【正文】 27 參考文獻(xiàn) [1]湯桂華，趙增泰、鄭沖副 .化肥工業(yè)叢 書通過(guò)這次設(shè)計(jì)，明白理解了合作的重要性。做設(shè)計(jì)講究協(xié)同工作，如果靠自己獨(dú)自做，既費(fèi)時(shí)間效果又不好。也一起分享了成功的喜悅。此次設(shè)計(jì)讓我們明白了人際的一些東西，如何當(dāng)一個(gè) 組織者和參與者，特別是做一個(gè)見(jiàn)成效的學(xué)生仍有待學(xué)習(xí)與提高。我們對(duì) Word排版掌握的并不很好，在這里還要特別感謝其它小組成員，分擔(dān)了一部分的排版工作。除了學(xué)習(xí)到了有關(guān)專業(yè)的知識(shí)以外，也學(xué)到了一些對(duì)于人員組織及文檔的書寫等非專業(yè)的實(shí)踐類知識(shí)。 26 設(shè)計(jì)小結(jié) 在這一周的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)到了很多，也找到了自己身上的不足。用硫化法處理污酸回收金屬。（ 3）廢酸熱解再生。 廢酸的利用：（ 1）把層降分離后的烯酸直接與 98%的濃硫酸參合，配成 72%的硫酸用于制造普通磷酸鈣。除能消除 SO2 污染，保護(hù)環(huán)境外，還可綜合利用生產(chǎn)處 有經(jīng)濟(jì)價(jià)值的固體亞硫酸鈉、亞硫酸氨、固體亞硫酸鈉等延伸產(chǎn)品。我國(guó)硫鐵礦都含砷，焙燒過(guò)程中砷的燒出率只有約 40%，大部分仍留在礦渣中，經(jīng)焙燒后的砷大部分是水溶性的，遇雨水浸泡后會(huì)被溶出，最終流入江河，污染水體。 爐氣酸洗凈化流程排除的烯酸，濃度一般在 3%~20%之間，除含有礦塵外，還有砷、氟等雜質(zhì)，通常被稱為廢酸。 廢水 硫酸制備工藝主要采用硫鐵礦，故總有酸性污水排出。 各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率 表 34 一次轉(zhuǎn)化分段轉(zhuǎn)化率和溫度 段數(shù) 一 二 三 四 轉(zhuǎn)化率 /% 99 進(jìn)口溫度 /℃ 380 455 410 380 由圖 以及表 34 的數(shù)據(jù)可得： 轉(zhuǎn)化器第一段操作線方程： t=380+226(x0) 第二段操作線方程： t=455+226() 第三段操作線方程： t=410+226() 第四段操作線方程： t=380+226() 圖 四段反應(yīng)過(guò)程的 XT 關(guān)系圖 轉(zhuǎn)化工序物料衡算 本設(shè)計(jì)為 25 萬(wàn)噸 /年硫酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)（以每小時(shí)計(jì)算），由 72 2 5 1 0 1 1 3 5 7 . 93 0 0 2 4 9 8 0 . 9 9S O K m o l?? ? ? ?? 11 可得實(shí)際進(jìn)氣總量為 1357. 9 4473 .75 K m ol?? 為方便計(jì)算，本設(shè)計(jì)假設(shè)進(jìn)氣總量為 1000Kmol,故在最后的計(jì)算結(jié)果上需乘上系數(shù) 1000 ? 進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段氣體量及成分 以 1000Kmol 的進(jìn)氣量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，已知 2SO 占 8%， 2O 占 10%， 2N 占82%. O2 的進(jìn)氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .1 1 0 0O km ol? ? ? 2() 100 32 3200Om kg? ? ? 2 3() 1 0 0 2 2 .4 2 2 4 0OVm? ? ? SO2 的進(jìn)氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .0 8 8 0SO km ol? ? ? 2() 80 64 51 20SOm kg? ? ? 2 3() 8 0 2 2 .4 1 7 9 2SOVm? ? ? N2 的進(jìn)氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .8 2 8 2 0N km ol? ? ? 2() 8 2 0 2 8 2 2 9 6 0Nm kg? ? ? 2 3() 8 2 0 2 2 .4 1 8 3 6 8NVm? ? ? 出一段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 . 7 5 2 ) 1 9 . 8 4S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 .7 5 2 6 0 .1 6S O km o l? ? ? 2 11 0 0 6 0 .1 6 6 9 .9 22O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 12 出二段氣體量及成分 2 8 0 ( 1 0 . 8 9 5 ) 8 . 4S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 . 8 9 5 7 1 . 6S O k m o l? ? ? 2 11 0 0 7 1 .6 6 4 .22O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 出三段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 . 9 7 1 ) 2 . 3 2S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 .9 7 1 7 7 .6 8S O km o l? ? ? 2 110 0 77 .6 8 61 .1 62O k m ol? ? ? ? 2 820N kmol? 出四段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 .9 9 ) 0 .8S O km o l? ? ? ? 3 8 0 0 .9 9 7 9 .2SO km ol? ? ? 2 11 0 0 7 9 .2 6 0 .42O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 由以上計(jì)算匯總轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果于表 35。 操作線溫度的確定：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)，取原料氣的進(jìn)口溫度為 380℃，四段操作線的斜率根據(jù)原理氣里 2SO 的濃度差表得 1/226。 9 計(jì)算得最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系列表 32。 依次計(jì)算得平衡轉(zhuǎn)化率與 溫度的關(guān)系列表 31。 確定各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率 溫度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 [6] 在 400~700℃時(shí)， 17PK T?? （ ） 式中： PK —— 平衡常數(shù) T—— 溫度 /K 平衡轉(zhuǎn)化率100 ( )PTTPTKXaXKP b aX? ?? ? （ ） 式中： a =8%—— 進(jìn)轉(zhuǎn)化器的爐氣中 2SO 的濃度（ %） b=10%—— 進(jìn)轉(zhuǎn)化器的爐 氣中的 2O 的濃度（ %） 第四換熱器 降溫去吸塔 第三轉(zhuǎn)化爐 第三換熱器 第四轉(zhuǎn)換爐 原 料 氣 第四換熱器 鼓風(fēng)機(jī) 第三換熱器 第二換熱器 第一換熱器 第一轉(zhuǎn)化爐 第一換熱器 第二轉(zhuǎn)化爐 第二換熱器 8 P=—— 系統(tǒng)總壓力 /Kpa 取反應(yīng)溫度 T 由公式（ ）計(jì)算 PK 由公式（ ）計(jì)算 TX 試差過(guò)程： 400T? ℃ 時(shí)，由公式 17PK T??得 pK =， 由公 式100 ( )PTTPTKXaXKP b aX? ?? ?，設(shè)等式右邊 tX =，得 tX =； 同上：設(shè) tX = 得 tX =,； tX = 得 tX =； tX =得 tX =； tX = 得 tX =.； tX = 得 tX =。本設(shè)計(jì)采用的催化劑型號(hào)使用溫度為 400580℃，入口 SO2： %[5]。換熱器考慮到氣體有一定腐蝕性，故選用列管式換熱器。 主要設(shè)備選型說(shuō)明 考慮到轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)應(yīng)讓二氧化硫盡可能在最優(yōu)化溫度條件下反應(yīng)，最大限度的利用二氧化硫反應(yīng)放出的熱量，設(shè)備阻力既要小，又能使氣體 分布均勻。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)包括一個(gè)四段反應(yīng)器和四個(gè)換熱器。轉(zhuǎn)化系統(tǒng)為一轉(zhuǎn)一吸四段反應(yīng)裝置，因?yàn)槎趸蜣D(zhuǎn)化的過(guò)程是一個(gè)放熱過(guò)程，它的轉(zhuǎn)化率隨著溫度的升高而降低，因此采用多段反應(yīng)器，通過(guò)一段反應(yīng)器后物料的溫度升高，經(jīng)冷卻后通入下一段反應(yīng)器繼續(xù)反應(yīng)，使整個(gè)反應(yīng)的操作曲線在最適溫度曲線附近，既保證了反應(yīng)的速度，又可以 達(dá)到較高的轉(zhuǎn)化率。 二氧化硫氧化反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)： 2 2 3cat12 pSO O SO Q?????? ?? 3 1232*p **SOSO OPKPP? 6 p ? ? ? 工藝流程說(shuō)明 現(xiàn)運(yùn)用接觸法一轉(zhuǎn)一吸酸洗封閉流程生產(chǎn)硫酸，其生產(chǎn)工藝大致有六大工序，即：原料預(yù)處理、 SO2 爐氣制取、 SO2 氣體凈化、二氧化硫轉(zhuǎn)化、三氧化硫吸收、“三廢”處理。轉(zhuǎn)化流程為 4 段間接換熱式。理論上催化氧化操作過(guò)程的段數(shù)越多，最終轉(zhuǎn)化率越高，而且過(guò)程更接近于最佳溫度曲線，催化劑的利用率越高。前述的原料加工、焙燒、凈化、吸收、三廢處理，成品酸貯存和計(jì)量工序在該過(guò)程中均有 [4]。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)。第三，將三氧化硫與水結(jié)合成硫酸。實(shí)現(xiàn)這一過(guò)程需將寒流原料焙燒，故工業(yè)上稱之為“焙燒”。這種方法的特點(diǎn)是： 終轉(zhuǎn)化率搞； SO2氣體； SO2排放量； 需換熱面積較大； 45KPa。 兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收流程： 60 年代以來(lái)，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(jiǎn)稱為兩轉(zhuǎn)兩吸。這種流程比較簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，一般不超過(guò) 97%。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 [3]。氣體在床層中進(jìn)行絕熱反應(yīng)，溫度升高到一定程度后，離開(kāi)催化床進(jìn)行降溫，然后再進(jìn)入下一段床層進(jìn)行絕熱反應(yīng)。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。新中國(guó)成立后，即大力發(fā)展先進(jìn)的接觸法硫酸生產(chǎn)，逐步代替鉛室法和塔式法。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。在不同的國(guó)家中，由于本國(guó)含硫資源的不同，生產(chǎn)硫酸的原料路線有很大的差異，且所用原料的比重隨硫資源的供給情況也有所調(diào)整。 接觸法制酸幾乎是世界上硫酸工業(yè)的唯一生產(chǎn)方法。硝化法制得的硫酸， H2SO4 含量低（ 78﹪ H2SO4），雜質(zhì)含量高（主要含有塵及氮氧化物），且需耗用大量硝酸或硝 3 酸鹽，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足不了染料、化纖、有機(jī)合成、石油化工部門的要求。塔式法制出的硫酸濃度可達(dá) 76%左右。其中鉛室法在 1746 年開(kāi)始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法。 二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很難進(jìn)行。 實(shí)驗(yàn)室硫酸制法 ： 可以用 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 關(guān)鍵在于 尾氣 吸收。在 18 世紀(jì) 40 年代以前，這種方法為不少地方所采用。 7H2O)為原料，放在蒸餾釜中煅燒而制得硫酸的方法。 早在 8 世紀(jì)就有硝石與綠礬在一起蒸餾得到硫酸的方法。用它生產(chǎn)的硫酸占硫酸總產(chǎn)量的 80﹪以上，其它原料在 20﹪以下，其中冶煉煙氣占 16﹪左右。中國(guó)是硫鐵礦資源較為豐富的國(guó)家，硫鐵礦產(chǎn)量居世界首位。為了減少污染，降低生產(chǎn)成本改用硫磺制硫酸。傳統(tǒng)的工藝流程是硫鐵礦制酸法。運(yùn)載火箭所用染料亦離不了硫酸。在炸藥及國(guó)防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、消化纖維、三硝基甲苯等炸藥。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)。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。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(guò)磷酸鈣、硫胺等。 硫酸用途非常廣泛，無(wú)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(guó)防力量，都起著重要作用。工業(yè)上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即 SO3與 H2O 摩爾比≤ 1 的物質(zhì)。 課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書 論文題目 ： 年產(chǎn) 25萬(wàn)噸硫酸轉(zhuǎn)化工藝設(shè)計(jì) 學(xué) 號(hào) ： 0941520208 學(xué)生姓名： 專業(yè)班級(jí)： 09 應(yīng)用化工 03