【正文】 3) 特殊化學品的物性，如沸點、熔點、飽和蒸汽壓、閃點等。硫磺燃燒發(fā)生在焚硫爐中，本設(shè)計選擇 RGibbs 反應(yīng)器模擬焚硫爐。此外，亨利定律用于計算 SO2， O2， N2 在硫酸中的氣體溶解度。 （ 2）干空氣量 FAir 已知焚硫爐出口 SO2 的濃度為 %， SO3 為 %，可由式 41 計算工藝所第四章 流程計算與模擬 需的干空氣進料量。為防止硫磺燃燒不完全，設(shè)有二次風，用于補充氧量和調(diào)節(jié)爐溫，促使反應(yīng)完全，不致產(chǎn)生升華硫。 1986 年Lurgi 公司開發(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)并進行了中試，其磷石膏分解率達 99%。 工藝路線選擇 工藝路線選擇原則 ? 原料來源的可靠性。 （ 2）設(shè)計考慮的內(nèi)部約束條件： 1）生產(chǎn)技術(shù)：技術(shù)軟硬件的來源、技術(shù)成熟程度、價格和使用條件； 2）材料： 原材料、建筑材料、關(guān)鍵設(shè)備等供應(yīng)的難易； 3）時間：允許和需要的設(shè)計時間； 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。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]。 第一章 文獻綜述 廢熱回收 在硫磺制酸過程中，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。 轉(zhuǎn)化工段平 轉(zhuǎn)化工段的任務(wù)是將 SO2轉(zhuǎn)化成 SO3，由焚硫爐出來的含有 SO2的高溫氣體，首先進入廢熱鍋爐回收熱量，溫度降低后進入轉(zhuǎn)化器，在催化劑上反應(yīng)生成 SO3。 21世紀的這十年中，特別是我國的硫酸工業(yè)更是發(fā)展迅速，硫酸產(chǎn)量不斷提高。至 2021 年我國硫磺制酸產(chǎn)能已達到 38000kt/a，產(chǎn)量為 32980kt/a， 2021— 2021 年硫磺制酸產(chǎn)能、產(chǎn)量年均增長率分別為 %， %。 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 ）。 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 %。預(yù)計到“十二五”末期我國硫磺制酸產(chǎn)能將達到 47000~50000kt/a，產(chǎn)量約 40000kt/a[7]。隨著全球?qū)α蛩嵝枨罅康牟粩嘣黾樱蛩岙a(chǎn)品會有更廣的市場前景。 自從 20 世紀 60 年代以來，硫酸生產(chǎn)中 SO2轉(zhuǎn)化工藝的技術(shù)進步是采用兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收工藝，簡稱兩轉(zhuǎn)兩吸。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。 論文 設(shè)計項目內(nèi)容 與 意義 本文 設(shè)計項目 為 300 kt/a 硫磺制酸裝置 ，原料為揚子石化 等 裝置回收下來的液體硫磺。 項目建設(shè)意義 作為重要的無機基礎(chǔ)化工原料，自其工業(yè)化生產(chǎn)以來，其生產(chǎn)工藝不斷改善和提高，產(chǎn)量更是迅速增長。化工生產(chǎn)過程大部分是連續(xù)的生產(chǎn)過程，原料數(shù)量及 質(zhì) 量的穩(wěn)定可靠地供應(yīng)是進行正常生產(chǎn)的基本條件。之后國內(nèi)外均在磷石膏生產(chǎn)硫酸的技術(shù)上有所發(fā)展。爐膛內(nèi)操作溫度控制在 1000℃左右。該式計算的是燃燒 1t 硫磺所需的干空氣量。 IDEAL 用于計算反應(yīng)單元和換熱單元中氣相的物性。 RGibbs 反應(yīng)器根據(jù)系統(tǒng)的 Gibbs自由能趨于最小值的原則，計算同時達到化學平衡和相平衡時的系統(tǒng)組成和相分布。 衡算方法 物料衡算是根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用某進出化工過程中某些已知物流的流量和組成，通過建立有關(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程。 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，加入分離劑的配比。 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 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 硫磺燃燒機理比較復雜，是一個連鎖反應(yīng)，過程中產(chǎn)生低級硫氧化物（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。 ELECNRTL 利用 ElectrolyteNRTL 活度系數(shù)方程計算非理想電解質(zhì)溶液的物性。 圖 30 萬噸 /年硫磺制酸工藝流程簡圖 Fig Process flow diagram of 300kt/a sulfuric acid from sulfuric 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 17 第四章 流程計算 與模擬 基礎(chǔ) 數(shù)據(jù)計算 已知 基礎(chǔ) 文獻 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，塔后風機 （ 4）當?shù)卮髿鉁囟龋?28℃ （ 5）當?shù)卮髿鈮海? （ 6）當?shù)啬昶骄鄬穸龋?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)化各段進口溫度： 420℃、 455℃、 440℃、 420℃、 420℃ （ 13）吸收率： ％ 基礎(chǔ)數(shù)據(jù)計算 （ 1）液硫進料量 Fs（ kg/h） 根據(jù)產(chǎn)品規(guī)模 900 噸 /天（折 100%硫酸計）， SO2最終轉(zhuǎn)化率為 %， SO3總的吸收率 為 %，可計算出液硫進料量為： (41) 所得結(jié)果與南化公司提供的實際生產(chǎn)數(shù)據(jù) 12277kg/h 相當一致，這里取南化公司提供的數(shù)據(jù)。焚硫爐內(nèi)設(shè)置三道擋墻，以強化硫磺與空氣的混合和確保停留時間。 1969年 Linz 化學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]。 生產(chǎn)規(guī)模 本文設(shè)計 30 萬噸 /年硫磺制酸裝置以滿足各個行業(yè)日益增長的需求，同時緩解我國過去以硫鐵礦制酸帶來的環(huán)境和產(chǎn)量的壓力。 環(huán)境保護條例 （ 1）地面水環(huán)境質(zhì)量標準 GB383888 （ 2）大氣環(huán)境質(zhì)量標準 GB309582 （ 3）城市區(qū)域環(huán)境噪聲標準 GB309682 （ 4）污水綜合排放標準 GB897888 南京工業(yè)大學本科生畢業(yè)設(shè)計 9 （ 5）工業(yè)“三廢”排放試行標準 GBJ473 （ 6）鍋爐煙塵排放標準 GB384183 約束條件 （ 1）設(shè)計考慮的外部約束條件： 1）政府制定的各種法律、規(guī)定和要求； 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）各種必須遵循的標準和規(guī)范； 7）經(jīng)濟要求，經(jīng)濟可行。該系統(tǒng)主要由 HRS 熱回收塔、 HRS 酸循環(huán)泵、 HRS 鍋爐及 HRS稀釋器 4 臺設(shè)備組成。南化公司硫磺制酸裝置采用的是三塔兩槽循環(huán)流程，其中干燥塔單獨一槽，兩個吸收塔共槽。由于焚硫爐出口至廢熱鍋爐的氣體的溫度很高（可達到 1100℃左右），該管道一般采用碳鋼襯磚結(jié)構(gòu)，施工難度大，因此焚硫爐和廢熱鍋爐應(yīng)盡量靠近以縮短該管道的長度。 綜上，我們看以看到，硫酸工業(yè)自誕生以來，其規(guī)模就一直快速發(fā)展。 但是， 20 世紀 90 年代以后，隨著我國有色冶煉行業(yè)的發(fā)展，以及國際硫磺價格的下降和環(huán)保要求的日益嚴格，我國硫酸生產(chǎn)的原料結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，硫磺制酸和冶煉煙氣制酸的比例逐漸提高，硫鐵礦制酸的產(chǎn)量雖然下降不大，但其所占比例已越來越小，由 20 世紀七八十年代的 80%～ 90%，到 2021 年降到50%以下。 burning sulfur furnace 目錄 摘要 ................................................................................................. I Abstract ....................................................................................... III 第一章 文獻綜述 ........................................................................... 1 硫酸簡介 ................................................................................................. 1 國內(nèi)外硫酸工業(yè)概況 ............................................................................. 1 硫酸市場分析 ......................................................................................... 2 硫磺制酸 ................................................................................................. 3 硫磺制酸的工藝流程 .................................................................. 3 焚硫工段 ...................................................................................... 3 轉(zhuǎn)化工段平 .................................................................................. 4 干吸工段 ....................................................................................... 5 廢熱回收 ...................................................................................... 6 第二章 總論 ................................................................................... 8 項目概述 ................................................................................................. 8 設(shè)計依據(jù) ................................................................................................. 8 設(shè)計原則 ................................................................................................. 8 環(huán)境保護條例 .............................................................................. 8 約束條件 ...................................................................................... 9 項目建設(shè)意義 ......................................................................................... 9 原料及產(chǎn)品方案 ................................................................................... 10 主要物料規(guī)格及消耗 ........................................................................... 10 主要危險品性質(zhì) ................................................................................... 1