【正文】 2）各種自然規(guī)律； 3）安全要求； 4）衛(wèi)生要求； 5）資源情況； 6）各種必須遵循的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范； 7）經(jīng)濟(jì)要求，經(jīng)濟(jì)可行。 原料及產(chǎn)品方案 本套裝置的原料采用揚(yáng)子石化等裝置硫回收下來(lái)的液體硫磺，原料經(jīng)精硫槽處理后可以直接使用。 生產(chǎn)規(guī)模 本文設(shè)計(jì) 30 萬(wàn)噸 /年硫磺制酸裝置以滿(mǎn)足各個(gè)行業(yè)日益增長(zhǎng)的需求，同時(shí)緩解我國(guó)過(guò)去以硫鐵礦制酸帶來(lái)的環(huán)境和產(chǎn)量的壓力。 ? 工藝技術(shù)的先進(jìn)性。 1969年 Linz 化學(xué)公司建成第一家利用磷石膏制硫酸并聯(lián)產(chǎn)水泥的工廠 [20]。但是 WSA工藝也有其局限性。焚硫爐內(nèi)設(shè)置三道擋墻，以強(qiáng)化硫磺與空氣的混合和確保停留時(shí)間。 經(jīng)第一 吸收塔 吸收 SO3 后的爐氣依次通過(guò)冷換熱器（ E302）和熱換熱器（ E301），利用 轉(zhuǎn)化器 Ⅱ、Ⅲ段的反應(yīng)熱升溫至約 420℃后進(jìn)入 轉(zhuǎn)化南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 器 Ⅳ段催化劑層反應(yīng)，出Ⅳ段約 438℃的爐氣進(jìn)入中溫過(guò)熱器 （ B303） ，在此加熱出低 溫過(guò)熱器（ B304） 的蒸汽，經(jīng)中 溫過(guò)熱器 換熱后的爐氣降溫至約 420℃進(jìn)入 轉(zhuǎn)化器 Ⅴ段催化劑層繼續(xù)進(jìn)行 SO2 的催化氧化反應(yīng)；出Ⅴ段催化劑層約 422℃的爐氣進(jìn)入 低溫過(guò)熱器（ B304） 和省煤器Ⅰ（ B306），降溫至 160℃后進(jìn)第二吸收塔（ T402），則完成二次轉(zhuǎn)化和吸收（ SO2 最終設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化率為 %），經(jīng)第二吸收塔（ T403）吸收后的尾氣可直接通過(guò)尾氣煙囪（ S401）排放。 圖 30 萬(wàn)噸 /年硫磺制酸工藝流程簡(jiǎn)圖 Fig Process flow diagram of 300kt/a sulfuric acid from sulfuric 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 第四章 流程計(jì)算 與模擬 基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)計(jì)算 已知 基礎(chǔ) 文獻(xiàn) 數(shù)據(jù) （ 1）產(chǎn)品規(guī)格： 98％硫酸 （ 2）產(chǎn)品規(guī)模： 900 噸 /天 (折 100％硫酸 ) （ 3）工藝流程：“ 3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸，塔后風(fēng)機(jī) （ 4）當(dāng)?shù)卮髿鉁囟龋?28℃ （ 5）當(dāng)?shù)卮髿鈮海? （ 6）當(dāng)?shù)啬昶骄鄬?duì)濕度： 81％ （ 7）焚硫爐出口氣體濃度： SO2濃度： ％； SO3 ： ％ （ 8）干燥塔上塔酸濃： 95％；上塔酸溫： 50℃；噴淋密度： 18m3/ （ 9）第一吸收塔上塔酸濃： 98％；上塔酸溫 70℃；噴淋密度： 23m3/ （ 10）第二吸收塔上塔酸濃： 98％；上塔酸溫 70℃；噴淋密度： 18m3/ （ 11）轉(zhuǎn)化各段轉(zhuǎn)化率： 64％、 87％、 94％、 ％、 ％ （ 12）轉(zhuǎn)化各段進(jìn)口溫度： 420℃、 455℃、 440℃、 420℃、 420℃ （ 13）吸收率： ％ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計(jì)算 （ 1）液硫進(jìn)料量 Fs（ kg/h） 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)模 900 噸 /天（折 100%硫酸計(jì)）， SO2最終轉(zhuǎn)化率為 %， SO3總的吸收率 為 %，可計(jì)算出液硫進(jìn)料量為： (41) 所得結(jié)果與南化公司提供的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 12277kg/h 相當(dāng)一致，這里取南化公司提供的數(shù)據(jù)。 (43) 所得數(shù)據(jù)與南化公司所提供的實(shí)際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 122kmol/h 很接近，計(jì)算時(shí)取南化公司所提供的數(shù)據(jù)。 ELECNRTL 利用 ElectrolyteNRTL 活度系數(shù)方程計(jì)算非理想電解質(zhì)溶液的物性。 Radfrac 是嚴(yán)格精餾模擬中 最常用的模型，能夠準(zhǔn)確地確定各級(jí)第四章 流程計(jì)算與模擬 上的溫度 、 壓力 、 流率 、 相平衡和傳熱速率，它可以模擬精餾塔，吸收塔和汽提塔等。 南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 圖 吸收塔 Reactions 設(shè)置 Fig Reactions settings in Absorber 圖 吸收塔反應(yīng) C1 設(shè)置 Fig Reaction C1 setting in absorber 焚硫爐 F301 （ 1）模型選擇 硫磺燃燒機(jī)理比較復(fù)雜，是一個(gè)連鎖反應(yīng)，過(guò)程中產(chǎn)生低級(jí)硫氧化物（中間產(chǎn)物） 、 SO2 和 SO3 等，而具體的可能發(fā)生的反應(yīng)不能 確定。 RStoic 反應(yīng)器按照化學(xué)反應(yīng)方程式的計(jì)量關(guān)系進(jìn)行反應(yīng)，分別指定每個(gè)反應(yīng)的轉(zhuǎn)化率，不考慮熱力學(xué)可能性和動(dòng)力學(xué)可行性。 2) 原料及產(chǎn)品的分離方式，各步的回收率，采用物料分離劑 時(shí)，加入分離劑的配比。 （ 2）確定 硫磺和空氣 。 衡算方法 物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用某進(jìn)出化工過(guò)程中某些已知物流的流量和組成，通過(guò)建立有關(guān)物料的平衡式和約束式，求出其他未知物流的流量和組成的過(guò)程。 表 各段轉(zhuǎn)化率和進(jìn)口氣體溫度 Tab The temperature of paragraphs conversion rate and inlet gas 一 段 二 段 三 段 四 段 五 段 總轉(zhuǎn)化率 ％ 64 87 94 各段轉(zhuǎn)化率 ％ 64 85 進(jìn)口溫 度 ℃ 420 455 440 422 420 （ 2）模型設(shè)置 轉(zhuǎn)化器各段壓降均為 150mmH2O，以第一段轉(zhuǎn)化為例說(shuō)明 Rstoic 的設(shè)置，其它反應(yīng)器設(shè)置類(lèi)似。 RGibbs 反應(yīng)器根據(jù)系統(tǒng)的 Gibbs自由能趨于最小值的原則，計(jì)算同時(shí)達(dá)到化學(xué)平衡和相平衡時(shí)的系統(tǒng)組成和相分布。 Radfrac 模擬物理吸收過(guò)程時(shí)，需要對(duì)其進(jìn)行設(shè)置，在 Setup 頁(yè)面中將收斂基礎(chǔ)由 Standard 改為 Custom；在 Convergence|Adavanced 頁(yè)面將 Radfrac 改為吸收塔，具體見(jiàn)圖 。 IDEAL 用于計(jì)算反應(yīng)單元和換熱單元中氣相的物性。 Electrolytes Expert System 用于生成離子和離子反應(yīng)。該式計(jì)算的是燃燒 1t 硫磺所需的干空氣量。 濃硫酸吸收水分的過(guò)程是一個(gè)放熱反應(yīng)，所以，干燥塔出塔酸溫高于塔進(jìn)口酸溫。爐膛內(nèi)操作溫度控制在 1000℃左右。二是 SO2轉(zhuǎn)化率受限制，最為一轉(zhuǎn)一吸工藝， WSA 工藝的 SO2/SO3的平衡曲線將 SO2 轉(zhuǎn)化率限制在 %~%。之后國(guó)內(nèi)外均在磷石膏生產(chǎn)硫酸的技術(shù)上有所發(fā)展。 工藝路線的比較及選擇 目前硫磺的生產(chǎn)工藝主要有硫鐵礦制酸、 WSA 濕法制酸 、硫磺制酸、磷石膏制酸等。化工生產(chǎn)過(guò)程大部分是連續(xù)的生產(chǎn)過(guò)程，原料數(shù)量及 質(zhì) 量的穩(wěn)定可靠地供應(yīng)是進(jìn)行正常生產(chǎn)的基本條件。具體如表 。 項(xiàng)目建設(shè)意義 作為重要的無(wú)機(jī)基礎(chǔ)化工原料，自其工業(yè)化生產(chǎn)以來(lái)，其生產(chǎn)工藝不斷改善和提高，產(chǎn)量更是迅速增長(zhǎng)。本裝置焚硫采用機(jī)械噴嘴霧化的噴霧式焚硫爐，采用國(guó)產(chǎn)催化劑、“ 3+2”兩 次轉(zhuǎn)化工藝。 論文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目?jī)?nèi)容 與 意義 本文 設(shè)計(jì)項(xiàng)目 為 300 kt/a 硫磺制酸裝置 ，原料為揚(yáng)子石化 等 裝置回收下來(lái)的液體硫磺。 對(duì)于干吸工段低溫廢熱的回收，由于品味較低，回收利用在技術(shù)上比較困難。除裝置散熱、平排氣等損失外，其余熱量理論上均可回收利用?；侵扑嵫b置的干吸工藝流程按設(shè)備配置的不同，可分為三大類(lèi)：三塔三槽循環(huán)流程，三塔兩槽循環(huán)流程和三塔一槽循環(huán)流程 [14]。 自從 20 世紀(jì) 60 年代以來(lái)，硫酸生產(chǎn)中 SO2轉(zhuǎn)化工藝的技術(shù)進(jìn)步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝，簡(jiǎn)稱(chēng)兩轉(zhuǎn)兩吸。塔后流程的優(yōu)點(diǎn)是鼓風(fēng)機(jī)的壓縮熱帶入焚硫爐，可多產(chǎn)生蒸汽，同時(shí)可以減少干燥塔循環(huán)水的用量 [12] 。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾樱蛩岙a(chǎn)品會(huì)有更廣的市場(chǎng)前景。 1998年全國(guó)化肥產(chǎn)量 273616 萬(wàn)噸 ，比 上年增長(zhǎng) %，其中磷肥 51515929 萬(wàn)噸 ，前 7 個(gè)月磷酸鹽產(chǎn)量增長(zhǎng) 4%，全年硫酸產(chǎn)量比上年增長(zhǎng) %。預(yù)計(jì)到“十二五”末期我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能將達(dá)到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約 40000kt/a[7]。 我國(guó)的硫酸工業(yè)起始于 19 世紀(jì) 70 年代，當(dāng)時(shí)產(chǎn)量很少。 常用的稀硫酸濃度為 15%和 20%左右，濃硫酸濃度一般為 93%和 98%酸，發(fā)煙酸濃度常用為 %和 %。 I 畢業(yè)論文 (設(shè)計(jì) ) (2021 年 ) 課題名稱(chēng) 300kt/a 硫磺制酸裝置 焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設(shè)計(jì) 300kt/a 硫磺制酸裝置焚硫轉(zhuǎn)化工段 焚硫爐工藝設(shè)計(jì) 摘要 本文 論述了硫磺制酸生產(chǎn)裝置的 工藝 流程與建設(shè)意義 。 硫酸按濃度分，一般分為稀硫酸（密度小于 ）、濃硫酸（密度約為）和發(fā)煙硫酸（密度大于 ）。 1995 年，以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量為20210kt 左右，占硫酸總產(chǎn)量的 13%； 1997 年，除中國(guó)以外，其余地區(qū)以硫鐵礦為原料的硫酸產(chǎn)量下降了 8%[34]； 1998 年全球硫鐵礦產(chǎn)量 6270kt(折 100%硫， 下同 )，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量約 18000kt； t 2021 年全球硫鐵礦產(chǎn)量降至 5730kt，僅為所有形態(tài)硫總生產(chǎn)量的 %[2]。至 2021 年我國(guó)硫磺制酸產(chǎn)能已達(dá)到 38000kt/a，產(chǎn)量為 32980kt/a， 2021— 2021 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長(zhǎng)率分別為 %， %。 1995 年化肥生產(chǎn)用酸占硫酸總產(chǎn)量的 %(其中磷肥占 %、硫酸銨占 %) ， 1997 年占全年硫酸總產(chǎn)量的 %。 21世紀(jì)的這十年中，特別是我國(guó)的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。 根據(jù)空氣鼓風(fēng)機(jī)的布置不同可分為：塔前流程，即鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔上游，風(fēng)機(jī)進(jìn)口為濕空氣，它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)的耐腐蝕要求低；塔后流程，即將鼓風(fēng)機(jī)布置在干燥塔下游，風(fēng)機(jī)進(jìn)口為干燥空氣（含微量酸霧），它對(duì)鼓風(fēng)機(jī)耐腐性要求較高，氣量比塔前流程大，相應(yīng)的干燥塔直徑稍大。 轉(zhuǎn)化工段平 轉(zhuǎn)化工段的任務(wù)是將 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3，由焚硫爐出來(lái)的含有 SO2的高溫氣體，首先進(jìn)入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，在催化劑上反應(yīng)生成 SO3。吸收塔用來(lái)吸收由轉(zhuǎn)化器出來(lái)的 SO3。 第一章 文獻(xiàn)綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過(guò)程中，從硫磺燃燒生產(chǎn)二氧化硫、二氧化硫催化氧化生成三氧化硫到三氧化硫吸收生成硫酸，每一步反應(yīng)都是放熱的，總得反應(yīng)熱約 500kJ/mol硫酸。一般在焚硫爐后設(shè)有廢熱鍋爐，目前多采用火管鍋爐，在轉(zhuǎn)化工段設(shè)有過(guò)熱器和省煤器。該裝置的應(yīng)用，使得廢熱的回收率從傳統(tǒng)裝置的 70%提高到 93%[18]。 第二章 總論 第二章 總論 項(xiàng)目概述 本文設(shè)計(jì)一套年產(chǎn) 30 萬(wàn)噸的硫磺制酸裝置，本裝置的原料采用樣子石化等裝置硫回收下來(lái)的液體硫磺，原料的質(zhì)量和數(shù)量有保障。 （ 2）設(shè)計(jì)考慮的內(nèi)部約束條件： 1）生產(chǎn)技術(shù)：技術(shù)軟硬件的來(lái)源、技術(shù)成熟程度、價(jià)格和使用條件； 2）材料： 原材料、建筑材料、關(guān)鍵設(shè)備等供應(yīng)的難易； 3）時(shí)間：允許和需要的設(shè)計(jì)時(shí)間； 4）人員：素質(zhì)和數(shù)量； 5）產(chǎn)品規(guī)格； 6）建設(shè)單位的具體要求； 7）建廠地區(qū)的具體情況。 產(chǎn) 品規(guī)格為 98%的工業(yè)硫酸， 98%工業(yè)硫酸質(zhì)量符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) GB534/T2021一等品指標(biāo)。 工藝路線選擇 工藝路線選擇原則 ? 原料來(lái)源的可靠性。技術(shù)的先進(jìn)是指項(xiàng)目建設(shè)投資后，生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量指標(biāo)、 產(chǎn)量、運(yùn)轉(zhuǎn)的可靠性及安全性等既先進(jìn)又符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。 1986 年Lurgi 公司開(kāi)發(fā)成功循環(huán)流化床節(jié)能型磷石膏熱分解法制硫酸和聯(lián)產(chǎn)水泥技術(shù)并進(jìn)行了中試，其磷石膏分解率達(dá) 99%。一是原料氣體濃度受限制，考慮到 WSA 冷卻器的結(jié)構(gòu)和材料，不可能處理硫酸露點(diǎn)高于 260℃的氣體，這相當(dāng)于進(jìn)轉(zhuǎn)化器的 SO2不能高于6%~7%。為防止硫磺燃燒不完全，設(shè)有二次風(fēng)，用于補(bǔ)充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。 干吸工段 空氣通過(guò)空氣過(guò)濾器過(guò)濾后由干燥 塔下部進(jìn)入干燥塔， 95％濃硫酸從干燥塔上部進(jìn)入干燥塔，與空氣逆向接觸， 95%濃度的酸吸收水分后，濃度下降到約%左右，從塔底部流入干燥塔酸循環(huán)槽，空氣從塔頂部出，含水量在 以下，進(jìn)入空氣風(fēng)機(jī)升壓后進(jìn)入焚硫轉(zhuǎn)化工段焚硫爐與液硫混合燃燒。 （ 2）干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %， SO3 為 %，可由式 41 計(jì)算工藝所第四章 流程計(jì)算與模擬 需的干空氣進(jìn)料量。 組分設(shè)置 因?yàn)轶w系含有電解質(zhì)，使用 Aspen Plus 模擬時(shí)，輸入 S， SO2 等基礎(chǔ)組分后，需要使用電解質(zhì)向?qū)?Elec Wizard 進(jìn)行組分設(shè)置。此外，亨利定律用于計(jì)算 SO2， O2， N2 在硫酸中的氣體溶解度。 （ 2）模型設(shè)置 干燥塔為常壓操作，全塔壓降為 300mmH2O，經(jīng)優(yōu)化后確定塔板數(shù)為 6 塊，濕空氣從第六塊塔板下方進(jìn)料，硫酸由塔頂進(jìn)料。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設(shè)計(jì)選擇 RGibbs 反應(yīng)器模擬焚硫爐。南化公司提供了各段轉(zhuǎn)化率和南京工業(yè)大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 進(jìn)口氣體溫度見(jiàn)表 。 3) 特殊化學(xué)品的物性，如沸點(diǎn)、熔點(diǎn)、飽和蒸汽壓、閃點(diǎn)等