【正文】 d in nonferrous metal smelting, petroleum refining and petroleum chemical industry, rubber industry, as well as pesticides, pharmaceuticals, printing and dyeing, leather pickling of iron and steel industry. This design is used sulfuric acid as raw material to product sulfur, thus it products sulfur without purification, the process is greatly simplified to save investment costs and gain high product quality. It is an annual output of 200,000 tons of sulfuric acid production plant process design, introduces the main methods of sulfuric acid production and mature process. The main contents include the raw material sulfur melting section, and burning sulfur conversion section, drying and absorption section and the major equipments selection, environmental protection measures. It pletes various links of the chemical engineering design, and achieves the design objectives. Through the analysis of the design, design technology is reliable, and the design is economical and reasonable. In the design process, it is also focusing on wastewater treatment.Keywords: Sulfuric acid。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名： 學(xué)號： 學(xué) 院： 系 名： 專 業(yè)： 指導(dǎo)教師： 年 月年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)摘 要硫酸是最重要的基礎(chǔ)化工原料之一，主要用于制造磷肥及無機(jī)化工原料，其次作為化工原料廣泛應(yīng)用于有色金屬的冶煉、石油煉制和石油化工、橡膠工業(yè)以及農(nóng)藥、醫(yī)藥、印染、皮革、鋼鐵工業(yè)的酸洗等。 Producing Sulfuric Acid by Sulfur。 節(jié)能措施一般情況下，以硫鐵礦制酸工藝較復(fù)雜些，硫磺制酸過程簡便些[2]。以冶煉煙氣為原料的硫酸工程與大型銅、鎳等有色金屬冶煉配套建設(shè)，相應(yīng)建設(shè)大型的硫酸裝置。 （2）溶解放熱濃硫酸溶解時放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時應(yīng)該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”若將水倒入濃硫酸中，溫度將達(dá)到173℃，導(dǎo)致酸液飛濺，造成安全隱患。 1)脫水性簡介 就硫酸而言，脫水性是濃硫酸的性質(zhì)，而非稀硫酸的性質(zhì)，濃硫酸有脫水性且脫水性很強(qiáng)。 　　C12H22O1112C+11H2O C+2H2SO4(濃) →CO2↑+2SO2↑+2H2O 5)絡(luò)合反應(yīng) 將SO3通入濃H2SO4中，則會有“發(fā)煙”現(xiàn)象。 　　C+2H2SO4(濃) CO2↑+2SO2↑+2H2O 　　S+2H2SO4 (濃) 3SO2↑+2H2O 　　2P+5H2SO4 (濃) 2H3PO4+5SO2↑+2H2O 3)跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng) 濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫、溴化氫、碘化氫等還原性氣體不能選用濃硫酸。無水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)子的能力，純硫酸仍然具有很強(qiáng)的酸性，98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別，而溶解三氧化硫的發(fā)煙硫酸就是一種超酸體系了，酸性強(qiáng)于純硫酸[8]。相對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，相對密度隨游離SO3%增加而升高。K）]。發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)，則隨SO3（游離）百分含量的增大而下降，℃。當(dāng)溫度一定時，硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低，%時總蒸氣壓最低。硫磺貿(mào)易中所占份額最大的是加拿大、中東出口方和中國進(jìn)口方，因中東不穩(wěn)定的局勢和費(fèi)用上漲，加拿大隨之漲價的可能性也是存在的，受影響最大的是我國。發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置包括工藝技術(shù)和裝備水平的提高、減少環(huán)境污染、解決礦渣的綜合利用、大型化等[15]。DBBP選擇性吸收劑對二氧化硫的吸收容量大且解吸溫度低，蒸氣壓力和粘度都較低，腐蝕性小，而且是一種阻燃劑[17]。與兩轉(zhuǎn)兩吸比較，一轉(zhuǎn)一吸加Centaur尾氣處理工藝具有二氧化硫排放數(shù)量少，使用設(shè)備少、造價低、壓力降小、熱量回收率高及可以避免開、停車時造成環(huán)境污染等特點(diǎn)。將澄清的熔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。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了清理周期。%以上，%以上，放空尾氣中SO2含量低于700mg/ m3。8 —焦炭過濾器圖21 　轉(zhuǎn)化工序流程圖二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方程式從上述反應(yīng)方程式可以看出SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特點(diǎn)，這個反應(yīng)為可逆、體積縮小、放熱的反應(yīng)[13]。這就是轉(zhuǎn)化操作的“三要素”，下面我們分述各個條件的選擇理由。氣體的溫度升高，所列數(shù)據(jù)值叫絕熱溫升值。對于一定組分的進(jìn)層都有一定的溫度使反應(yīng)速率最快，這個溫度條件稱為最適宜溫度。下面著重介紹幾個問題的影響：1).進(jìn)氣中二氧化硫濃度與溫度的關(guān)系：這個問題我們已在選擇溫度時作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關(guān)系。：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)的影響也會下降。η吸內(nèi)擴(kuò)散對宏觀動力學(xué)的影響，可用內(nèi)擴(kuò)散效率因子表示 ξ= （26）式中：D為SO2或SO3氣體的相擴(kuò)散系數(shù)。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。得到調(diào)整后的操作參數(shù)的最終轉(zhuǎn)化率。大多硫酸廠是使用硫酸來吸收轉(zhuǎn)化后氣體中的三氧化硫。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，一般用循環(huán)酸來吸收三氧化硫，吸收酸的濃度在循環(huán)過程中增加，需用稀酸或水稀釋。%時，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，高溫過熱器就可不設(shè)爐氣旁通管和旁通調(diào)節(jié)閥，同時正常運(yùn)行時蒸汽系統(tǒng)無需噴水。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來的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。在超大型硫磺制酸裝置布置時最好考慮預(yù)留HRS的位置，待條件成熟后，再進(jìn)行技術(shù)改造[21]。η吸熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進(jìn)行的，所以車間物料衡算表是進(jìn)行車間熱量衡算的首要條件。（以0℃為基準(zhǔn)）① Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計(jì)算則出料氣體中各物質(zhì)的Cp值見下表：表37 物質(zhì)的Cp值一覽表 單位：J / (mol（過程熱效應(yīng)） J（物料離開設(shè)備所帶走的熱量）吸收塔內(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)但塔內(nèi)溫度保持在140℃作用。為了防止?fàn)t內(nèi)高溫引起的損壞和防止因受熱而引起的硫磺粘度上升，噴槍應(yīng)有蒸氣夾套。V因此，轉(zhuǎn)化塔需要有既合理又可靠的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和選材。每層隔板均用一個密封圓弧環(huán)與殼壁焊成整體，以補(bǔ)償隔板因熱膨脹而產(chǎn)生的變形，避免層間氣體串流。轉(zhuǎn)化器的各段之間用弧形隔板分隔，可以有效地吸收或補(bǔ)償操作狀態(tài)下因高溫?zé)崤蛎洰a(chǎn)生的變形，既能保證層間氣體不串流，又能降低設(shè)備的應(yīng)力水平。通常有兩種操作方法：一種恒溫操作方法，這種方法會使轉(zhuǎn)化器體積太大也很難使移走的熱量達(dá)到要求。從生產(chǎn)使用的效果看，其除霧效率均令人滿意。中石化集團(tuán)南京設(shè)計(jì)院結(jié)合以上兩種塔底結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)，并根據(jù)大型化干吸塔的特點(diǎn)，將干吸塔設(shè)計(jì)成具有塔底出酸優(yōu)點(diǎn)的平底結(jié)構(gòu)，即將塔底設(shè)計(jì)成為外部平底內(nèi)部錐形的結(jié)構(gòu)，出酸口在錐形底的中央最低點(diǎn)。上、下管箱均噴鋁，以有效避免高溫氧化腐蝕。c)； S——與K值對應(yīng)的換熱器換熱面積，㎡； ——平均溫差，℃。hh軸流式鼓風(fēng)機(jī)采用透平壓縮原理，風(fēng)機(jī)效率稍高葉片運(yùn)轉(zhuǎn)的線速度低于離心風(fēng)機(jī)，可以減少磨蝕另外可以利用靜葉角度來調(diào)節(jié)風(fēng)量。在操作方面，采用透平驅(qū)動風(fēng)機(jī)，啟動扭矩大，啟動、升速平穩(wěn)透平和風(fēng)機(jī)直連，無需齒輪增速機(jī)構(gòu)，可以在較大范圍內(nèi)調(diào)整轉(zhuǎn)速，以適應(yīng)各種工藝負(fù)荷要求避免了熱能轉(zhuǎn)化成電能再轉(zhuǎn)換成機(jī)械能過程中的能量損失可以避免采用電機(jī)驅(qū)動時啟動電流過大對電網(wǎng)造成較大沖擊?；鸸苠仩t具有很多優(yōu)點(diǎn)氣流分布均勻，無爐氣滯留區(qū)，不易發(fā)生局部腐蝕能承受較高的氣體側(cè)壓力，降低了漏氣率對負(fù)荷變化的適應(yīng)性強(qiáng)操作簡單，安全可靠動力消耗低價格較便宜，安裝工作量小耐火材料較少，維修工作量小，清理容易等。汽包上設(shè)有安全閥接口，上升管口處裝有擋板。前煙箱耐火層為高鋁磚，絕熱層采用粘土質(zhì)隔熱耐火磚。過熱器本體包括外殼、高溫過熱管束、中溫過熱管束、噴水減溫器以及支座。利用熱管技術(shù)可使水人口處的金屬壁溫在正常運(yùn)行時高于爐氣露點(diǎn)溫度，防止露點(diǎn)腐蝕，提高省煤器的安全可靠性。第一吸收塔前的省煤器必須全部采用熱管，為了節(jié)省投資，第二吸收塔前的省煤器除低溫段必須采用熱管外，高溫段可采用普通螺旋翅片管。過熱器管束放在殼體內(nèi)的管板上，可自由膨脹。后煙箱襯輕質(zhì)耐火澆注料并內(nèi)布抓釘，以防脫落[28]。為防止汽包水位過高而影響蒸汽品質(zhì)，汽包上設(shè)有緊急放水管口。廢熱鍋爐有單鍋殼單汽包和雙鍋殼單汽包兩種結(jié)構(gòu)形式。干吸塔循環(huán)酸泵的特點(diǎn)是流量大，功率大，輸送的w（H2SO4）98%硫酸溫度高，腐蝕性強(qiáng)，一般都是單泵在線運(yùn)行。總升壓在30~60 kPa的硫酸裝置用鼓風(fēng)機(jī)，國內(nèi)外一般采用離心式。hh Q=VCP（t1－t2）式中： V——流體的流量，； CP—— 流體的比熱，/設(shè)備上的人孔與工藝接管均采用焊接連接形式，以確保高溫操作狀態(tài)下的密封，避免在高溫下材料蠕變而發(fā)生泄漏[26]。為防止將塔內(nèi)填料碎片帶至循環(huán)槽打壞酸泵葉輪，在出酸口一般都設(shè)置防渦流裝置。國內(nèi)研究開發(fā)的帶陽極保護(hù)槽管式酸分布器每平方米超過40個分酸點(diǎn)，目前大部分大型硫酸裝置干吸塔采用這種形式的分酸器。轉(zhuǎn)化塔操作氣體平均操作溫度t平=440～480℃，H出為負(fù)10kPa，V標(biāo)=，停留時間10秒。但用耐熱瓷球找平的弧形床層阻力不均勻，中心筒的空間利用率不高，弧形床層板及分隔板制造難度相對偏大。SO2氣體經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的分布裝置由進(jìn)氣口進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，分布更加均勻。積木式結(jié)構(gòu)采用平底球冠蓋立式回筒形容器，其內(nèi)部自下向上由若干立柱和樁柱支撐隔板和格柵。q式中： K—— 焚硫單位容積發(fā)熱量，～表達(dá)能力的單位，多采用每日、每立方米容積可焚燒多少噸硫磺量來表示。K) 溫度A（）B（）C（）D（）150℃②各物質(zhì)的JJJJJ有熱平衡方程式可得：因?yàn)樗杂梢陨蠑?shù)據(jù)可得 J4 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型由于硫磺燃燒速度快，所以爐子構(gòu)造簡單，現(xiàn)在一般多用臥式焚硫爐。K) 溫度A（）B（）C（）430℃②各物質(zhì)的： J JJ J J其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。反應(yīng)完畢出轉(zhuǎn)化爐各氣體的物質(zhì)的量： Kmol；； Kmol。V實(shí)=V標(biāo)==爐氣成分: SO2=V標(biāo)a== O2=V標(biāo)b== N2==以實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般冷激爐氣為總量的16%左右。3 物料衡算 設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)規(guī)模：硫磺制酸20萬t/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≥%。為了及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的鍋爐泄漏，在鍋爐上裝有聲波測漏儀。對于配套透平鼓風(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，因而保證其長期運(yùn)行效率。、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