【正文】 器和省煤器。循環(huán)酸酸溫的影響：硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕能力與硫酸的溫度、濃度有很大的關(guān)系。轉(zhuǎn)化氣依次通過濃硫酸吸收塔，%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，%～%。此外，吸收酸溫度不能過高，若過高，酸溶液加劇蒸發(fā)，使液面上的總壓明顯增加，從而降低了吸收率。對(duì)濃硫酸而言，%的濃硫酸作為吸收酸時(shí)，盡可能使氣相中SO3的吸收率達(dá)到最完全的程度。若使n＞1，生成發(fā)煙硫酸；n＝1，生成無水硫酸；n＜1，則生成含水硫酸。(1y))為止。比較各段床層填充的催化劑體積，即可看出各段填充的催化劑中還有多少是有效的。ξ,因此各段反應(yīng)床層的空時(shí)為： τi= 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。：當(dāng)a=～9%時(shí)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最底。表23 各段爐氣SO2/O2比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系項(xiàng)目一次轉(zhuǎn)化二次轉(zhuǎn)化進(jìn)出出進(jìn)出出轉(zhuǎn)化率%608096氣體組成SO29O2SO3微O2 /SO2O2 /SO2 + SO3N23) .進(jìn)氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度，硫酸產(chǎn)量會(huì)增加，但轉(zhuǎn)化率會(huì)下降。我們?nèi)绻言谀骋环N進(jìn)氣成分下的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系作成圖線，可看出平衡轉(zhuǎn)化率與溫度，轉(zhuǎn)化率與最適宜溫度以及平衡轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。我們知道了已知溫差如何求轉(zhuǎn)化率的方法。每段轉(zhuǎn)化后氣體溫度升高情況可以用下式計(jì)算：t＝t0+λ(XTX0)式中：t——出觸媒層的氣體溫度，℃； t0——進(jìn)觸媒層的氣體溫度，℃； XT——出觸媒層的轉(zhuǎn)化率； X0——進(jìn)觸媒層的轉(zhuǎn)化率； λ——絕熱系數(shù)，由轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中初始反應(yīng)的氣體濃度決定的，相當(dāng)于轉(zhuǎn)化率從0增加到100%的氣體溫度升高的度數(shù)。平衡轉(zhuǎn)化率：根據(jù)定義可以用下式表示：XT= (21)反應(yīng)平衡常數(shù)Kp= (22)將（21）和（22）合并，便可以得到平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)的關(guān)系式。轉(zhuǎn)化工序流程如圖21：1 —一段省煤器。出熔硫槽的液體硫成直接進(jìn)人過濾槽，由過濾泵送人葉片式液硫過濾器過濾。熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫機(jī)械過濾工藝，其中關(guān)鍵設(shè)備一是快速熔硫槽，二是液硫過濾器。硫酸生產(chǎn)過程中含有SOH2SOAs、Hg、懸浮物等有毒害物質(zhì)。美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司與Calgon Carbon公司合作開發(fā)了Centaur工藝，采用活性炭將二氧化硫吸附氧化生成三氧化硫并與水結(jié)合成硫酸。冶煉煙氣主要是有色金屬硫化礦物冶煉時(shí)產(chǎn)生的含二氧化硫煙氣，冶煉煙氣制酸實(shí)際是冶煉廠的副產(chǎn)品，是隨著冶金工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。硫鐵礦是我國的自有資源，從我國這個(gè)人口，大國的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展考慮，保持一定規(guī)模的硫鐵礦采選能力和硫鐵礦制酸能力是需要的。如表12所示：表12 各種濃度硫酸的A、B常數(shù)值H2SO4%2040608090100AB2268229924583040339042113914進(jìn)口硫磺可充分利用世界硫資源，以補(bǔ)充我國硫資源的不足，其前提是世界上要有多余的硫磺供應(yīng)。%，成為理論上的濃縮濃度?？梢姴煌臏囟认掠胁煌臒崛荩瑸榱耸褂蒙系姆奖?，在工程計(jì)算中采用平均熱容。液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時(shí)的溫度稱為結(jié)晶溫度。硫酸相對(duì)密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。（2）可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸。 　　NaCl(固)+H2SO4 (濃) →NaHSO4+HCl↑(常溫) 　　2NaCl(固)+ H2SO4 (濃) Na2SO4+2HCl↑(加熱) 再如，利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣體。SO35H2O)。（3）共沸混合物（熔點(diǎn)：10℃） 沸點(diǎn)：290℃（100%酸），沸點(diǎn)：338℃（%酸） 但是100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的，沸騰時(shí)會(huì)分解一部分，%的濃硫酸，成為338℃（硫酸水溶液的）共沸混合物。在建和待建項(xiàng)目建成后，大型硫酸裝置將成為我國硫酸工業(yè)的主體，順應(yīng)了硫酸工業(yè)發(fā)展的需要。硫酸工藝技術(shù)和裝備、材料不斷演變和進(jìn)步，特別是近年來以環(huán)境保護(hù)和能源利用為中心的變革，使硫酸工藝和裝備有了很大的變化，如改革工藝回收了90％以上的反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電，除自用外并向裝置外供電，成為應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝的能源企業(yè)，其中MECS和Outolec等熱回收工藝是目前流行的技術(shù)。 58 59 59 60 60 61 61 62 62設(shè)計(jì)總結(jié) 62參考文獻(xiàn) 63致 謝 661 引言近十幾年以來，我國硫酸工業(yè)得到很大的發(fā)展，重要的標(biāo)志之一是硫酸工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。 Conversion tower目 錄1 引言 1 1 1 1 2 2 3 5 6 熱焓 7 7 8 8 9 9 9 10 102 工藝流程 11 11 12 13 14 22 23 23 24 24 253 物料衡算 26 設(shè)計(jì)要求： 26 26 26 26 29 29 29[23]（標(biāo)況下） 29 294 主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 38 38 38 40 41 44 45 45 46 475 車間布置 48 49 49 49 52 裝置的組成部分 53 布置方案 53本設(shè)計(jì)完成了年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)，介紹了硫酸生產(chǎn)的主要方法和成熟的工藝流程。經(jīng)分析，設(shè)計(jì)技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。硫酸工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步，大大改變了我國硫酸工業(yè)的技術(shù)狀況[1]?？傊?，這些工業(yè)部門生產(chǎn)大型化帶動(dòng)了硫酸工程的大型化[3]。硫鐵礦制酸技術(shù)復(fù)雜，裝置建設(shè)投資較高，再加上礦山的勘探、采選和建設(shè)等的投資，發(fā)展硫鐵礦制酸的總投入較大。吸水性與脫水性有很大的不同：吸收原來就有游離態(tài)的水分子，水分子不能被束縛。然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，迅速攪拌。Cu+2H2SO4(濃) CuSO4+SO2↑+2H2O 2Fe+6H2SO4(濃) Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在上述反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。加熱純硫酸時(shí)，沸點(diǎn)290176。 （5）加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。此屬于一般的變化規(guī)律。、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。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。上述的加熱濃縮稀硫酸及加熱蒸發(fā)游離SO3，相應(yīng)的氣相成分以H2O和SO2為主。拿我國的情況看，年硫鐵礦制酸，硫磺制酸僅幾十萬噸年礦制酸減少到，硫磺制酸升至其中礦制酸改為硫磺制酸的量凈增加了世界硫的消費(fèi)，而其余增加的硫磺制酸大部分用于增產(chǎn)磷肥，并且主要是以產(chǎn)抵進(jìn)，這樣就減少了國外磷肥的生產(chǎn)，即減少了國外硫的消費(fèi)量。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)步增長不但對(duì)國家經(jīng)濟(jì)安全有利，而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場(chǎng)，反過來對(duì)我國進(jìn)口硫磺有利，總體上對(duì)我國硫酸工業(yè)的長期發(fā)展有利。我國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，回收這部分硫的開發(fā)研究和工業(yè)化應(yīng)該加緊進(jìn)行。該法具有設(shè)備少、熱能利用好、二氧化硫排放量低等特點(diǎn)。受二氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率的限制，無論是以硫磺還是硫鐵礦和冶煉煙氣為原料，尾氣中必定含有一定量的二氧化硫。燃燒的空氣是由鼓風(fēng)機(jī)送入硫酸干燥塔，再經(jīng)過除沫后送至焚硫爐和轉(zhuǎn)化器。為節(jié)約用地，過濾槽、助濾槽和中間槽可以采用方形平底結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，將葉片式過濾器布置在平臺(tái)上，下部留有足夠空間，以方便出渣和液硫排放。4 —轉(zhuǎn)化器。式中： P（）—— 二氧化硫的平衡分壓； P（）——三氧化硫的平衡分壓； P（）——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 ——?dú)怏w總壓力（大氣壓atm）。采用平均溫度為500℃，轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，計(jì)算的二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系如表21所示：表21 二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系SO2濃度 %λSO2濃度 %λSO2濃度 %λ 2 59 6 173 10 278 3 88 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 13 506 把λ值代入即可計(jì)算出一定的二氧化硫濃度和一定的轉(zhuǎn)化率下，絕熱反應(yīng)過程中它溫度升高值。，以盡量減少觸媒用量，或在一定量的觸媒下能獲得最大的生產(chǎn)能力。我們要在較低的溫度下以較高的反應(yīng)速度進(jìn)行，同時(shí)有較高的轉(zhuǎn)化率。對(duì)SO2進(jìn)氣濃度的選擇，我們應(yīng)綜合考慮。表25 原料氣組成不變(a=)時(shí)優(yōu)化結(jié)果ti1ti xi588 564 501519 461 451 根據(jù)以上情況和理由，%，%，%左右。當(dāng)然這項(xiàng)工作應(yīng)該是經(jīng)常性的，這樣才能使反應(yīng)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的操作狀態(tài)。s； D——SO2的有效擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s； ξ——內(nèi)擴(kuò)散效率因子； λ——床層絕熱溫升； τi——i段床層的空時(shí)，s。其他各段不用冷激氣，Vi=ViV0 這樣在調(diào)整操作條件時(shí)，y值變化情況存在比較性。因?yàn)槭剑?5）中反應(yīng)速率是以正反應(yīng)速率的形式表示的。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。溶滴酸霧很難完全分離，通常隨尾氣帶走或排入大氣。濃硫酸吸收三氧化硫氣體一般在塔設(shè)備中進(jìn)行。吸收SO3的硫酸從塔底引出時(shí)，其濃度可以提高了。酸泵的使用壽命的影響因素有：一是硫酸對(duì)酸泵金屬材料的腐蝕，二是硫酸粘度對(duì)酸泵運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)系，而這兩個(gè)關(guān)系與酸溫有直接的影響和聯(lián)系。爐水從汽包引出，沿下降管流人鍋殼，經(jīng)鍋殼中的列管加熱后產(chǎn)生汽水混合物，再由鍋殼頂部上升管送回汽包，經(jīng)汽水分離后的爐水繼續(xù)循環(huán)，飽和蒸汽則從汽包頂部引出，先后經(jīng)低溫過熱器和高溫過熱器加熱到450℃后送往用戶。低溫位熱能回收技術(shù)在國際上已開發(fā)應(yīng)用多年。就我國目前的技術(shù)水平和制造水平，開發(fā)我國自己的HRS技術(shù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。現(xiàn)在通過這些數(shù)據(jù)計(jì)算各段物料組成[22]。一段轉(zhuǎn)化率為60%，二段轉(zhuǎn)化率為80%，三段轉(zhuǎn)化率為96%，%，%。K) 溫度A（）B（）140℃②各物質(zhì)的： J J J其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。（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310 物質(zhì)的Cp值一覽表 單位：J / (mol為使硫磺和空氣的接觸良好在2～3個(gè)地方用耐火磚砌半圓形的擋墻。一般規(guī)律是，小型爐子能力偏小，大型爐子能力偏大。轉(zhuǎn)化塔是SO2實(shí)施氧化反應(yīng)并保證SO2排放達(dá)標(biāo)的關(guān)鍵設(shè)備。積木式轉(zhuǎn)化塔采用立柱和樁柱支撐催化劑格柵和隔板的部分重量，在催化劑裝填部位的筒體內(nèi)表面襯砌粘土質(zhì)隔熱磚，結(jié)構(gòu)簡單。中心筒式轉(zhuǎn)化塔中各段催化劑層設(shè)在用耐熱瓷球找平的弧形床層板上，催化劑和瓷球之間用一層不銹鋼絲網(wǎng)隔開。一般采用高鋁質(zhì)耐酸瓷填料支承結(jié)構(gòu)，有的采用大跨度、高開孔率的耐酸高鋁瓷條梁，也有的采用高開孔率的瓷球拱。分酸器制造完成后，在制造廠內(nèi)要進(jìn)行水噴淋試驗(yàn)。換熱器殼體采用低合金鋼和碳鋼制作殼程部分采用擴(kuò)大型管口并加氣體導(dǎo)流板以使氣流分布均勻。在器底打一層50～80mm厚的耐火磚或灰綠巖酸泥?！? =℃=(15)= m2(2)外換熱器傳熱面積的計(jì)算1) 二至三段換熱面積計(jì)算傳熱系數(shù)取 k=12kcal/Nm2℃ = =(12)=空氣鼓風(fēng)機(jī)是硫磺制酸裝置最為關(guān)鍵的設(shè)備，其運(yùn)行的好壞直接影響到整個(gè)裝里的穩(wěn)定性和可靠性，是裝置開車率最重要的保證。蒸汽驅(qū)動(dòng)是采用背壓式蒸汽透平直接驅(qū)動(dòng)鼓風(fēng)機(jī)，汽源為硫酸裝置副產(chǎn)的中壓過熱燕汽。廢熱鍋爐是硫酸裝置重要的設(shè)備之一，開車不順利的硫酸裝置多數(shù)是因?yàn)殄仩t故障，而好的鍋爐則是硫酸裝置長期安全運(yùn)行的前提條件。帶單汽包的鍋殼式廢熱鍋爐，汽包由下降管和上升管與鍋殼連接，并支承在鍋殼上。另外，前管板上涂敷鋯質(zhì)磷酸鹽可塑料以降低管板溫度。硫磺制酸裝置的高溫過熱器有臥式懸吊管內(nèi)襯結(jié)構(gòu)和立式內(nèi)支撐不銹鋼結(jié)構(gòu)。低溫過熱器的結(jié)構(gòu)形式同立式高溫過熱器，為爐氣橫向沖刷受熱面，換熱管采用螺旋翅片管強(qiáng)化