【正文】 則：直管總長 ，每排有 彎頭 5 個，每個相當(dāng)直管長度為：72?直L?180??mD8021???每排管總長 。(1)冷卻水用量 G由式(41)得： 或(= 3/h)????hkg/..295????(2)冷卻排管的排列進口酸量 或(= 3/s)hm/. 3擬采用 ；壁厚 ；管長 L=2m 的鑄鐵管。K)代入式 (44)得：冷卻面積 ..7946mF???其中，冷卻面積 ＜冷卻排管總換熱面積 ，故此裝置合格。K)???K將 K= kJ/(m2K)...02 ???????將 的計算結(jié)果代入式(44)得： kJ/(m2K)??. ??????? kJ/(m2?由式(47)和式(48)得： ??135261084. . ?????.???將以上計算結(jié)果代入式(45)得： kJ/(m2ss；? Cp—硫酸的熱容量，kJ/(kgK)；? —管的內(nèi)外直徑，m；HBd、 Re—雷諾系數(shù)； Pr—普蘭特常數(shù)； G—冷卻水量，kg/h； L—管的長度，m。K) (46)??????LGdH上兩式中： —硫酸導(dǎo)熱系數(shù)， kJ/(mK) (.??Bd??5)，kJ/(m 2管? ，kJ/(m 2ssssK)；—平均溫差，℃。則：直管總長 ，每排有 彎頭 5 個，每個相當(dāng)直管長度為：7?直L?180??mD8021???每排管總長 每排換熱面積為： ??總L假設(shè)干燥塔冷卻器共 9 排，總換熱面積： 酸在排管內(nèi)流速 (合格，可以采用)??sm/??(3)冷卻面積 F (42)tKQ??式中： Q—熱負(fù)荷，kJ/h；K—傳熱系數(shù)，kJ/(m 2水t?由式(41)得： 或(=515m 3/h)????hkgG/????(2)冷卻排管的排列進口酸量 或(= 3/s)hm/.10854..73擬采用 ；壁厚 ；管長 L=2m 的鑄鐵管。(1)冷卻水用量 G (41)水tCQ???式中：Q—熱負(fù)荷，kJ/h； C—水的比熱容，kJ/(kg吸收循環(huán)槽熱量衡算結(jié)果如表 所示。(1)中間吸收塔冷卻器來酸帶入熱 Q1??hkJIQ/60195??(2)最終吸收塔冷卻器來酸帶入熱 Q2 53℃(I=)??hkJ/?(3)93% H2SO4→98% H2SO4 串酸帶入熱 Q3 (53℃時 93% H2SO4 的熱焓量 I=)Q/??(4)93% H2SO4→98% H2SO4 串酸混合熱 Q4????hkJQ /?????(5)上塔酸帶出熱 Q5酸溫 55℃，98% H 2SO4，I=。最終吸收塔熱量衡算結(jié)果如表 所示。K))。OHkgJ2/(4)98% H2SO4 濃縮為 % H2SO4 的濃縮熱 Q4????hkJQ /?????式中： 及 分別為 98%及 99% H2SO4 的積分稀釋熱( )。K))。中間吸收塔物料衡算結(jié)果如表 所示。K)。OHkgJ2/(4)98% H2SO4 濃縮為 % H2SO4 的濃縮熱 Q4????hkJQ /?????式中： 及 分別為 98%及 99% H2SO4 的積分稀釋熱( )。K))。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(jié)果如表 所示。C???hkgG/???(5)出塔酸量 /4..59?(6)出塔酸濃出塔酸中含 SO3 %???相當(dāng)于出塔酸濃 % H2SO4。表 進最終吸收塔氣體成分項目 kmol/h kg/h m3/hSO2 SO3 972 O2 N2 ∑ (2)吸收 SO3 量(吸收率為 99%) ??hkmol/??(3)出塔 SO3 量 l/...?表 出最終吸收塔氣體成分項目 SO2 SO3 O2 N2 ∑kmol/h (4)上塔酸量 G為了便于管理，吸收塔仍采用 327 m3/h 酸泵，上塔酸量同中間吸收塔。中間吸收塔物料衡算結(jié)果如表 所示。表 進中間吸收塔氣體成分項目 kmol/h kg/h m3/hSO2 SO3 O2 N2 ∑ (2)吸收 SO3 量(吸收率為 99%) ??hkmol/??(3)出塔 SO3 量 l/6...?表 出塔氣體成分項目 SO2 SO3 O2 N2 ∑kmol/h (4)上塔酸量 G為了便于管理，循環(huán)酸泵仍選用與干燥塔相同的酸泵(327 m 3/h)。干燥塔的熱量衡算及循環(huán)酸槽的熱量衡算結(jié)果分別見表 和表 。⑥從干燥塔冷卻器來的硫酸溫度由熱量平衡得： 54321??? ??II= kJ/kg 查表 通過內(nèi)插法得：% H 2SO4 的溫度為 t=℃。③混合熱 Q3由 % H2SO% H 2SO4 兩種濃度的硫酸，混合成 93% H2SO4。 ??hkJqqQ/???⑥出塔酸帶出熱 Q6 和酸溫 54321Q???hkJ/ ? ???則：出塔酸的熱焓 ??kgJI /..?查表 通過內(nèi)插法得：% H 2SO4 I= kJ/kg 時的溫度為 t=℃。2???hkJ/4?⑤爐氣帶出熱 Q5(t=45℃)SO2 帶出熱量： ??kJq /??O2 帶出熱量： h730902?N2 帶出熱量： /..H2O 帶出熱量： ??kJq4245)1/7(4 ??式中 、 分別為 0～45℃時 SOO N 2 及 H2O 的摩爾熱容kJ/(kmol1 ???098/?n??kolJ/39?！獫舛确謩e為 CC 1時每 mol H2SO4 所含水的摩爾數(shù)。對于濃度為 C1 的硫酸，當(dāng)稀釋到濃度為 C2 時，放出的熱量按下式計算： (35)39。??n式中： —稀釋熱， kJ/kmol H2SO4；39。K))。m/h干燥塔循環(huán)酸槽的物料衡算如表 所示。由 平衡得： (31)OH2 xy???%由 平衡得： (32)3Sxy7%8 (33) 將式(33)代入式(31)： )/(.%.hkgxyy?????(4)循環(huán)酸量由于塔直徑未確定，故而按酸濃度差計算循環(huán)酸量。 干燥塔及其循環(huán)槽的工藝計算 干燥塔及循環(huán)槽的物料衡算(1)進干燥塔氣體成分??????hkmolOHhkmolNhkolS /)(.0: /..: / ?????進干燥塔氣體成分如表 所示。吸收塔進酸濃度 98%；出酸濃度 %。 爐氣成分SO2：% ； O2 ：%； N2 ：%。)物料衡算以每小時硫酸的生產(chǎn)量為基準(zhǔn)。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)。第一次使大部分 SO2 得到轉(zhuǎn)化，一般控制轉(zhuǎn)化率在 90％左右，然后進入第一吸收塔(或稱中間吸收塔)將 SO3 吸收，再進行第二次轉(zhuǎn)化。 兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程本次硫酸干吸工段的工藝設(shè)計我們采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程。在活性炭表面，吸附態(tài)的 SO2 和吸附態(tài)的氧作用，形成吸附態(tài) SO3，有水存在時，便形成硫酸。當(dāng)尾氣中的 SO2 在一定條件下通過活性炭層時，被活性炭表面吸附。主要有堿性硫酸鋁—石膏法、氧化鋅溶液吸收法、氧化錳法等 [8]。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。常用的堿吸收液有碳酸鈉溶液，氫氧化鎂溶液及石灰乳等。其中應(yīng)用最廣的是氨—堿法。 尾氣處理方法對尾氣及含低濃度 SO2 氣體的處理方法甚多，且各具特色，主要有：(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。故在新建的硫酸廠中，這種流程以得到廣泛的采用。提高 SO2 的最終轉(zhuǎn)化率，使之達到 %，就符合目前的排放標(biāo)準(zhǔn)。(5)尾氣處理：硫酸廠尾氣中的有害物，主要是 SO2(約 %—%)，少量的 SO3 和酸霧。轉(zhuǎn)化氣一次通過發(fā)煙硫酸吸收塔和濃硫酸吸收塔，分別被發(fā)煙硫酸和%硫酸吸收 SO3 氣體后，氣相中的 SO3 含量可降至 —%，然后由濃硫酸吸收塔出口引至尾氣處理部分，或直接經(jīng)過捕沫后放空。當(dāng) n1 時，形成發(fā)煙硫酸；n=1 時，形成無水硫酸；n1 時，則為含水硫酸，即硫酸的水溶液。(4)SO3 氣體的吸收：氣體中的二氧化硫經(jīng)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(chǎn)品硫酸。而且，采用沸騰床轉(zhuǎn)化器可以降低工廠投資，提高蒸汽回收量。為了克服這些缺點，可采用沸騰轉(zhuǎn)化。③沸騰轉(zhuǎn)化：傳統(tǒng)上，二氧化硫的催化氧化過程都是采用固定床轉(zhuǎn)化器。此時由于反應(yīng)混合物中不含 SO3，而且SO2 濃度很低， O2/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)化率達到 95％左右。②二次轉(zhuǎn)化二次吸收：兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝與一次轉(zhuǎn)化一次吸收工藝相比，所以能用較少的催化劑而獲得很高的最終轉(zhuǎn)化率，關(guān)鍵在于將整個轉(zhuǎn)化過程分為兩次進行。如果要得到更高的轉(zhuǎn)化率，將使所需的催化劑用量大幅度增加，這是不經(jīng)濟的，而且還受到平衡轉(zhuǎn)化率的限制。所以現(xiàn)在普遍采用多段換熱式轉(zhuǎn)化器。按照換熱方式不同，轉(zhuǎn)化器可以分為多段換熱式和連續(xù)換熱式兩類。高效旋風(fēng)除塵器、文式管、泡沫塔、新型填料塔、板式冷卻器、沖擊波洗滌器、高密度聚乙烯泵、耐稀酸合金泵等高效耐磨蝕設(shè)備的出現(xiàn)，使凈化設(shè)備的選型范圍擴大了，壽命延長了，使?fàn)t氣凈化工藝方法更加合理完善。初始，由簡單的重力沉降室和慣性除塵室、旋風(fēng)除塵器等所組成，凈化效率低下。目前普遍采用的是濕法凈化。因此，爐氣必須進行一部的進化和干燥，方可進行二氧化硫的催化氧化。隨同爐氣帶入凈化系統(tǒng)的還有水蒸氣和少量三氧化硫氣體，二者結(jié)合可形成酸霧。砷能使催化劑中毒，氟能腐蝕設(shè)備。(2)爐氣的凈化進入凈化系統(tǒng)的爐氣含有礦塵，礦塵的積累不僅堵塞管道設(shè)備，而且其中的氧化鐵能與酸霧形成硫酸鐵，覆蓋在二氧化硫催化劑的表面，既降低催化劑的活性，有增加了床層的阻力。若爐渣含硫量較高，含鐵量不高時，可以用作水泥的附屬原料——混合料。特別是國防工業(yè)上用以制造各種炸藥、發(fā)煙劑等。硫鐵礦是一種重要的化學(xué)礦物原料，主要用于制造硫酸，部分用于化工原料以生產(chǎn)硫磺及各種含硫化合物等。這些硫與各種金屬化合生成了不同的硫化礦物。此外，煤硫沉積形成的黃硫礦礦床也值得利用。焚燒時有藍色火焰并有刺鼻的硫磺臭味。有時許多晶體結(jié)合在一起，成為各式各樣的的復(fù)晶。但現(xiàn)今采用最多的還是硫鐵礦與硫磺的燃燒這兩種方式。圖 接觸法制硫酸工藝流程圖 接觸法制硫酸全工段工藝簡介(1)SO2 氣體的制取制取 SO2 氣體是制取硫酸的第一步，也是制取硫酸的重要一步。 工藝設(shè)計原理年產(chǎn) 12 萬噸硫酸干吸工段工藝設(shè)計采用的生產(chǎn)方法是接觸法制硫酸。 五是我國硫磺回收能力逐步提高，預(yù)計 2022 年能力達到 350 萬噸，產(chǎn)量可達 250 萬—350 萬噸，將有效補充國內(nèi)硫需求，進口硫磺將穩(wěn)定在 850—900 萬噸左右。 三是沿江沿海地區(qū)以獲取能源為目的建設(shè)硫磺制酸裝置的勢頭，會因硫酸市場飽和而所減弱，將用3—5 年的時間消化現(xiàn)有剩余能力?！笆濉?硫酸工業(yè)發(fā)展趨勢：一是云南、貴州、湖北 3 個主要產(chǎn)磷省以建設(shè)大型硫磺制酸裝置為主，與濕法磷酸配套，基本做到供需平衡。其它如沸騰轉(zhuǎn)化、大型化工廠的設(shè)計、投產(chǎn)、新型催化劑、塔器、防腐材料的研制使用，都給我國硫酸工業(yè)帶來新氣象。20 世紀(jì)80 年代初期，蘇聯(lián)科學(xué)院西伯利亞分院研究成功了 SO2 非穩(wěn)態(tài)氧化法，已經(jīng)獲得廣泛應(yīng)用。我國于1966 年在上海硫酸廠首次成功的應(yīng)用了“3+1”式兩次轉(zhuǎn)化技術(shù)，使最終轉(zhuǎn)化率從 97%提升到 %。既可進行氧化焙燒，又可進行磁性焙燒、硫酸化焙燒，對燃燒廢渣進行綜合利用。焙燒技術(shù)：1956 年開發(fā)硫鐵礦的沸騰焙燒以來，目前凡用硫鐵礦制酸裝置，已全部使用沸騰焙燒爐 [10]。冶煉煙氣制酸在生產(chǎn)中也占有相當(dāng)比重，硫磺制酸比重也有所增加。 我國硫酸工業(yè)技術(shù)概況我國硫酸工業(yè)的高速發(fā)展，不僅表現(xiàn)在產(chǎn)量的增加和品種數(shù)的增多，同時還表現(xiàn)與生產(chǎn)技術(shù)的改革提高上。以上我們討論了在催化劑上發(fā)生的反應(yīng)(稱為表面反應(yīng))，實際上影響 SO2 氧化成 SO3的反應(yīng)速度還有另一些因素。Ｏ→催化劑催化劑因此很容易與原子氧結(jié)合在一起，在催化劑表面形成絡(luò)合狀態(tài)的中間物種。一是釩催化劑上存在著活性中心，氧分子吸附在它上面后，使二氧化硫內(nèi)部鍵遭到破壞甚至斷裂，使氧分子變?yōu)榛顫姷难踉?