【正文】 15?1??假設(shè)：每排 6 層，每層 6 根管。ssK)。 (47)??udB?Re (48)?pCPr上兩式中： —硫酸密度， kg/m3；? —管內(nèi)直徑，m；Bd u—酸在排管內(nèi)流速，m/s； —硫酸的粘度， PasK)。K)[12]2—管內(nèi)、外的污垢系數(shù)，(kJ/m 2t?①平均溫差 t酸側(cè) →℃， ℃???Ht水側(cè) 36→30℃， ℃8704?K平均溫差 (43)KHtt??由式(43)得：平均溫差 ℃?②傳熱系數(shù) K℃?酸在此溫度下的物性數(shù)據(jù)(查文獻(xiàn) [11])：密度： 3/???粘度： )(843s???導(dǎo)熱系數(shù)： )/2. KJ??比熱容： )/(651kgCp?? ， kJ/(m2?2??假設(shè)：每排 6 層，每層 6 根管。表 吸收循環(huán)槽熱量衡算表項(xiàng)目 進(jìn)口熱量 kJ/h 項(xiàng)目 出口熱量 kJ/h中吸塔冷卻器來(lái)酸帶入熱 Q1 上塔酸帶出熱 Q5 二吸塔冷卻器來(lái)酸帶入熱 Q2 串去 93%塔酸帶出熱 Q6 串酸帶入熱 Q3 產(chǎn)成品酸帶出熱 Q7 串酸混合熱 Q4 ∑ ∑ 第 4 章 主要設(shè)備的工藝計(jì)算 冷卻器計(jì)算 干燥塔冷卻器的計(jì)算熱負(fù)荷 ??hkJQ/???進(jìn)口酸溫 ℃，出口酸溫 ℃；進(jìn)口水溫 30℃，出口水溫 36℃。表 最終吸收塔熱量衡算表項(xiàng)目 進(jìn)口熱量 kJ/h 項(xiàng)目 出口熱量 kJ/h進(jìn)塔氣體帶入熱量 Q1 濃縮熱 Q4 入塔酸帶入熱 Q2 出塔氣體帶入熱量 Q5 吸收反應(yīng)熱 Q3 出塔酸帶出熱 Q6 入塔總熱量 ∑ 出塔總熱量 ∑ 吸收循環(huán)槽熱量衡算為簡(jiǎn)化計(jì)算，先設(shè)吸收塔冷卻器出口溫度為 53℃。OHg2(5)出塔氣體帶入熱量 Q5(t=60℃)SO2 帶入熱量： ??hkJq/???SO3 帶入熱量： 07952O2 帶入熱量： /9...83N2 帶入熱量： ??hkJq231886014 ???式中 、 分別為 0～60℃溫度時(shí) SOSO O N 2 的熱容(kJ/(kmol表 中間吸收塔熱量衡算表項(xiàng)目 進(jìn)口熱量 kJ/h 項(xiàng)目 出口熱量 kJ/h進(jìn)塔氣體帶入熱量 Q1 濃縮熱 Q4 入塔酸帶入熱 Q2 出塔氣體帶入熱量 Q5 吸收反應(yīng)熱 Q3 出塔酸帶出熱 Q6 入塔總熱量 ∑ 出塔總熱量 ∑ 最終吸收塔熱量衡算(1)進(jìn)塔氣體帶入熱量 Q1SO2 帶入熱量： ??hkJq/.???SO3 帶入熱量： 482O2 帶入熱量： /N2 帶入熱量： ??hkJq7513804 ???式中 、 分別為 0～180℃溫度內(nèi) SOSO O N 2 的平均熱容(kJ/(kmolOHg2(5)出塔氣體帶入熱量 Q5(t=60℃)SO2 帶入熱量： ??hkJq/???SO3 帶入熱量： 972O2 帶入熱量： /2..N2 帶入熱量： ??hkJq73108586014 ???式中 、 分別為 0～60℃溫度時(shí) SOSO O N 2 的熱容 kJ/(kmol表 吸收循環(huán)槽物料衡算表進(jìn)物料 (kg/h) 出物料 (kg/h)中吸塔排管來(lái)%H2SO4 上中間吸收塔 98%H2SO4 吸收塔排管來(lái)%H2SO4 上最終吸收塔 98H2SO4 93%塔串來(lái) 93% H2SO4 串去 93%塔 98% H2SO4 產(chǎn)成品 98% H2SO4 ∑ ∑ 吸收塔及其循環(huán)槽的熱量衡算 中間吸收塔熱量衡算(1)進(jìn)塔氣體帶入熱量 Q1SO2 帶入熱量： ??hkJq/.???SO3 帶入熱量： 138592O2 帶入熱量： /..N2 帶入熱量： ??hkJq / ???式中 、 分別為 0～160℃溫度內(nèi) SOSO O N 2 的平均熱容(kJ/(kmol酸濃：98% ，比重：，溫度：55 。酸濃：98% ，比重：，溫度：55 C???hkg/???(5)出塔酸量 /?(6)出塔酸濃出塔酸中含 SO3 %????相當(dāng)于出塔酸濃 % H2SO4。即干燥塔冷卻器出口酸溫為 ℃，進(jìn)口酸溫 ℃。表 硫酸的熱含量表熱含量( kJ/kg)硫酸濃度%(質(zhì)量)40℃ 60℃ 80℃92 93 95 12998 12199 (2)干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算①?gòu)母稍锼鋮s器來(lái)的 % H2SO4 帶入熱 Q1??hkJIQ/??②從 98%酸循環(huán)系統(tǒng)串來(lái)的 % H2SO4 帶入熱 Q2??hkJ/?式中： 為 % H2SO4 的熱焓(kJ/kg)。 ???mQ39。 1212 ????????????nnQ式中： —每 mol H2SO4 放出的熱量，kJ/kmol；39。 ??hkJqqQ/???②水的冷凝熱 Q2 40℃時(shí)水的冷凝熱為 2406(kJ/kg)/?③入塔酸帶入熱 Q3 50℃93% H2SO4 的熱焓為 I1=(kJ/kg)??hkJ/.??④93% 酸稀釋熱 Q4 (34)39。入塔酸濃度：93% H2SO4，比重：，溫度：50 ，酸量：X m3/h，出塔C?酸濃度：%干燥塔吸水量==(kg/h)由物料平衡得 %).(%931074. ??????XX解得 X=。 轉(zhuǎn)化率及吸收率一次轉(zhuǎn)化率 92%；二次轉(zhuǎn)化率 99%；吸收率 99%。熱量衡算以 0℃作為計(jì)算的溫度基準(zhǔn)。此時(shí)由于反應(yīng)混合物中不含 SO3，而且 SO2 濃度很低，O 2/SO2 比值較一次轉(zhuǎn)化要高得多，在這種情況下，平衡轉(zhuǎn)化率高，反應(yīng)速度快，用較少的催化劑就能保證轉(zhuǎn)化率達(dá)到 95％左右。此外,控制 SO2 排放還有稀釋法，CIL 法，調(diào)節(jié)供氣法等。(4)活性炭法活性炭通常具有較大的內(nèi)表面積，是一種良好的吸收劑。其共同的優(yōu)點(diǎn)是：脫除率高，工藝簡(jiǎn)單。連續(xù)引出部分吸收液進(jìn)行處理，隨著處理方法的不同，所獲得的產(chǎn)品異不同。采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程時(shí)，在正常的條件下，是可以達(dá)到的?，F(xiàn)今三氧化硫吸收技術(shù)的發(fā)展主要表現(xiàn)在填料性能的改進(jìn)，布酸設(shè)備的改進(jìn)和冷卻器設(shè)計(jì)材料的改進(jìn)。吸收過(guò)程可用下式表示： 32243()nSO+H=S+n1SO（ （液 液 ） 液 ） （ ）改變上式中的 n 值，便形成相應(yīng)濃度的產(chǎn)品硫酸。沸騰轉(zhuǎn)化能從催化床中非常有效地除去熱量，能夠使用小顆粒催化劑和采用高濃度二氧化硫氣體。兩次轉(zhuǎn)化的最終轉(zhuǎn)化率因工藝條件而異，一般在 —％范圍內(nèi) [7]。如果將尾氣直接排入大氣，將造成嚴(yán)重的大氣污染。由于 SO2 最終轉(zhuǎn)化率很高，反應(yīng)前期與后期單位時(shí)間內(nèi)單位體積催化床的反應(yīng)熱相差倍數(shù)很大，用一般的連續(xù)換熱式轉(zhuǎn)化器時(shí)，過(guò)程難以遵循最佳溫度曲線；而且溫度調(diào)節(jié)也很困難，對(duì)于氣體組成和空速的變化適應(yīng)性也很差；再加上結(jié)構(gòu)復(fù)雜，催化劑裝填系數(shù)較小，設(shè)備的生產(chǎn)能力也低。自 1960 年美國(guó)科學(xué)家 壓靜電除塵、除霧設(shè)備后，加快了爐氣凈化技術(shù)的發(fā)展步伐。爐氣的凈化可用干法或濕法進(jìn)行。進(jìn)入轉(zhuǎn)化器后，還能侵蝕催化劑載體，引起粉化，使催化床阻力上漲。另外，硫鐵礦又常與銅、鉛、鋅、鉬等硫化礦床共生，并含有金、鈷、鉬及稀有元素硒等，能綜合回收利用。在橡膠、造紙、紡織、食品、火柴等工業(yè)以及農(nóng)業(yè)中均有重要用途。地球深處尚未凝固的巖漿中含有大量的硫，當(dāng)巖漿侵入到地殼時(shí)，由于壓力減小了，因此巖漿內(nèi)所含的硫就分離出來(lái)。有時(shí)呈金黃色，有時(shí)為黃銅色，并有黃亮黃亮的金屬光澤，比重 —，硬度 —，條痕為綠黑色，性脆，受敲打時(shí)很容易破碎，破碎面是參差不齊的?，F(xiàn)今制取 SO2 氣體的方法主要有燃燒硫鐵礦、燃燒硫磺、還原硫酸鹽、冶煉煙氣以及各種含硫工業(yè)廢料再次利用等方法。第 2 章 工藝流程的確定 工藝流程選擇本次設(shè)計(jì)的主題是年產(chǎn) 12 萬(wàn)噸硫酸車(chē)間干吸工段的工藝設(shè)計(jì)，采用的是接觸法制硫酸兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程。 二是隨著有色金屬冶煉業(yè)的快速發(fā)展，大型冶煉企業(yè)的硫酸將主導(dǎo)全國(guó)大部分地區(qū)硫酸市場(chǎng)，同時(shí)平抑西南市場(chǎng)硫酸價(jià)格。熱能回收：基本上做到由大型硫酸廠高溫位能利用發(fā)電，過(guò)渡到中、低溫?zé)崮芡瑫r(shí)利用。工藝流程：20 世紀(jì) 60 年代初期，德國(guó) BASF 公司發(fā)明了兩轉(zhuǎn)兩吸技術(shù)。以石膏為原料制取硫酸和水泥的工廠已建成投產(chǎn)。例如氣流中的氧分子和 SO2 分子擴(kuò)散到催化劑外表面的速度，催化劑外表面上的氧分子和 SO2 分子進(jìn)入催化劑內(nèi)表面(催化劑微孔中)的速度，SO 3從催化劑內(nèi)表面擴(kuò)散到外表面，以及 SO3 從催化劑外表面擴(kuò)散到氣流的速度，包括表面反應(yīng)在內(nèi)，其中最慢者將成為整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的控制步驟，在工業(yè)生產(chǎn)中，應(yīng)盡量排除或減弱擴(kuò)散阻力，讓表面反應(yīng)成為控制步驟，此時(shí)采用高效催化劑就會(huì)對(duì)生產(chǎn)產(chǎn)生巨大的推動(dòng)作用。SO 2二是 SO2 吸附在釩催化劑的活性中心，SO 2 中的 S 原子受活性中心的影響被極化。這便是接觸法制造硫酸名稱(chēng)的由來(lái)。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?fàn)t氣、天然氣。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。目前我國(guó)硫酸生產(chǎn)采用接觸法占絕大部分，塔式法已很少，但是硝化法還具有它一定的優(yōu)點(diǎn)。由于這個(gè)方法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，成品且為稀硫酸，所以，這個(gè)方法后來(lái)逐漸地被淘汰。后來(lái)才發(fā)現(xiàn)，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。2(FeSO4 硫酸的工業(yè)制法在工業(yè)生產(chǎn)中，都采用二氧化硫催化氧化制硫酸 [6]。7H2O 加強(qiáng)熱，用冰水混合物 U 型管冷凝即可，用 NaOH 吸收 SO2，理論可得 %的 H2SO4。運(yùn)輸時(shí)運(yùn)輸車(chē)輛應(yīng)配備泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。鐵路非罐裝運(yùn)輸時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照鐵道部《危險(xiǎn)貨物運(yùn)輸規(guī)則》中的危險(xiǎn)貨物配裝表進(jìn)行配裝。應(yīng)與易燃物或可燃物、還原劑、堿類(lèi)、堿金屬、食用化學(xué)品分開(kāi)存放，切忌混儲(chǔ)。 環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)水體和土壤可造成污染。口服后引起消化道燒傷以致潰瘍形成；嚴(yán)重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休克等。硼烷又用做制備硼氫化鈾用來(lái)分離鈾 的一種原料。雖然這些化合物的制備是依靠硝酸，但同時(shí)必須使用濃硫酸或發(fā)煙硫酸。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 BB 12 及維生素 C、某些激素、異煙肼、紅汞、糖精等的制備，都需要使用大量硫酸。塑料的增塑劑(如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯)、賽璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要用硫酸來(lái)制備。在染料工業(yè)中，幾乎沒(méi)有一種染料(或其中間體)的制備不需使用硫酸。每生產(chǎn) 1t 粘膠纖維，需要消耗硫酸 —，每生產(chǎn) 1t維尼龍短纖維，就要消耗 98%硫酸 230kg，每生產(chǎn) 1t 卡普綸單體，需要用 %發(fā)煙硫酸。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。每噸原油精煉需要硫酸約 24kg，每噸柴油精煉需要硫酸約 31kg。另外，有縫鋼管、薄鐵皮、鐵絲等在進(jìn)行鍍鋅之前，都要經(jīng)過(guò)用硫酸進(jìn)行的酸洗程序。例如用電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時(shí)，電解液就需要使用硫酸。前者每生產(chǎn) 1t，需消耗 20%發(fā)煙硫酸 。用于肥料的生產(chǎn)硫酸銨(俗稱(chēng)硫銨或肥田粉)和過(guò)磷酸鈣(俗稱(chēng)過(guò)磷酸石灰或普鈣)這兩種化肥的生產(chǎn)都要消耗大量的硫酸。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。?? 為農(nóng)業(yè)生產(chǎn)服務(wù)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，越來(lái)越多地采用硫酸來(lái)改良高 pH 值的石灰質(zhì)土壤。C)= [H 3SO4+][ HSO4] = 104 在硫酸溶劑體系中，H 3SO4+經(jīng)常起酸的作用，能質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物：NaCl+ H2SO4→NaHSO 4+HCl(不加熱也能很快反應(yīng)) KNO3+ H2SO4→K ++ H3SO4++HNO3 HNO3+ H2SO4→NO 2++H3O++2HSO4CH3COOH+ H2SO4→CH 3C(OH)2++HSO4HSO3F+ H2SO4→H 3SO4++SO3F (氟磺酸的酸性比硫酸更強(qiáng)) 上述生成 HNO3 的反應(yīng)所產(chǎn)生的 NO2+，有助于芳香烴的硝化反應(yīng) [3]。利用濃硫酸的酸性還可以制化肥，如氮肥、磷肥： 2NH3+ H2SO4 (NH4)2SO4 Ca3(PO4)2+2H2SO4 2CaSO4+Ca(H2PO4)2 濃硫酸與亞硫酸鹽反應(yīng)體現(xiàn)了濃硫酸的穩(wěn)定性： Na2SO3+H2SO4 Na2SO4+H2O+SO2↑ ?⑤強(qiáng)酸性純硫酸具有很強(qiáng)的酸性，98%的硫酸與純硫酸的酸性基本上沒(méi)有差別，而溶解過(guò)量三氧化硫的發(fā)煙硫酸則是一種超酸體系，酸性強(qiáng)于純硫酸。與非金屬反應(yīng)，熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為 SO2。然后再加入 15mL 質(zhì)量分?jǐn)?shù)為 98%的濃硫酸，迅速攪拌，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭，還會(huì)聞到刺激性氣味氣體。物質(zhì)被濃硫酸脫水的過(guò)程是化學(xué)變化的過(guò)程，反應(yīng)時(shí)，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去