要 的調(diào) 節(jié) 、 平衡 作 用 。 總 體 上 世 界 硫磺 供 應(yīng) 略有富余 ， 但年 以 來(lái)世 界 硫 磺 的 價(jià)格 逐漸抬高 ， 原因 何在目 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 。 7 （ 3）本項(xiàng)目“三廢”治理措施有效，項(xiàng)目建設(shè)滿足環(huán)保要求?！叭龔U”排放必須符合國(guó)家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和本項(xiàng)目環(huán)評(píng)報(bào)告的要求。 (3)控制焚硫爐內(nèi)的溫度。 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) 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。 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) 。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。 （ 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) 12020 萬(wàn)元。 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 。 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(guò) 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 。 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(kāi) 發(fā)研究 和 工業(yè)化 應(yīng) 該加緊進(jìn)行 。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。 SO3%游離量低于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離 SO3%增加而升高。以摩爾為單位，即摩爾熱容 [kJ/（ mol溶液的沸點(diǎn)隨 H2SO4 含量的增加而升高。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。硫酸的粘度隨酸濃度增高而增大，隨酸溫增高而減少。 式中： P（ SO2T） 二氧化硫的平衡分壓 P（ SO3T） 三氧化硫的平衡分壓 14 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） 二氧化硫轉(zhuǎn)化三氧化硫工藝操作條件選擇和選定理由 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。這個(gè)過(guò)程稱為絕熱反應(yīng)過(guò)程。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。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(guò)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。濃度過(guò)高也會(huì)如此。C 進(jìn) ) V 實(shí) =V 標(biāo) 273 t 1000 0273 1000 0 H??? ? 出 式中： V 標(biāo) 標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量， m3/h V 實(shí) 實(shí)際情況下的通氣量， m3/h G 酸 硫酸產(chǎn)量， kg/h XT 轉(zhuǎn)化率，取 η 吸 吸收率，取 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， Pa t 實(shí)際平均溫度， ℃ 工藝參數(shù)確定 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(guò)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。dx/(R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 1? y 份，一段催化劑有效體積應(yīng)為 V1=τ 1(1? y)V0。其它各段數(shù)值積分到 τi=Vi/V0 為 止。 （ 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。 （ 4）干吸塔采用大開(kāi)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。 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(guò)一、二、三段觸媒，二次轉(zhuǎn)化通過(guò)四、五次觸媒。 為了防止雜質(zhì)在過(guò)濾槽內(nèi)沉降 ， 在過(guò)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(guò)濾器內(nèi)除去 ， 從而大大減輕了過(guò)濾槽的清理難度并延長(zhǎng)了清理周期。 總轉(zhuǎn)化率均 要 求 達(dá)到%以上 ， 一些 裝置 要 求轉(zhuǎn)化率 達(dá)到 %以 上 ， 放 空尾 氣中 SO2 含 量 低 于700mg/ m3。8 — 焦炭過(guò)濾器 圖 21 轉(zhuǎn)化工序流程圖 吸收工段 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。100% 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 在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)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(guò)程中增加，需用稀酸 或水稀釋。吸收酸的濃度高 于 %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。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）。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)。 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。 這樣 ， 高 溫過(guò) 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 。 從最終 吸 收塔循 環(huán)系 統(tǒng)引來(lái) 的 ?（ 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 。 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 。 原材料、輔助材料和動(dòng)力消耗定額 序號(hào) 名稱及規(guī)格 單位 消耗定額 （噸酸單耗） 小 時(shí) 每年 備注 一 原材料及動(dòng)力消耗 1 硫磺 :S≥ ％ t 噸 萬(wàn)噸 2 工藝水 m3 20 m3 16 萬(wàn) 3 循環(huán)水 m3 76 7600 m3 6080 萬(wàn) 4 脫鹽水 m3 135 m3 108 萬(wàn) 5 電 KWh 23 2300 度 1840 萬(wàn) 上透平風(fēng)機(jī) 6 蒸汽 飽和 t 22 噸 萬(wàn)噸 熔化硫磺用 7 釩觸媒 kg 7 kg 56 噸 正常消耗 8 柴油 kg 22kg 176 噸 升溫用 9 儀表空氣 Nm3 200 Nm3 160 萬(wàn) 氣動(dòng)儀表用 10 硅藻土 kg 11kg 88 噸 液硫過(guò)濾用 11 石灰 kg 13 kg 104 噸 中和硫磺 酸度 30 市場(chǎng)需求預(yù)測(cè) 國(guó)內(nèi)外近期、遠(yuǎn)期需求量預(yù)測(cè) 國(guó)際上硫酸生產(chǎn)主要以硫磺為原料，上個(gè)世紀(jì)九十年代 ,由于國(guó)際硫磺市 場(chǎng)持續(xù)低迷、國(guó)內(nèi)冶煉技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了深刻變化，硫磺制酸與冶煉氣制酸得到了飛速發(fā)展，改變了過(guò)去依賴硫鐵礦的單一格局。 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 。 對(duì) 于 配 套 透