【正文】 “ 2+1”三段轉(zhuǎn)化、 “ 2+2”和“ 3+1” 四段轉(zhuǎn)化、 “ 3+2”五段轉(zhuǎn)化流程。與傳統(tǒng)的折流板 (開孔率為 30% ) 支承相比較 , 阻力小 , 沒有氣流死角 , 不容易產(chǎn)生折流面 上的氣塵堆積 , 提高了換熱器的利用率 , 提高了產(chǎn)量 , 降低了噸酸能耗；采用殼側(cè)圓周環(huán)向進出氣體的分布方式 ,使氣體在換熱器中的分布更為均勻。 最新研制開發(fā)的 SH 型寬溫抗毒 SO1 氧化制硫酸催化劑，是一種無毒、無污染、高性能的制 酸催化劑，具有起燃溫度低，壽命長，使用阻力小，節(jié)能降耗等特點，特別適用于大型制酸企業(yè)， 其性能達到了國際先進水平 。 硝化法又包括鉛室法和塔式法，它們均是以氮氧化物為媒介，使二氧化硫在氧氣及水存在的情 況下生成硫酸。在農(nóng)藥、除草劑、殺鼠劑的生產(chǎn)中亦需要硫酸。 1. 總論 概述 硫酸的性質(zhì) 硫酸是三氧化硫（ SO3） 和水（ H2O）化合而成。純硫酸一般為無色透 明的油狀液體，分子量為 。 在火、炸藥及國防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、硝化纖維、三硝基甲苯等炸藥。 接觸法制酸的生產(chǎn)過程包含以下三個基本工序： 第一、 由含硫原料制取含二氧化硫氣體。丹麥 TOPSE 公司于 1996 年開發(fā) VK69 新型含銫催化劑，該催化劑改進了載體，使用新型粘合劑，提高了催化劑的孔 隙率；外形采用菊形，同一直徑下比表面積比環(huán)形大約 倍；催化劑中 V2O5 含量提高 25%，銫 的存在保證了釩活性 。 [7] [9] [6] 1. 3 設(shè)計任務(wù)的依據(jù) 本選題是由指導(dǎo)老師根據(jù)畢業(yè)設(shè)計的要求，結(jié)合我們在甘河工業(yè)園區(qū)青海珠峰鋅業(yè)公司實習(xí)的 情況下，選擇針對高海拔地區(qū)的自然條件和氣候 ,進行硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝的初步設(shè)計而選定的 。對于“ 2+1”三段轉(zhuǎn)化的流程的一次轉(zhuǎn)化分二段進行，而二次轉(zhuǎn)化 分一段進行，由于該流程所達到的轉(zhuǎn)化率較低，國內(nèi)一般都不采用。 已知：硫鐵礦焙燒爐出口氣體組成： SO2： 12%， SO3： %，其余為 N2 ﹑ O2﹑ H2O 凈化收率： %，吸收率： %，總轉(zhuǎn)化率： % 每年的工作日是 300 天，二氧化硫 的進口濃度為 %，則 n H 2 SO4 = 3 10 7 n SO2 + n SO3 凈化前： 1 1 1 = kmol h 98 300 24 1 1 1 = = kmol h 12 = kmol h 12 + n SO2 = n SO3 = ? = kmol h 凈化后： n SO2 = n SO3 = 0 氣體總流量： 1 1 = kmol h n總 = = kmol h 8 .3 % 硫鐵礦焙燒的反應(yīng)方程式為： 4 Fe S 2 + 11O2 = 2 Fe O3 + 8SO2 理論耗氧量： nO2 = 實際耗氧量： 化工學(xué)院化學(xué)工程系 11 = kmol h 8 11 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計 1 11 ? nO2 = ? + ? + = kmol h ?2 8 ? 西寧地區(qū)空氣中的 O2 含量為 %， N2 的含量為 % 實際耗氧所對應(yīng)的 N2 量： n N2 = 設(shè)未反應(yīng)的 O2 量為 nO2剩余 ： = kmol h + no2 剩余 解得： 100% = % + n + O2剩余 nO2剩余 = kmol h ； n N 2總 = (1 + 因此進口氣體的組成為： ) = kmol h = % ； N2 yO2 = = % ； y y = so2 = 8 .3 % 催化劑的選擇 目前大多數(shù)廠家所使用的催化劑均為以五氧化二釩為活性組分的釩催化劑，中國生產(chǎn)的釩催 化劑主要有 S10 S10 S10 S10 S10 S109 等型號。當(dāng)二 ?X 0 , i ?X i 段進口狀態(tài)點確定后，用第二類條件式 τ 0 , i = 0 確定二段出口狀態(tài)點。 C 由 X ? t e 平衡曲線查得： .8176。 2 進口物料的焓： H 1 = ∑ ni C pi ?t = ( + + + ) (0 ? 446) = ? H R ?n SO3 ? 10 3 ( ? ) = ? 1 反應(yīng)的焓： H 2 = ν so3 = 三段出口溫度為 460℃， 由文獻 [3]查得 0~460℃時 SO 2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol℃ )： 0～ 140℃ SO2： SO3： SO3： O2： O2： N2： N2： 0～ ℃ SO2： Q 4換 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) ( 0) ( + + + ) (140 0) = = kJ 24 化工學(xué)院化學(xué)工程系 換熱流程的確定 根據(jù)上述計算所得換熱器的換熱量和 氣體的需熱量如下表所示： 表 8 換熱量和需熱量 項目 換熱器Ⅰ 換熱器Ⅱ 換熱器Ⅲ 換熱器Ⅳ 換熱量 kJ kJ kJ kJ kJ 需熱量 kJ 換熱流程的確定應(yīng)滿足以下要求 : ∑ Q 放≥∑ Q 需 +∑ Q 損 ∑ Qi 換≥∑ Qi 需 ∑ Qj 換 ≥∑ Qj 需 式中 :i,j 為換熱器的編號 ,下標(biāo) 1,2 分別表示一轉(zhuǎn)和二轉(zhuǎn) . 根據(jù)表格中換熱量和需熱量的數(shù)據(jù)，并 且根據(jù)上述換熱流程的確定條件，本轉(zhuǎn)化工序所能采用的換 熱器的組合方式是ⅢⅠ — ⅣⅡ方式?！?)： 0～ 142℃ SO2： SO3： O2： N2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ? ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q 熱 故去二吸的溫度為 141℃ . 根據(jù)上述計算，確定的換熱流程如下圖所示： ,解得 :t=142℃ 28 化工學(xué)院化學(xué)工程系 418176。 C 去一吸 ⅢⅠ ⅣⅡ流程 176。 C SO2 + O2 ???→ SO3 C ?2 0176。 C ) ?t m 總換熱面積為： ∑ KA = 97550kJ /(h ? 176。 C 415176?！?)： 0～ 340℃ 0～422℃ 冷流體的熱量 : SO2： SO3： O2： N2： N2： SO2： SO3： O2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (422 0) ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 解得 :t=349℃ 設(shè)冷流體進口溫度為 349℃ , 由文獻 [3]查該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 60℃ 0～422℃ SO2： SO2： SO3： SO3： O2： O2： N2： N2： Q 2需 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (422 0) ( + + + ) (60 0) = 5747057772 . 1 = 4963280575 kJ . 換熱量的計算 第一換熱器的換熱量 進出口氣體中各組分的量 : SO2： SO3 ： kmol O2： N2： 換熱器的進口溫度為 ℃，出口溫度為 477℃（計入熱損失 5℃） ， 由文獻 [3]查得各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol C ? 第三段進口溫度取 446℃，對第三段作熱量衡算： 由文獻 [3]查得 0~446℃時 SO SO N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol C SO2 + O2 ??→ SO3 t 2 ?H 1 ?H 3 ↓ ↑ 1 H 0176。 氣體常數(shù)， 。出第一吸收塔的氣體，溫度為 60℃，經(jīng)第Ⅳ 和第Ⅱ換熱器的熱交換后，將溫度加熱到 415℃后，進入第四段床層進行第二次轉(zhuǎn)化反應(yīng)（這部分 氣體的溫度較低，因為在低溫下 S107 型催化劑的活性比較高，轉(zhuǎn)化所能達到的轉(zhuǎn)化率也比較高，從 而節(jié)省了換熱面積，故設(shè)計在第四段床層選用 S107 催化劑進行二氧化硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)） ，當(dāng)二轉(zhuǎn)分轉(zhuǎn) 化率為 95%（總化率 %） ，溫度為 ℃后進入第Ⅳ換熱器 中與自一吸來的氣體進行熱交換后 在 142℃下送入第二吸收塔進行第二次吸收，從而完成兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收的工藝。因此“一轉(zhuǎn)一吸”流程已逐漸被淘汰，而兩轉(zhuǎn)兩吸 逐漸被采用。加 工后的鋼材組織細(xì)化，抗氧化、抗腐蝕性能提高，壽命延長，且在低溫?fù)Q熱器 (如 4 換 )迎風(fēng)面 設(shè)置了不銹鋼護板，同時設(shè)計了冷凝酸的排出裝置 , 有效地保護了設(shè)備 , 較好地解決了低溫?fù)Q熱 器耐酸腐蝕的問題采用大空隙、低流 阻的空心環(huán)支撐傳熱管束 , 用以提高近壁流體傳熱滯流底層 的湍流強度 , 促進界面上的對流傳熱 , 降低傳熱熱阻 , 達到充分發(fā)揮強化管的傳熱強化作用 , 從 而有效地避免了各類殼程支承物對流體形成阻力大的不利影響 , 在低流阻條件下獲得高的傳熱性 能。轉(zhuǎn)化工藝在中國的情況如表 2 所示 ： [5] 表 2 轉(zhuǎn)化工藝的發(fā)展情況 年份 1949 年以前 化工學(xué)院化學(xué)工程系 轉(zhuǎn)化器形式 一次二段 SO2 氣濃 % 6～ 7 轉(zhuǎn)化率 % ～ 92 生產(chǎn)能力 t/d ～ 100 3 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計 1953 年 1958 年 1963 年 1964 年 1965 年 1966 年 1972 年 1981 年 1988 年 1989 年 一次三段 一次四段 一次四段（爐氣冷激） ～ 7～ 8 7～ 8 94～ 96 96～ 97 95～ 96 95～ 97 96～ 97 98～ 99 98～ 99 99～ 99～ ～ ～ 200 120～ 150 ～ 200 ～ 300 ～ 400 ～ 15～ 2 28 240 120～ 150 600 60 一次五段（爐氣冷激） ～ 一次五段（空氣冷激） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次四段（ 3+1） 兩次五段（ 3+2） 8～ 9 ～ 9 ～ 9 8 9 國內(nèi)外硫酸轉(zhuǎn)化催化劑的現(xiàn)狀和發(fā)展趨勢 硫酸生產(chǎn)的催化劑經(jīng)歷了從鐵催化劑、鉑催化劑到釩催化劑的發(fā)展過程，目前世界上硫酸生 產(chǎn)都使用釩催化劑，中國生產(chǎn)的釩催化劑主要有 S10 S10 S10 S10 S109 等型號，國外也 形成了以美國孟山都化學(xué)環(huán)保公司、丹麥托普索公司等為主的 LP 系列和 VK 系列催化劑 。 根據(jù)制酸原料不同，又可把接觸法分 成：硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫酸鹽制酸及含 硫廢液制酸。 在化學(xué)工業(yè)中，硫酸是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料，是塑料、人造纖維、染料、油漆、藥物等 生產(chǎn)中不可缺少的原料。建議您優(yōu)先選擇 TXT，或下載源文件到本機查看。硫酸分為發(fā)煙硫酸、濃硫酸和稀硫酸，硫酸中不含水而存在游離 S03 時成為發(fā)煙硫酸，當(dāng)硫酸水溶液中硫酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥ 75%的硫酸叫做濃硫酸，而把硫酸質(zhì)量百分 數(shù)在 75%以下的硫酸水溶液叫做稀硫酸 。原子能 工業(yè)中用于濃縮鈾。 實現(xiàn)這一過程需將含硫原料焙燒， 故工業(yè)上稱 之為 “焙 燒” 。 [4] [4] [4] 國內(nèi)外硫酸轉(zhuǎn)化新工藝的發(fā)展 [4] PEA(Process Engineering Associates)公司推出了一種兩段式 硫酸生產(chǎn)工藝，其特