【正文】 高 SO2的最終轉化率，使之達到 %，就符合目 前的排放標準。 （ 5）控制 SO2 排放的其他方法 這類方法主要有稀釋法， CIL 法，調節(jié)供氣法等。在我國，由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切關系，硫酸工業(yè)在我國國民生計中占有舉足輕重的地位，一直是個備受關注的行業(yè)。 入塔酸濃度： 93% H2SO4，比重： ，溫度： 50C? ，酸量： X m3/h，出塔酸濃度： % 干燥塔吸水量 ==由物料平衡得 %)1 4 7 3 . 4 (% ???????? XX 解得 X= /hm3 采用 180 3m/h 的酸泵 干燥塔循環(huán)酸槽物料衡算結果見下表。 K)。 （ 4） 98% H2SO4濃縮為 % H2SO4的濃縮熱 Q4 ? ? hkJQ / 49 27 83 684 ?????? 式中： 及 分別為 98%及 99% H2SO4 的積分稀釋熱 OHkgkJ2/。 表 最終吸收塔物料平衡表 進物料 kg/h 出物料 kg/h 98% H2SO4 % H2SO4 進塔 SO3氣體 出塔 SO3氣體 ∑ ∑ 吸收循環(huán)槽物料衡算 吸收循環(huán)槽物料衡算結果見下表。1 ????? 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 ` 20 ??n k m olkJQ /14 6 9918 6 8 17 8 39。 轉化率及吸收率 一次轉化率 92%； 二次轉化率 99%； 吸收率 99%。 二吸系統(tǒng)流程說明 二次轉化爐來的轉化氣進入第二吸收塔底，與下降的吸收酸形成逆流，其中 SO3 基本被吸收完全，則 SO3的利用率可達 %。 （ 4）活性炭法 活性炭通常具有較大的內表面積，是一種良好的吸收劑。要求生產發(fā)煙硫酸時，可采用兩端吸收流程。一次轉化一次吸收工藝可能達到的最佳最終轉化率是 ～ 98%如果要得到更高的轉化率，將使所需的催化劑用量大幅度增加，這是不經濟的，而且還受到平衡轉化率的限制。此外，硫鐵礦中所含的砷，硒，氟等雜質，分別以不同的形式進入到爐氣中，其中的一部分或大部分隨爐氣帶入凈化系統(tǒng)。塔式法制出的硫酸濃度可達 76%左右，目前，我國仍有少數工廠用塔式法生產硫酸。 接觸法制造硫酸 現代硫酸生產常用的兩次轉化工藝，是使經過兩層或三層催化劑的氣體，先進入中間吸收塔，吸收掉生成的三氧化 硫，余氣再次加熱后 ,通過后面的催化劑層 ,進行第二次轉化，然后進入最終吸收塔再次吸收。主要的有硝化棉 、三硝基甲苯 (TNT)、 硝化甘油 、苦味酸等。 對解決人民“穿”與“用”等問題所起的作用 用于化學纖維的生產為人民所熟悉的粘膠絲，它需要使用硫酸、硫酸鋅、硫酸鈉的混合液作為粘膠抽絲的凝固浴。在高 pH 值的石灰質土壤上施用硫酸，可使植物更加健壯，收成增加。 H2S + H2SO4(濃 ) = S↓ + SO2↑ + 2H2O 2HBr + H2SO4(濃 ) = Br2↑ + SO2↑ + 2H2O 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 3 2HI + H2SO4(濃 ) = I2↑ + SO2↑ + 2H2O 硫酸的工業(yè)用途 總括 硫酸是基本化學工業(yè)中重要產品之一。但純硫酸達成這種反應平衡所需要的時間則比以上兩者快得多，差不多是即時性的。 計算中對主要工序進了物料衡算，熱量衡算，并據此繪制物料平衡表和熱量平衡表。本次設計涉及的主要設備有干燥塔，吸收塔，換熱器，填料塔等。 純硫酸是一種非常極性的液體，其介電系數大約為 100。 Cu + 2H2SO4(濃 ) ???? CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 2Fe + 6H2SO4(濃 ) = Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O ② 跟非金屬反應 熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為 SO2。這些鈣、鎂鹽然后取代可交換的鈉鹽，鈉鹽隨后用水浸洗除去。 10H2O)、磷酸三鈉、磷酸氫二鈉、硫酸鉛、硫酸鋅、 硫酸銅 、硫酸亞鐵以及其他硫酸鹽的制備都要用硫酸。此外，許多抗生素的制備，常用藥物如 阿斯匹林 、 咖啡因 、 維生素 B B12及維生素 C、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的制備，無不需用硫酸。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關鍵，但是，這一反應在通常情況下很難進行。由于這個方法所需設備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設備，反應緩慢，成品且為稀硫酸，所以，這個方法后來逐漸地被淘汰。但現今采用最多的還是硫鐵礦與硫磺的燃燒這兩種方式。按照換熱方式不同，轉化器可以分為多段換熱式和連續(xù)換熱式兩類。 SO3氣體的吸收 氣體中的二氧化硫經催化氧化形成三氧化硫后，即送入到吸收系統(tǒng)用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸收，形成不同規(guī)格的產品硫酸。其中，石灰乳吸收法的突出優(yōu)點是石灰來源方便，價格低廉，投資和操作費用較低。吸收了 SO3 的酸被引入酸循環(huán)槽。相關計算過程見第 3 章。39。 表 中間吸收塔物料平衡表 進物料 kg/h 出物料 kg/h 98% H2SO4 % H2SO4 進塔 SO3氣體 出塔 SO3氣體 ∑ ∑ 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 ` 25 最終吸收塔物料衡算 （ 1）進塔氣體成分 ? ?? ?hk m o lNhk m lOhk m o lSOhk m o lSO/:/2:/:/:2232???????? 進最終吸收塔氣體成分見下表。 hkJqqqqQ / 2 0 6 2 6 143215 ????? 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 ` 28 （ 6）出塔酸帶出熱 Q6 543216 ????? hkJ / 4 4 6 1 0 1 6 2 0 6 2 6 8 4 9 2 7 51 1 0 8 0 5 4 3 4 8 1 8 0 9 5 4 2 0 7? ????? （ 7）出塔酸溫 出塔酸熱焓 kgkJI / ?? ，查表 ，然后通過內插法得出塔酸溫為79℃。 ③混合熱 Q3 由 % H2SO % H2SO4兩種濃度的硫酸，混合成 93% H2SO4。 hkJqqqqQ / ????? ②水的冷凝熱 Q2 水在 40℃時冷凝熱為 2406kJ/kg hkJQ / 4 7 3 . 4 42 ??? ③入塔酸帶入熱 Q3 50℃ 93% H2SO4的熱焓 I1= hkJQ / 1 4 5 8 7 8 0 0 07 9 7 ????? ④ 93%酸稀釋熱 Q4 039。從技術方面來看，其工藝設計、設備制造、催化劑性能、廢熱回收率等與國外先進水平仍有一定的差距。酸循環(huán)液由酸泵打出，一部分引入酸冷卻排管，經冷卻后作為噴淋酸，一部分串入吸收工段的酸循環(huán)槽。但是，在早期建成的硫酸裝置中，絕大多數為一轉一吸流程，對尾氣及含低濃度 SO2 氣體的處理方法甚多，且各具特色，主要有： 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 11 （ 1）氨法 用氨水或銨鹽溶液吸收形成亞硫酸銨 — 亞硫酸氫銨吸收液。 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 10 （ 3）沸騰轉化 傳統(tǒng)上，二氧化硫的催化氧化過程都是采用固定床轉化器。目前普遍采用的是濕法凈化。 ③ 氮氧化物的回收。目前可作為制造硫酸原料的含硫資源除硫磺外，主要有：硫鐵礦、硫精砂（尾砂）、有色金屬冶煉氣、焦爐氣、天然氣、石油氣中的硫化氫也可作為制取二氧化硫氣體的原料 [6]。 硫酸的生產方法 生產硫酸最古老的方法是用綠礬（ FeSO4所以有些染料廠就設有硫酸車間，以配合需要。在黑色冶金企業(yè)部門里，需要酸洗的鋼材一般約占鋼總產量的 5%～ 6%，而每噸鋼材的酸洗，約消費 98%的硫酸 30kg～ 50kg。最普通的殺蟲劑，如 1059 乳劑 (45%)和1605 乳劑 (45%)的生產都需用 硫酸。 10H2O）中的水。無水硫酸就是指的 100%的硫酸（又稱純硫酸）。武漢工程大學本科畢業(yè)設計 I 摘 要 硫酸是重要的基礎化工原料之一，是化學工業(yè)中最重要的產品 ,廣泛用于各個工業(yè)部門。化學上一般把一個分子的三氧化硫與一個分子的水相結合的物質稱為無水硫酸。 5H2O、 Na2CO3 用于農藥的生產許多農藥都要以硫酸為原料如硫酸銅、硫酸鋅可作植物的殺菌劑，硫酸鉈可作殺鼠劑，硫酸亞鐵、硫酸銅可作除莠劑。在某些金屬機械加工過程中，例如鍍鎳、鍍鉻等金屬制件，也需用硫酸來洗凈表面的銹。偶氮染料中間體的制備需要進行磺化反應，苯胺染料中間體的制備需要進行硝化反應，兩者都需使用大量濃硫酸或發(fā)煙硫酸。由此可見，硫酸與國防工業(yè)和尖端科學技術都有著密切的關系。這便是接觸法制造硫酸名稱的由來。目的在于使其變?yōu)楦呒壍牡趸铮⒃俅螀⑴c二氧化硫的氧武漢工程大學本科畢業(yè)設計 8 化反應。爐氣的凈化可用干法或濕法進行。根據設計要求及工藝條件，本次設計擬采用兩轉兩吸工藝。故在新建的硫酸廠中，這種流程以得到廣泛的采用。噴淋酸由于吸水放熱，酸溫上升。雖然我國硫酸工業(yè)取得了令人矚目的成就，但是，我國只是一個硫酸生產大國，而不是硫酸生產強國。 K)。 表 硫酸的熱含量表 硫酸濃度 %（質量） 熱含量 kJ/kg 40℃ 60℃ 80℃ 92 93 武漢工程大學本科畢業(yè)設計 ` 21 98 99 （ 2）干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算 ①從干燥塔冷卻器來的 % H2SO4帶入熱 Q1 hIkJQ /2738791 ?? ②從 98%酸循環(huán)系統(tǒng)串來的 % H2SO4帶入熱 Q2 hkJQ /2 1 7 5 5 0 7 4 2 02 ??? 式中： 為 % H2SO4 的熱焓 kJ/kg。 K)。 表 進最終吸收塔氣體成分 項目 kmol/h kg/h m3/h SO2 SO3 O2 N2 ∑ （ 2）吸收 SO3 量（吸收率為 99%） hkm ol / ?? （ 3）出塔 SO3 量 hkm ol / ?? 出最終吸收塔氣體成分見下表。 12 ? — 每 kmol H2SO4放出的熱量， kJ/kmol； 12 nn、 — 濃度分別為 C C1時每 mol H2SO4所含水的摩爾數。武漢工程大學本科畢業(yè)設計 ` 16 第 2 章 工藝計算 原始數據 產量 （以每 小時產量為基準進行計算） 本設計生產能力 6 萬噸／年，按年開車 7200h 計算，可知車間每小時硫酸的生產量為：ht / 0 0 0 06 ?? 爐氣成分（ %） SO2： ； O2 ： ； N2 ： ； 爐氣水分含量 進酸濃度 干燥塔進酸濃度 93%；出酸濃度≥ %。再由泵抽出，一部分串入干燥系統(tǒng)，一部分作為吸收酸。 （ 3）金屬氧化物法 金屬氧化物所形成的堿性溶液，亦可作為 SO2的吸收劑。吸收過程可用下式表示： 3 2 2 4 3()n SO + H O = H SO + n 1 SO（ （液 液 ） 液 ）（ ） 改變上式中的 n值，便形成相應濃度的產品硫酸。由于 SO2 最終轉化率很高，反應前期與后期單位時間內單位體積催化床的反應熱相差倍數很大，用一般的連續(xù)換熱式轉化器時，過程難以遵循最佳溫度曲線；而且溫度調節(jié)也很困難，對于氣體組成和空速的變化適應性也很差；再加上結構復雜，催化劑裝填系數較小，設備的生產能力也低。 爐氣的凈化 進入凈化系統(tǒng)的爐氣含有 ~30g/cm3 的礦塵。 在鉛室法的基礎上發(fā)展起來的塔式法，開始于本世紀初期。后來人們發(fā)現，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。 對鞏固國防方面所起的作用 某些國家硫酸工業(yè)的發(fā)展，曾經是和軍用炸藥的 生產緊密連結在一起的。許多無機酸如磷酸、硼酸 、鉻酸 (H2CrO4，有時也指 CrO3)、氫氟酸、氯磺酸 (ClSO3H)；有機酸如草酸 [(COOH)2]、醋酸等的制備，也常需要硫酸作原料。當碳酸鹽和碳酸氫鹽被分 解后，硫酸與更惰性的物質反應，釋放出磷、鐵等植物養(yǎng)分。在這類反應中，濃硫酸只表現出氧化性。因為它分子與分子之間能夠互相質子化對方，造成它極高的導電性，這個過程被稱為 質子自遷移 。 通過計算得到干燥塔冷卻器換熱面積為 ；中間吸收塔冷卻器換熱面積為 m2；最終吸收塔冷卻器換熱面積為 m2。干燥塔塔高為 ，塔徑為 ；中間吸收塔塔高為 ，塔徑為 ；最終吸收塔塔高為 ，塔徑為 。這種反應機理是和純 磷酸