【正文】 圖 52 冷卻后、泵前串酸。此工藝設置兩個 98％H 2SO4的硫酸吸收塔，并各使用一個酸液循環(huán)系統(tǒng)。根據產品的要求，也可引出少量作為成品酸輸出。98％H 2SO4的硫酸吸收系統(tǒng)的酸亦在吸收 SO3時濃度升高，溫度上升，出塔后在泥酸罐中與干燥塔串來的 93％H 2SO4的硫酸混合，配成 ％一 ％H 2SO4的硫酸，必要時可加人水。105％H 2S04的發(fā)煙酸由吸收塔上部分酸裝置均勻分布在填料上，與轉化氣逆流接觸．酸濃度和溫度上升，然后從塔底排出，進入混酸罐(成循環(huán)酸槽)與來自98％H 2S04的硫酸吸收系統(tǒng)的 98％H 2SO4的硫酸混合，控制循環(huán)酸中戰(zhàn)況含量在l04．6％一 l05．0％之間。少數廠家配有 105％發(fā)煙酸吸收塔，生產20％S0 3(游離)標準發(fā)煙硫酸，其流程見圖 51。 三氧化硫吸收的工藝流程5．2．1 一轉一吸干—吸系統(tǒng)工藝流程目前中國硫酸生產，由于技術發(fā)展的歷史原因，仍有采用一轉一吸工藝的。中國硫酸廠多取噴淋密度在 15—25 m179。吸收設備為填料塔時，酸量不足，填料的潤濕率降低，傳質面積減少，吸收率降低；相反，循環(huán)酸量亦不能過多，過多對提高吸收率無益，還會增加氣體阻力，增加動力消耗，嚴重時還會造成氣體夾帶酸沫和液泛。循環(huán)酸量的影響為較完全地吸收三氧化硫．循環(huán)酸量的大小亦很重要。表 51 水蒸氣含量與轉化氣露點的關系水蒸氣含量 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 35 轉化器的露點 112 121 127 131 135 138 141 在高溫吸收工藝中，進塔氣體溫度提高到 180 一 230℃，這樣氣體在吸收塔中各部位均能保持在露點溫度以上，出轉化器的氣體不必冷卻。 從表 51 可以看出，當爐氣干燥到含水蒸氣只有 ／m179。但在吸收轉化氣中 SO3 時，為避免生成酸霧，氣體溫度不能太低。進塔氣溫的影響進塔氣溫對吸收 SO3 亦有較大影響。 在酸液吸收 S03 時．如用噴淋式冷卻器來冷卻吸收酸，酸溫度應控制在 60一 75℃左右，酸溫度過高會加劇硫酸對鐵制設備和管道的腐蝕。盡管進塔氣溫較高，如酸溫度很低，在傳熱傳質過程中，不可避免地出現局部溫度低于硫酸蒸氣的露點溫度，此時會有相當數量的酸霧產生。因此，從吸收率角度考慮，酸溫低好。吸收酸溫度吸收酸溫度對 SO3 吸收率的影響較為明顯。不能用水進行吸收，否則將形成大量酸霧。2②兩次轉化較一次轉化增加了一臺中間吸收塔及幾臺換熱器，阻力比一次轉化流程增大 ～。氣體兩次從 70℃左右升高到 420℃，換熱面積較一次轉化大。由于少了尾氣回收工序，勞動生產率可以提高 7％。以焙燒硫鐵礦為例，SO 起始濃度可提高到2 2％～10％，與一次轉化的 7％～％對比，同樣設備可以增產 30％～40％。因此，尾氣中二氧化硫濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 33 含量可低達 ％～％，比“一轉一吸”尾氣中二氧化硫含量降低 5～10 倍，減少了尾氣煙害?！皟赊D兩吸“流程與“一轉一吸”流程比較，具有下述優(yōu)點。此外，常見的還有 3+1，Ⅳ、ⅠⅢ、Ⅱ及 3+1 ，Ⅲ、ⅠⅣ、Ⅱ和 2+Ⅱ、ⅢⅣ、Ⅰ等流程。流程的特征，可用第一、第二次轉化段數和含 氣通過換熱器的次序來表示。但以“兩轉兩吸”最為有效，該工藝基本上消除了尾氣煙害。如采用氨吸收法回收，不僅需要增加設備，2同時產生不少困難，如氨的來源、運輸、腐蝕問題，以及消耗產品酸等問題。濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 32 主要工藝流程二氧化硫氧化的工藝流程，根據轉化次數來分有一次轉化、一次吸收流程(簡稱“—轉一吸”流程)和二次轉化、二次吸收流程(簡稱“兩轉兩吸”流程)。B．轉子與機殼之間的間隙容易增大，導致風機效率降低，一般效率在 一 左右。D．制造和維修費用低。B．送氣量穩(wěn)定，不因系統(tǒng)阻力而改變。 羅獲式鼓風機有以下特點：A。目前使用最多的是單軸承單面進氣，如 D700—13—1 型鼓風機。主要區(qū)別在軸承和進氣口。大型硫酸廠一般采用離心式鼓風機，小型硫酸廠一般采用羅獲式鼓風機。濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 31 圖 43 四段沸騰床轉化器1氣體分布板；2算子板；3換熱元件；4人孔；5除塵罩；Ⅰ～Ⅳ催化器床4．4．2 鼓風機 目前中國硫酸工業(yè)上使用的鼓風機，大多為離心式和容積式兩種。轉化器頂部裝有陳塵擎，以捕集氣體夾帶的粉塵。反應混合氣體依次由下而上通過各段催化床。 內部換熱式轉化器 80 年代初，加拿大 chemieties 公司設計的“2+2“式兩次轉化器，殼體和內件均用不銹鋼焊接組合，用于 600／d 的硫磺制酸系統(tǒng)，結構如圖 42 所示。為防止一次轉化氣向二次轉化氣泄漏．第三、四段間采用整體隔板。直徑 11m，總高 。F．轉化器的建設費用應低。D．應最大限度地回收和利用 S02反應熱。B．轉化器單臺能力與全系統(tǒng)能力配套。 轉化器轉化器型式按床層類型分，有固定床和流化床兩種：按換熱器位置分，有內部換熱型和外部換熱型；按氣流在床內流動方向分，有抽向轉化器和徑向轉化器。 轉化設備 二氧化硫轉化工序的設備主要有轉化器、換熱器、鼓風機和加熱爐等，以及其它許多閥門、儀表等附屬設備。如采用 SO 回收裝置，最終轉化率可以取低些。最終轉化率的最佳值與所采用的工藝流程、設備和操作條件有關。提高最終轉化率可以減少尾氣 SO 2的含量，減輕環(huán)境污染，同時也可提高硫的利用率；但卻導致催化劑用量和流體阻力的增加。例如，以硫磺為原料，SO 最佳濃度為2％左右；以含煤硫鐵礦為原料，SO 最佳濃度小于 7％；以硫鐵礦為原料的兩2轉兩吸流程，SO 最佳濃度可提高到 9％～10％，最終轉化率仍能達 ％。因此，應當根據硫酸生產總費用最低的原則來確定二氧化硫的起始濃度，根據經濟核算得知，若采用普通硫鐵礦為原料，對一轉一吸流程，當轉化率為 ％時 SO 濃度為 7～％最適宜。因此從減少催化劑用量來看，采用低二氧化硫濃度是有利的。二氧化硫的起始濃度 若增加爐氣中 SO 的濃度，就相應地降低了爐氣中氧的濃度，這種情況下，反2濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 28 應速度會相應降低。在使用釩催化劑的條件下；反應溫度應在420～580℃的范圍。 二氧化硫的氧化的工藝條件的選擇反應溫度 SO 催化氧化的反應是可逆放熱反應。釩催化劑一般含 V O 5％～9％，K O 9％～13％，Na O 1％～ 5％、SiO 50％～70％，2222并含有少量 Fe 0 、A1 O 、CaO、MgO 及水分等。釩催化劑的活性組分是五氧化二釩。如果催化劑的顆粒較小，反應溫度比較低時，這時的阻力主要來自表面反應，內擴散的影響可以不考慮。外擴散主要由氣流速度所決定，實際生產中，二氧化硫氣體通過催化劑床層的氣流速度是相當大的，故外擴散的影響可忽略不計。2該反應是一個氣固相催化反應，擴散過程對反應速率也有一定影響，特別當溫度較高，表面反應速率較大時，擴散的影響就更不可忽視。爐氣的起始濃度對反應速率也有影響，爐氣中 SO 起始濃度增大，氧的起始2濃度則相應地降低，反應速率則隨之減慢。表 43 是在一定起始氣體組成條件下，對應于不同轉化率，該反應的最適宜溫度。溫度對該反應的速率有很大影響。氣體的起始組成中,a越小或 b 越大,平衡轉化率越大，反之亦然。由表 41 可知，其他條件不變時，增大壓力，平衡轉化率也隨之增大，但壓力對平衡轉化率的影響沒有像溫度對平衡轉化率的影響那樣顯著。溫度越低，則平衡轉化率越高。(1)溫度 由表 4l 和表 42 均可看出，當壓力、爐氣的起始組成一定時。表 41 平衡轉化率(％)與溫度、壓力的關系P/MPaT/ C0 濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 26 400 450 500 550 600 而在常壓下平衡轉化率與起始組成、溫度的關系如表 42 所示。 O 的剩余體積 b a x ,平衡時氣體混合物的T2 T總體積為 100 a x ，故氧的平衡分壓可表示為： P = P （46） ?將式（46）代入式（45）得： x = （47） TPaxbKTP)(1??式(4—7)是關于 x 的隱含數，可由試差法求解。由此不難得出：T x = （45） T21oPK?若以 a,b 分別表示混合氣體中 SO ，O 的初始體積或摩爾含量，p 表示系統(tǒng)2總壓力(MPa)。平衡轉化率則反映在某一溫度下，反應p可以進行的極限程度。其平衡常數可表示為：濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 25 K = （42）式中 P ,P ,P —分別為 SO 、O 及 SO 的平衡分壓。第四章 二氧化硫的催化氧化 二氧化硫催化氧化的基本原理 二氧化硫催化氧化反應的化學平衡二氧化硫氧化為三氧化硫的反應為： △H = kJ/mol （41）321SOS??298此反應是可逆放熱、體積縮小的反應。為維持干燥酸濃度，必須將吸收系統(tǒng) 98％H 2S04引入酸貯槽中。濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 24 圖 33 爐氣干燥工藝流程1干燥塔；2酸冷卻器 3干燥酸貯槽經凈化除去雜質的濕爐氣及補加空氣，在干燥塔內與塔頂噴淋的濃硫酸逆流接觸，氣相中水分被硫酸吸收，經捕沫器除去氣體夾帶的酸沫后進入轉化系統(tǒng)。爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時，爐氣即被干燥。濃硫酸具有強烈的吸水性，常用于氣體干燥。 爐氣的干燥礦塵、砷、硒、氟和酸霧清除后，還需清除水分，如此才算完成凈化。在泡沫塔后設一臺最終逆噴型洗滌器，以脫除殘余的不溶性顆粒塵埃及大部分殘余酸霧。濟源職業(yè)技術學院畢業(yè)設計(論文) 23 圖 32 動力波三級洗滌器凈化流程6一級和二級動力波洗滌器泵； 7一級和二級動力波洗滌器；3板式冷卻器；4氣體冷卻塔泵；5氣體冷卻塔首先，含塵爐氣進入一個初級逆噴型洗滌器，氣體在這里急冷降溫，酸霧等冷凝，同時除塵，除塵效率可達 90％左右。泡沫區(qū)中氣液接觸非常密切，可有效地脫除塵埃細粒、冷卻氣體和多級吸收氣體。其中有逆噴型和泡沫塔型兩種洗滌器應用于制酸的凈化。動力波凈化工藝 動力波凈化工藝是目前比較先進的一種凈化流程，它主要采用動力波洗滌器進行洗滌凈化，其凈化效率較高，該工藝常見的流程是動力波三級洗滌器凈化流程。此外，爐氣中的三氧化硫全部損失，二氧化硫也不能保全，故硫的利用率低。與酸洗流程相比，水洗流程設備少、投資省、凈化效果較好，適用于砷，氟和礦塵含量高的爐氣凈化。（3） “文文冷電”水洗流程。（2） “文泡電”水洗流程。（1） “文泡文”水洗流程?！皟伤黄鲀呻姟彼嵯戳鞒蹋彩窃跇藴仕嵯戳鞒袒A上發(fā)展起來的，其中的增濕塔用間接冷凝器代替，故稱“兩塔一器兩電”酸洗流程。標淮酸洗流程是以硫鐵礦為原料的經典酸洗流程，由兩個洗滌塔、一個增濕塔和兩級電除霧器組成，故也稱“三塔兩電”酸洗流程。圖 31 “文泡冷電”酸洗流程1文氏管； 2文氏管受槽；5復擋除沫器；4泡沫塔；6間接冷卻塔；7電除霧器；8安全水封；9斜板沉降槽；10泵；11循環(huán)槽；12稀酸槽文丘里洗滌器 1 的洗滌酸經斜板沉降槽 9，沉降循環(huán)酸中的污泥；經沉降后的清液循環(huán)使用；污泥自斜板底部放出，用石灰粉中和，與礦渣一起外運。兩級稀酸洗之后的爐氣，經復擋除沫器 5 除沫，進入列管間接冷卻塔 6，使爐氣進一步冷卻，同時，使水蒸氣進一步冷凝，并且使酸霧粒徑再進一步增大。由焙燒工序來的 SO 爐氣，首先進入文丘里洗滌器 l(文氏管)，用215％～20％的稀酸進行第一級洗滌，洗滌后的氣體經復擋除襪器 3 除沫后進入泡沫塔 4，用 1％～3％的稀酸進行第二級洗滌。此處著重介紹相對先進的“文泡冷電”酸洗流程。在國外，新興的高效動力波凈化工藝，已在制酸工業(yè)中應用。到 70 年代強調環(huán)境保護后，爐氣濕法凈化朝著封閉型稀酸洗滌方向轉變。當時，由于開發(fā)采用了一些體積小、效率高的洗滌設備(如文氏管)取代了龐大的塔設備，從而出現了多種水洗凈化流程。20 世紀 50 年代后期 60 年代初期，國內外采用了水洗凈化流程。20 世紀 50 年代以前，使用機械爐焙燒制氣時，國內外普遍采用魯奇酸洗流程，為與后來發(fā)展的各種凈化流程區(qū)別，稱其為“標準酸洗流程” 。此外，為了提高除霧效率，還可采取增加電除霧器的段數，在兩級電除霧器中間設置增濕塔，降低氣體在電除霧器的流速等措施。實際生產中采取逐級增大酸霧粒徑逐級分離的方法，以提高除霧效率。電除霧器的除霧效率與酸霧微粒的直徑有關。當用水或稀酸洗滌爐氣時，由于爐氣溫度迅速降低，形成酸霧是不可避免的。實踐證明，氣體的冷卻速度越快，蒸氣的過飽和度越高，越易形成酸霧。當溫度降到一定程度，硫酸蒸氣就會達到飽和，直至過飽和。酸霧的形成與清除 爐氣凈化時，由于采用硫酸溶液或水洗滌爐氣，洗滌液中有相當數量的水蒸氣進入氣相，使爐氣中的水蒸氣