【正文】 32=Q1 = ()K=Q2 = =單斜晶硫 : 11 8. 9+ 95 .4T = + 27 3. 15 = 38 0. 3K2 ? ? )./( kkgkJTTCp ??????? Q3= ()=Q4= =單斜晶硫 : 118. 9+ 140T 39。 ℃) 72H O C p = 6 . 8 7 + 0 . 0 0 1 0 5 1 T 2 . 0 4 1 0 T = 6 . 9 1 0?? 2）kcal/(kmol ℃ ) N2 ： 7C p = 6 . 9 5 3 + 0 . 0 0 1 1 6 3 T 2 . 5 7 1 0 T? 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 30 頁 9 8 0 1 5 7 ??????? ? kcal/(kmol 酸濃度： 98% H2SO4作為干燥劑在 ℃ 下，密度為 。 4%= t/h 每噸酸消耗的原料硫磺 的 消耗定額 : 247。 物料衡算 已知條件 生產(chǎn)能力 : 200kt/a (98%H2SO4) 年工作日 : 324 天 小時產(chǎn)量： ht / 1000020 ??? 轉(zhuǎn)化率： x=x1+(1x1)x2 其中： x x2— 分別表示第一、第二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率； x— 總轉(zhuǎn)化率。 2. 廢水處理 硫酸生產(chǎn)中排出 大量污水和污酸 ,其量與爐氣凈化流程有關(guān) ,酸洗法流程排出含酸污水較少 ,而水洗法流程污水排放量則很大 ,每生產(chǎn) 1t 硫酸要排出1015t 污水 ,污水中除含有硫酸外 ,還含有砷 220mg/L,含氟 10100mg/L,以及貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 24 頁 鐵 ,硒 ,礦塵等。而塔體有瓷磚、石棉板、碳鋼板外殼組成，如果防腐蝕處理不好，會引起磚縫開裂而滲酸，對于條梁支撐結(jié)構(gòu)，塔所 承受的力只是對塔底的壓力，只要施工嚴(yán)格要求，塔底不會因受壓開裂而滲酸。 填料的支撐形式 塔內(nèi)用于承重填料層的形式有條拱、球拱和橋拱等多種。 4．抗污，抗堵的性能好。故應(yīng)采用第一種結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)化器。二是要有足夠的高度 ,如果采用大環(huán)狀釩催化劑時 ,由于容積增加 ,也相當(dāng)于增加催化劑層的高度。攪拌漿周圍安放 多組蒸汽加熱盤管 ,以提供熔硫所需熱量 ,同時起導(dǎo)流筒和擋板的作用 ,以 減少渦 流 ,強(qiáng)化傳熱。 快速熔硫槽一般由槽體、加熱盤管組合攪拌裝置三部分組成。熔硫槽分帶攪拌器和不帶攪拌器兩種形 式。 熔硫槽的設(shè)計 在硫磺制酸過程中 ,固體硫磺需經(jīng)加熱熔化 ,變成液體后才能以霧化的方式 與氧發(fā)生反應(yīng)。目前國內(nèi)焚硫爐主要有兩種形式 :一是使用最多的圓桶型臥式焚硫爐 ,爐頭每只磺槍分別配有空氣旋硫裝置；二是一次擴(kuò)大型臥式焚硫爐 ,爐頭設(shè)有大蝸型旋硫裝置 ,旋硫裝置中間放置數(shù)根磺槍。為避免高溫?zé)煹罋庵苯記_刷鍋殼的前管板 ,在前管板表面澆筑了耐高溫的耐火保護(hù)層 ,并在煙道氣管進(jìn)口處安裝了耐高溫保護(hù)套管 ,該保護(hù)套管材質(zhì)為剛玉?；鸸苠仩t具有煙氣密封性好、操作彈性大、檢修方便、設(shè)計制造容易等優(yōu)點。 ⑶ . 殼程通過上升管和下降管與上部大容積汽包連接形成自然循環(huán)回路，使受熱面任何時候都沉浸在水中；提高給水系統(tǒng)和控制系統(tǒng)的可靠性，切實做 好突然斷水和斷電的防護(hù)工作。 缺點： 高溫火管鍋爐前管板熱應(yīng)力較大 ， 材料易疲勞產(chǎn)生裂紋 。如果在開、停車過程中再采取串汽、燃油置換等措施 ,效果將更佳。 防護(hù)措施： 高溫水管廢熱鍋爐的蒸汽設(shè)計壓力應(yīng)在 2145 MPa 以上 ， 開車時應(yīng)采用串汽的方法將蒸汽壓力保持在 2145～ 310 MPa 再接通爐氣 ， 停車時應(yīng)將爐氣置換完畢再降低蒸汽壓力 ， 這樣可有效地防止低溫腐蝕。在市場經(jīng)濟(jì)競爭日趨激烈的今天 ， 廢熱利用將是提高硫酸產(chǎn)品競爭力的重要途貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 20 頁 徑。當(dāng)助濾槽的液硫變的澄清時，助濾作業(yè) 完畢，切換為正常生產(chǎn)過濾液硫。 傳統(tǒng)的設(shè)計是采用澄清槽，澄清時間為 72 小時以上，為此澄清槽要占用交大的面積，使之沉下 9099%的灰分。 主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)置在干燥塔后，空氣中所夾帶的酸霧可通過干燥塔塔頂?shù)某F器除去，足以保證一般的鋼制風(fēng)機(jī)不受腐蝕。空氣鼓風(fēng)機(jī)用蒸汽透平驅(qū)動，蒸汽透平裝置將蒸汽送入工廠的低壓蒸汽管網(wǎng)，提高能源的利用率。兩種方式實際 上都有采用。在原料氣中 SO2濃度相同的條件下，“ 3+2”流程對達(dá)到要求的最終轉(zhuǎn)化率更有保障。 (標(biāo)準(zhǔn)狀況 )，為此要求裝置的最終轉(zhuǎn)化率應(yīng)達(dá)到 ％ 以上。目前國內(nèi)外硫磺制酸裝置大多在轉(zhuǎn)化器的四段出口設(shè)置中溫蒸汽過熱器，用中壓蒸汽與四段出口的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行換熱，大大降低了進(jìn)五段的轉(zhuǎn)化氣溫度，也充分利用了轉(zhuǎn)化氣的余熱。轉(zhuǎn)化反應(yīng)分段越多，其反應(yīng)溫度就越接近最佳溫度，催化劑的用量在理論上也就越少。對于一定組分的原料氣在某一催化劑下反應(yīng)，為達(dá)到一定的 SO2轉(zhuǎn)化率，其反應(yīng)速率有一個極大植，所對應(yīng)的反應(yīng)溫度為最佳溫度。 5. 設(shè)備結(jié)構(gòu)應(yīng)便于制造、安裝、檢修和操作，要力求簡單，使用壽命要長，投資要少。氣體分布不勻 ,轉(zhuǎn)化率低。該工藝的關(guān)鍵是保持轉(zhuǎn)化工序的熱量平衡，使轉(zhuǎn)化反應(yīng)維持在某一理想的溫度下進(jìn)行。中小型硫磺制酸裝置應(yīng)采用“ 3 塔 1 槽” (混酸槽裝有開孔隔板 ) ； 大型硫磺制酸裝置應(yīng)采用干燥、第 2 吸混酸槽合一 , 1 吸單獨設(shè)混酸槽的干吸流程 , 這樣簡化了管道 , 減少了投資 ,開車和正常操作更加容易 , 也有利于低溫廢熱的利用。 4. 采用流程三的干吸流程（見圖 ） ,可改變流程一的復(fù)雜和繁瑣 ,避免了流程二吸收過程中酸里溶解的 SO2 在二吸塔解吸而污染大氣 ,解決了流程四中大揚(yáng)量酸泵等設(shè)備制作困難的矛盾。 3．流程四雖然其流程簡單、設(shè)備數(shù)量少、控制點少 ,但對于大、中型硫酸裝置而言 ,由于三塔合一槽 ,合用一臺酸循環(huán)泵 ,所以酸泵的揚(yáng)量大 ,而目前國內(nèi)大揚(yáng)量酸泵和酸冷卻器的設(shè)計及制造尚無業(yè)績。而且投資費用較高。 流程一：三塔三槽三泵流程： 圖 三塔三槽三泵流程示意 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 13 頁 流程二：三塔兩槽三泵干燥吸收各自獨立流程： 圖 三塔兩槽三泵干燥吸收各自獨立流程示意 該流程沿用礦制酸和冶煉煙氣制酸的干燥和吸收工藝 ,按循環(huán)槽數(shù)量可分為 ”三塔三槽 ” 工藝流程見圖 和 ” 三塔兩槽 ” 工藝流程見圖 ” 三塔三槽 ”工藝流程系指干燥塔、一吸塔、二吸塔分別具有各自獨立的循環(huán)酸系統(tǒng)繁榮流程 。 在二次轉(zhuǎn)化流程中如果使用低溫釩催化劑，可使第一段催化劑層和第四段催化劑層的進(jìn)氣溫度降低 15℃ 20℃，最終轉(zhuǎn)化率也會有所提高。設(shè)計采用的最終轉(zhuǎn)化率，對于一次性轉(zhuǎn)化的小型廠一般取 96%，中型廠可用四或五段，用五段時一般用爐氣冷激或空氣冷激調(diào)節(jié)進(jìn)入催化劑層的溫度?；钚愿?，熱穩(wěn)定性好，有較高的機(jī)械強(qiáng)度高，且價格便宜易獲得。 ，以硅膠，硅藻土，硅酸鋁等用作載體的多組分催化劑。但價格昂貴，加大了成本，且易中毒。國際上對 SO2在釩催化劑上氧化反應(yīng)動力學(xué)進(jìn)行過系統(tǒng)研究，由于催化劑的結(jié)構(gòu)、特性以及實驗條件不同，所得到的動力學(xué)方程也不相同，至今比較認(rèn)可的是波列斯科夫方程。 SO2 最適宜濃度和催化劑層的阻力有很大的關(guān)系。硫酸廠系統(tǒng)的阻 力的 70%集中在轉(zhuǎn)化器的催化劑層。當(dāng)催化劑顆粒較大時，內(nèi)擴(kuò)散影響不能忽略，此時宏觀動力學(xué)模型很復(fù)雜，需要用催化劑表面利用率作修正。 平衡轉(zhuǎn)化率在某 一溫度下反映了該化學(xué)反應(yīng)可以進(jìn)行的程度。 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 8 頁 第二章 工藝部分 重點設(shè)計工序的生產(chǎn)基本原理 【 4】 二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為： 2 2 312SO O SO?? 298H = 96 .2 4 kJ /m ol?? 此反應(yīng)是 體積縮小、放熱、可逆反應(yīng)。也降低了裝置的管理費用。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和市場經(jīng)濟(jì)的變化，硫磺制酸體現(xiàn)了越來越多的優(yōu)點： 450550 元 /噸，國內(nèi)硫鐵礦到廠價格為 200 220 元 /噸（折 35%S）。在138℃以下 ,烴類與硫的反應(yīng)速度很慢 ,生成的 H2S 能溶解于液態(tài)硫中。但酸度過高則嚴(yán)重腐蝕熔硫設(shè)備。水分含量增高 ,則酸度增加 ,貽患無窮。 2. 水分 硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清過程中基本上全部被蒸發(fā)掉。 生產(chǎn)路線選擇論證 硫磺制取硫酸主流程方塊圖 貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 6 頁 圖 硫磺制取硫酸主工藝流程圖 硫磺中雜質(zhì)對制酸工藝的影響 【 2】 硫磺中的雜質(zhì)主要有灰分、水分、酸度和硫化氫等 ,它們對制酸工藝的影響分述如下 : 1. 灰分 硫磺 ,特別是回收硫 ,在產(chǎn)出時灰分含量是比較少的。 21世紀(jì)是綠色的世紀(jì)，實施的是可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略，企業(yè)的命運與環(huán)境的關(guān)系比以 往任何時候都更為緊密。 資源的全球化配置、國外資金與技術(shù)的全面介入 , 必將打破中國硫酸工業(yè)的原有格局 , 我們的技術(shù)水平、生產(chǎn)管理水平也將因此而躍上一個新的臺階 。目前，西北歐的硫酸企業(yè)出售硫酸廢熱能源獲得的利潤，已經(jīng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了銷售硫酸獲得的利潤。預(yù)計 2020 年硫酸產(chǎn)量可超過 4400 萬噸，同比增加 %；其中硫磺制酸 2020萬噸，同比增加 %；冶煉煙氣制酸 900 萬噸，同比增加 %；硫鐵礦制酸1450 萬噸同比增加 %；其他制酸 55 萬噸，與去年基本持平。部分硫磺制酸裝置改回硫鐵礦制酸，使硫鐵礦制酸的產(chǎn)量達(dá)到了 萬噸，比 2020 年增加了 %，占總產(chǎn)量%；硫磺制酸產(chǎn)量為 萬噸，占 總產(chǎn)量的 %；冶煉煙氣制酸產(chǎn)量為 萬噸，占總產(chǎn)量 %；磷石膏以及其他制酸產(chǎn)量為 萬噸。其中磷復(fù)合肥占 %， 增加 18%；其他化肥消耗 %；非化肥用酸 %增加 %雖然國內(nèi)產(chǎn)量增加很快，但還是無法完全滿足需求。我國的硫磺資源較少，年產(chǎn)量常年維持在 30 萬噸，根據(jù)有關(guān)部門預(yù)測我們過未來的 1015年內(nèi)，為滿足對油品的需求，原油進(jìn)口量將達(dá)到一億噸。我國的硫酸工業(yè)開始于 19世紀(jì)， 19世紀(jì) 70年代以前，我們過的硫酸基本依靠進(jìn)口，用黃金交換。硫酸是 硝化工序不可缺少的脫水劑。硫酸 最大消費者是 化肥工業(yè) ，用以制造 磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨。硫酸常常被列為國家主要化工產(chǎn)品之一，人們往往用硫酸的年產(chǎn)量來衡量一個國家的化工生產(chǎn)能力 。出口量相對較小， 2020 年 15月份，硫酸 出口量占總產(chǎn)量的 %，僅是去年同期的 1/2。自 2020 年以來，我國 硫酸 產(chǎn)能與產(chǎn)量已成為世界最大 硫酸 生產(chǎn)國和消費國 2020 年我國 硫酸 產(chǎn)量 4430 萬噸， 與 2020 年 硫酸 產(chǎn)量 2350 萬噸相比，產(chǎn)量幾乎翻了一番 ,是全球 硫酸 總產(chǎn)量的 25%，并成為全球 硫酸 市場最為活躍貿(mào)易量大的國家之一，也是 硫酸 進(jìn)口量較大的國家之一。預(yù)計 2020 年我國進(jìn)口硫磺總量將達(dá)到 800 萬噸，屆時硫磺制酸產(chǎn)量將占我國硫酸總產(chǎn)量的 30 %。由于硫酸需求量和生產(chǎn)量都比較大 ,而硫酸生產(chǎn)過程處于高溫和強(qiáng)腐蝕介質(zhì)中 ,排放的氣體中存在污染環(huán)境的有害成分 ,因而現(xiàn)代的硫酸生產(chǎn)技術(shù)被工程界、科技界廣泛關(guān)注 ,并發(fā)展到比較高的水平。近十年來由于國際市場硫磺供應(yīng)充足 ,同時我國石油、天然氣回收硫數(shù)量也在不斷增加 ,硫磺制酸有了快速發(fā)展。采用國產(chǎn)化技術(shù)建設(shè)硫酸裝置一直是我國硫酸工業(yè)的主體。預(yù)計至 2020 年、 2020 年硫磺制酸產(chǎn)量將占當(dāng)年總產(chǎn)量的 41. 4 %、 %。用作鉛酸蓄電池中的電解液和電鍍等。一般和過氧化氫一起用于除去晶體上已完成屏蔽作用的光刻膠，或作腐蝕劑。也可用作搪瓷、金屬的酸洗劑，有機(jī)合成的磺化劑和脫水劑，以及用于金屬冶煉，石油精制和電子工業(yè)等。用水稀釋時應(yīng)在不斷攪拌下將硫酸緩緩注入水中，切勿將水注入酸中造成濺酸傷人。能與許多金屬、金屬氧化物或其他酸的鹽類反應(yīng)生成硫酸鹽。沸點 (330177。 表 硫酸質(zhì)量指標(biāo)表 指標(biāo)名稱 濃硫酸 1 硫酸（ H2so4）≥ 2 灰粉 %≤ 3 鐵（ Fe）含量≤ 4 砷 (As)含量 %≤ 5 透明度 mm≥ 50 6 色度 ml≤ 硫酸的性質(zhì)及基本用途 硫酸 純品為無色油狀液體。工業(yè)品因含雜質(zhì)而呈黃、棕等色。)℃ 。濃硫酸具有強(qiáng)烈的脫水作用和氧化性。低于 76％的硫酸與金屬反應(yīng)放出氫氣。用工業(yè)硫酸在石英設(shè)備中蒸餾提純，或以去離子水吸收三氧化硫制成純品，再經(jīng)微孔過濾膜進(jìn)行超凈過濾而得半導(dǎo)體及硫酸。還可用作電子產(chǎn)貴州大學(xué)畢業(yè)論文 (設(shè)計 ) 第 2 頁 品的清洗劑和腐蝕劑。 我國硫酸工業(yè)的發(fā)展?fàn)顩r 【 1】 我國硫磺制酸工業(yè)隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展得到了快速發(fā)展。不但產(chǎn)量增加 ,硫酸生產(chǎn)技術(shù)的進(jìn)步也很顯著。 從生產(chǎn)硫酸的原料看 ,硫磺是世界硫酸生產(chǎn)的從生產(chǎn)硫酸的原料看 ,硫磺是世界硫酸生產(chǎn)的主要原料 (占 65 %以上 ) 。