【正文】 轉(zhuǎn)化 第一次第 二段反應(yīng)熱量和出口溫度 （ 1） 進(jìn)轉(zhuǎn) 化器第二段氣體帶入熱量（以每小時(shí)氣量計(jì)算） 已知進(jìn)二段觸媒層氣體溫度為 470℃ , 2SO 的平均摩爾熱容： 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 26 ? ? ? ? )/( 38262, 2 Kk m olkJdTTTTCSOmp ????????? ? ? ??? 3SO 的平均摩爾熱容： ? ? ? ? )/ 38262, 3 kk m olkJdTTTTCSOmp ????????? ? ? ??? （2O 的平均摩爾熱容： ? ?? ? )/(470 3 3 262, 2 kk m olkJdTTTCOmp ??????? ? ? ?? 2N 的平均摩爾熱容： ? ? ? ? )/( 262, 2 kk m olkJdTTTCNmp ??????? ? ? ?? 故進(jìn)二段氣體每升高 1℃ 所需熱量為： 2SO 所需熱量： 3 9 ?? 3SO 所需熱量： 9 7 3 1 ?? 2O 所需熱量： 2 9 3 4 ?? 2N 所需熱量： ?? 所需總熱量： 帶入熱量 = 0 4 9 2 1 0 54 7 4 8 7 6 ?? （ 2）預(yù)計(jì) 出轉(zhuǎn)化器第二段氣體溫度 500℃ , 所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容： 2SO 的平均摩爾熱容： ? ? ? ? )/( 38262, 2 Kk m olkJdTTTTCSOmp ????????? ? ? ???3SO 的平均摩爾熱容： ? ? ? ? )/ 38262, 3 kk m olkJdTTTTCSOmp ????????? ? ? ??? （武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 27 2O 的平均摩爾熱容： ? ?? ? )/(500 3 3 262, 2 kk m olkJdTTTCOmp ??????? ? ? ?? 2N 的平均摩爾熱容： ? ? ? ? )/( 262, 2 kk m olkJdTTTCNmp ??????? ? ? ?? 故出二段氣體每升高 1℃ 所需熱量為： 2SO 所需熱量： 0 7 ?? 3SO 所需熱量： 0 6 8 5 9 ?? 2O 所需熱量： 8 5 2 0 ?? 2N 所需熱量： ?? 所需總熱量： （ 3） 反應(yīng)熱 摩 爾反應(yīng)熱： kJQ 2 ??????? ????? 總反應(yīng)熱 ? ? kJQ 8 1 7 7 9 9 6 3 82 .6 320 .9 15 ??? （ 4） 二段出口氣帶出熱量 kJQ 3 3 0 9 8 9 8 1 7 7 9 0 4 9 2 1 0 52 ??? 二段出口溫度 842 ?? Qt ℃ 與二段預(yù)計(jì)的二端出口溫度 500℃ 相近，滿足前述假設(shè)要求，合理。 已知催化劑的使用溫度為 400580℃ ，考慮到應(yīng)使操作線盡量與最適溫度曲線靠近，且出口溫度在催化劑的使用溫度范圍內(nèi)，取原料氣的 第一次轉(zhuǎn)化 進(jìn)口溫度為 380℃ ， 第二次轉(zhuǎn)化進(jìn) 口溫度為 390℃， 四段操作線的斜率根據(jù)原理氣里 SO2的濃度差表得 1/252。后一種對(duì)每一段的局部是升溫過程，從整個(gè)反應(yīng)過程來看，是按最佳溫度的要求逐 步降溫。 平均溫度為 500℃，不同進(jìn)口氣體中二氧化硫的 λ 值如表 23。 依次計(jì)算得平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系列表 21。由此可提高裝置的生產(chǎn)能力。這樣既可滿足越來越高的環(huán)保要求及提高硫的利用率，而且又不使催化劑用量較一轉(zhuǎn)一吸多。在設(shè)計(jì)是也要考慮尾氣直接排入大氣的危害，盡量避免造成嚴(yán)重的空氣污染，相應(yīng)的措施，方案都要合理經(jīng)濟(jì)。硫酸用途非常廣泛，無論在工業(yè)部門還是在發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、滿足人民物質(zhì)生活需要、加強(qiáng)國防力量，都起 著重要作用。 方案的選擇 接觸法獲得工業(yè)應(yīng)用，是目前廣泛采用的方法。在實(shí)際生產(chǎn)中，一般用大量的循環(huán)酸來吸收 SO3，目的是要將硫酸生成熱引出系統(tǒng)。 （ 3） SO3的催化氧化 SO2在釩催化劑（主要為 V2O5）作用下氧化生成 SO3 SO2＋ → SO3 由于該反應(yīng)為放熱反應(yīng)，必須及時(shí)地從反應(yīng)系統(tǒng)中移走反應(yīng) 熱。 （ 2） SO2爐氣的凈化及干燥 硫鐵礦焙燒得到的爐氣除含有 SO2外，還含有 SO水分、三氧化二砷、二氧化硒、氟化氫及礦塵等。焙燒反應(yīng)如下： 4FeS2＋ 11O2→ 8SO2＋ 2Fe2O3 硫鐵礦的焙燒是非均相反應(yīng)的過程。 硫鐵礦制硫酸 因?yàn)橛昧蚧亲髟铣杀镜?，?duì)環(huán)境的污染少，所以世界上主要用硫磺作原料制硫酸。硫鐵礦被加熱燃燒的過程在工業(yè)上稱為“焙燒”，也就是二硫化鐵的燃燒武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 8 過程。 接觸法不僅可制得任意濃度的硫酸，而且可制得無水 SO3及不同濃度的發(fā)煙酸。實(shí)現(xiàn)這一過程需將轉(zhuǎn)化所得三氧化硫氣體用硫酸吸收，工業(yè)上稱之為“吸收”。接觸法的特點(diǎn)是 SO2的氧化是在固體催化劑存在下用空氣中的氧氧化成的 SO3的 而這三步轉(zhuǎn)化為三個(gè)基本工序就是：第一，由含硫原料制取含二氧化硫氣體。這樣，在三個(gè)基本工序之外，再加上原料的貯存與加工，含二氧化硫氣體的凈化，成品酸的貯存與計(jì)量，三廢處理等工序才構(gòu)成一個(gè)接觸法硫酸生產(chǎn)的完整系統(tǒng)。實(shí) 現(xiàn)這一過程需將寒流原料焙燒，故工業(yè)上稱之為“焙燒”。 兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收流程： 60 年代以來，轉(zhuǎn)化工藝流程最大的變化就是采用了兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收新流程，簡稱為兩轉(zhuǎn)兩吸。為了達(dá)到較高的最終轉(zhuǎn)化率，必須采取多段催化轉(zhuǎn)化 [6]。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物），但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。到 20 年代后，由于釩觸媒的制造技術(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價(jià)格昂貴和易中毒的鉑觸媒。其原料為能夠生產(chǎn)二氧化硫的含硫物質(zhì)，一般含有硫磺、硫化物、硫酸鹽、含硫化氫的工業(yè)廢氣（包括冶煉煙氣 ）等。鉛室法始于 18 世紀(jì)，因其設(shè)備龐大，生產(chǎn)強(qiáng)度低，如今已被淘汰。 40 年代起，染料、化纖、有機(jī)合成和石油化工等行業(yè)對(duì)濃硫酸和發(fā)煙硫酸的需要量迅速增加，許多工業(yè)部門對(duì)濃硫酸產(chǎn)品的純度也提出了更高的要求，因而使接觸法逐漸在硫酸工業(yè)中居于主導(dǎo)地位。 在蘇聯(lián)和東歐，曾廣泛采用五塔式流程。 1923 年， 、兩個(gè)成酸塔和四個(gè)吸硝塔組成的七塔式裝置，在酸液循環(huán)流程及塔內(nèi)氣液接觸方式等方面有所創(chuàng)新，提高了生產(chǎn)效率。 第一次世界大戰(zhàn)的爆發(fā)，使歐美國家競相興建接觸法裝置，產(chǎn)品用于炸藥的制造。 1906 年，美國人 捕集礦塵和酸霧的技術(shù)在接觸法工廠獲得成功，成為凈化技術(shù)上的重要突破。 1881 發(fā)起，德國巴登苯胺純堿公司的 10 年的研究，在各種工藝條件下系統(tǒng)地測試了鉑及其他催化劑的性能，并在工業(yè)裝置上全面解決了以硫鐵礦為原料進(jìn)行生產(chǎn)的技術(shù)關(guān)鍵。迅速增長的需求為初興的硫酸工業(yè)開拓了順利發(fā)展的道路。 1859 年，英國人 ，成功地從含硝硫酸中充分脫除氮氧化物 ,并使出塔的產(chǎn)品濃度達(dá) 76%HSO。它擁有四個(gè)串聯(lián)的鉛室，每個(gè)鉛室的容積為 15600m,這是世界上容積武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 5 最大的巨型鉛室。 1746 年，英國人 6ft（ lft=)見方的鉛室 ,這是世界上第一座鉛室法生產(chǎn)硫酸的工廠。在煅燒過程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時(shí)冷凝，便可得到硫酸。根據(jù)中國硫資源的特點(diǎn)，今后中國的制酸原料仍以硫鐵礦為主，同時(shí)大力發(fā)展冶煉煙氣制酸，穩(wěn)健的發(fā)展硫磺制酸、石膏制酸 [2]。發(fā)達(dá)國家早就開始普遍推廣了，由于近期進(jìn)口硫磺比國內(nèi)便宜，利潤空間很大， 大多數(shù)國內(nèi)硫酸生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)向用硫磺法生產(chǎn)硫酸。 新中國建立后，硫酸工業(yè)獲得了高速發(fā)展。 1956 年，成功地開發(fā)了硫鐵礦沸騰焙燒技術(shù)，并將文氏管洗滌器用于凈化作業(yè)。運(yùn)載火箭所用染料亦離不了硫酸。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 4 在石油工業(yè)中，石油精煉需要使用大量硫酸作為洗滌劑，以除去石油產(chǎn)品中的不飽和烴的硫化物等雜質(zhì)。硫酸最重 要的用途是生產(chǎn)化學(xué)肥料，用于生產(chǎn)磷銨、重過磷酸鈣、硫胺等。沒有強(qiáng)大的硫酸工業(yè)，工農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展肯定會(huì)受到很大的影響。二氧化硫用于制造去垢劑和合成纖維（后者如制取卡布?。?，在農(nóng)業(yè)方面用來熏蒸農(nóng)作物、 滅除病蟲害。 新興的原子能工業(yè)中，硫酸也用于從鈾礦中提煉鈾。 在石油工業(yè)中，需要大量濃硫酸作為洗滌劑，以除去石油產(chǎn)品中的硫化物和不飽和碳氧化合物。這說明了它對(duì)化學(xué)工業(yè)的巨大意義。此外，鋼材加工及其制成品的酸洗亦需要硫酸。 農(nóng)業(yè)是國民經(jīng)濟(jì)的基礎(chǔ)，而化學(xué)肥料對(duì)農(nóng)業(yè)的發(fā)展起著極其重要的作用。 6. 硫酸的穩(wěn)定性 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 3 硫酸對(duì)熱的穩(wěn)定性強(qiáng)，可以用硫酸與不穩(wěn)定酸的鹽反應(yīng)來制取不穩(wěn)定酸。如： Zn+H2SO4(稀 )==ZnSO4+H2↑ CuO+H2SO4==CuSO4+H2O2NaOH+H2SO4==Na2SO4+2H2O 硫酸是一種強(qiáng)酸，可與弱酸鹽反應(yīng)，在制一些弱酸時(shí)常利用硫酸的強(qiáng)酸性。否則還原性氣體被氧化成單質(zhì)，本身被還原成 SO2硫酸是最常見的酸，它具有強(qiáng)酸性、不揮發(fā)性和穩(wěn)定性，濃 H2SO4還具有吸水性、脫水性和強(qiáng)氧化性。 ②加熱時(shí)，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng)，生成高價(jià)金屬硫酸鹽，本身一般被還原成 SO2，硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。 3）可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧元素的有機(jī)物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機(jī)物，被脫水后生成了黑色的炭（碳化）。 4）濃 H2SO4有很強(qiáng)的吸收水分的性質(zhì)，是硫酸分子與現(xiàn)成的水分子 (自由水 )或結(jié)晶水結(jié)合成硫酸的水合物。5H2O、 Na2CO3 1）就硫酸而言，吸水性是濃硫酸的性質(zhì)，而不是稀硫酸的性質(zhì)。L1。 與水混合時(shí) ， 亦會(huì)放出大量熱能 ， 其具有強(qiáng)烈的 腐蝕性 和氧化性 ， 故需謹(jǐn)慎使用 ， 是一種重要的工業(yè)原料 ， 可用于制造肥料 、 藥物 、 炸藥 、 顏料 、洗滌劑 、 蓄電池等 ， 也廣泛應(yīng)用于凈化石油 、 金屬冶煉以及染料 類 工業(yè)中 常用作化學(xué) 劑等 [1]。本設(shè)計(jì)說明書的編制包括：硫酸生產(chǎn)原理與生產(chǎn)工藝流程的論證、相關(guān)物料衡算與熱量衡算、主體設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型、轉(zhuǎn)化工段的工藝流程圖等內(nèi)容。本設(shè)計(jì)的計(jì)算部分主要分兩塊：物料衡算和熱量衡算。 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院 畢業(yè)設(shè)計(jì)（ 論 文）說明書 論文題目 ： 年產(chǎn) 13 萬噸硫酸轉(zhuǎn)化工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào) ： 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 指導(dǎo)教師： 總評(píng)成績 ： 2021 年 5 月 31 日 武漢工程大學(xué)郵電與信息工程學(xué)院課程設(shè)計(jì)說明書 II 目 錄 摘 要 ....................................................................................................................................... III Abstract .....................................................................................................................................IV 第一章 文獻(xiàn)綜述 .................................................................................................................... 1 硫酸介紹 ...................................................................................................................... 1 硫酸的生產(chǎn)方法 ...................................................................................................