【正文】 圖 52 冷卻后、泵前串。此工藝設(shè)置兩個(gè) 98％H 2SO4的硫酸吸收塔，并各使用一個(gè)酸液循環(huán)系統(tǒng)。根據(jù)產(chǎn)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(shí)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(shí)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(zhuǎn)化氣逆流接觸．酸濃度和溫度上升，然后從塔底排出，進(jìn)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(shù)廠家配有 105％發(fā)煙酸吸收塔，生產(chǎn)20％S0 3(游離)標(biāo)準(zhǔn)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(zhuǎn)一吸干—吸系統(tǒng)工藝流程目前中國硫酸生產(chǎn)，由于技術(shù)發(fā)展的歷史原因，仍有采用一轉(zhuǎn)一吸工藝的。中國硫酸廠多取噴淋密度在 15—25 m179。吸收設(shè)備為填料塔時(shí)，酸量不足，填料的潤濕率降低，傳質(zhì)面積減少，吸收率降低；相反，循環(huán)酸量亦不能過多，過多對(duì)提高吸收率無益，還會(huì)增加氣體阻力，增加動(dòng)力消耗，嚴(yán)重時(shí)還會(huì)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(zhuǎn)化氣露點(diǎn)的關(guān)系水蒸氣含量 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 34 轉(zhuǎn)化器的露點(diǎn) 112 121 127 131 135 138 141 在高溫吸收工藝中，進(jìn)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(diǎn)溫度以上，出轉(zhuǎn)化器的氣體不必冷卻。 從表 51 可以看出，當(dāng)爐氣干燥到含水蒸氣只有 ／m179。但在吸收轉(zhuǎn)化氣中 SO3 時(shí)，為避免生成酸霧，氣體溫度不能太低。進(jìn)塔氣溫的影響進(jìn)塔氣溫對(duì)吸收 SO3 亦有較大影響。 在酸液吸收 S03 時(shí)．如用噴淋式冷卻器來冷卻吸收酸，酸溫度應(yīng)控制在 60一 75℃左右，酸溫度過高會(huì)加劇硫酸對(duì)鐵制設(shè)備和管道的腐蝕。盡管進(jìn)塔氣溫較高，如酸溫度很低，在傳熱傳質(zhì)過程中，不可避免地出現(xiàn)局部溫度低于硫酸蒸氣的露點(diǎn)溫度，此時(shí)會(huì)有相當(dāng)數(shù)量的酸霧產(chǎn)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(duì) SO3 吸收率的影響較為明顯。不能用水進(jìn)行吸收，否則將形成大量酸霧。2②兩次轉(zhuǎn)化較一次轉(zhuǎn)化增加了一臺(tái)中間吸收塔及幾臺(tái)換熱器，阻力比一次轉(zhuǎn)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(zhuǎn)化大。由于少了尾氣回收工序，勞動(dòng)生產(chǎn)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(zhuǎn)化的 7％～％對(duì)比，同樣設(shè)備可以增產(chǎn) 30％～40％。因此，尾氣中二氧化硫濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 32 含量可低達(dá) ％～％，比“一轉(zhuǎn)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(zhuǎn)兩吸“流程與“一轉(zhuǎn)一吸”流程比較，具有下述優(yōu)點(diǎn)。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(zhuǎn)化段數(shù)和含 氣通過換熱器的次序來表示。但以“兩轉(zhuǎn)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(shè)備，2同時(shí)產(chǎn)生不少困難，如氨的來源、運(yùn)輸、腐蝕問題，以及消耗產(chǎn)品酸等問題。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 31 主要工藝流程二氧化硫氧化的工藝流程，根據(jù)轉(zhuǎn)化次數(shù)來分有一次轉(zhuǎn)化、一次吸收流程(簡稱“—轉(zhuǎn)一吸”流程)和二次轉(zhuǎn)化、二次吸收流程(簡稱“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程)。B．轉(zhuǎn)子與機(jī)殼之間的間隙容易增大，導(dǎo)致風(fēng)機(jī)效率降低，一般效率在 一 左右。D．制造和維修費(fèi)用低。B．送氣量穩(wěn)定，不因系統(tǒng)阻力而改變。 羅獲式鼓風(fēng)機(jī)有以下特點(diǎn)：A。目前使用最多的是單軸承單面進(jìn)氣，如 D700—13—1 型鼓風(fēng)機(jī)。主要區(qū)別在軸承和進(jìn)氣口。大型硫酸廠一般采用離心式鼓風(fēng)機(jī)，小型硫酸廠一般采用羅獲式鼓風(fēng)機(jī)。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 30 圖 43 四段沸騰床轉(zhuǎn)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(fēng)機(jī) 目前中國硫酸工業(yè)上使用的鼓風(fēng)機(jī)，大多為離心式和容積式兩種。轉(zhuǎn)化器頂部裝有陳塵擎，以捕集氣體夾帶的粉塵。反應(yīng)混合氣體依次由下而上通過各段催化床。 內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器 80 年代初，加拿大 chemieties 公司設(shè)計(jì)的“2+2“式兩次轉(zhuǎn)化器，殼體和內(nèi)件均用不銹鋼焊接組合，用于 600／d 的硫磺制酸系統(tǒng)，結(jié)構(gòu)如圖 42 所示。為防止一次轉(zhuǎn)化氣向二次轉(zhuǎn)化氣泄漏．第三、四段間采用整體隔板。直徑 11m，總高 。F．轉(zhuǎn)化器的建設(shè)費(fèi)用應(yīng)低。D．應(yīng)最大限度地回收和利用 S02反應(yīng)熱。B．轉(zhuǎn)化器單臺(tái)能力與全系統(tǒng)能力配套。 轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)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(nèi)部換熱型和外部換熱型；按氣流在床內(nèi)流動(dòng)方向分，有抽向轉(zhuǎn)化器和徑向轉(zhuǎn)化器。 轉(zhuǎn)化設(shè)備 二氧化硫轉(zhuǎn)化工序的設(shè)備主要有轉(zhuǎn)化器、換熱器、鼓風(fēng)機(jī)和加熱爐等，以及其它許多閥門、儀表等附屬設(shè)備。如采用 SO 回收裝置，最終轉(zhuǎn)化率可以取低些。最終轉(zhuǎn)化率的最佳值與所采用的工藝流程、設(shè)備和操作條件有關(guān)。提高最終轉(zhuǎn)化率可以減少尾氣 SO 2的含量，減輕環(huán)境污染，同時(shí)也可提高硫的利用率；但卻導(dǎo)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(zhuǎn)兩吸流程，SO 最佳濃度可提高到 9％～10％，最終轉(zhuǎn)化率仍能達(dá) ％。因此，應(yīng)當(dāng)根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費(fèi)用最低的原則來確定二氧化硫的起始濃度，根據(jù)經(jīng)濟(jì)核算得知，若采用普通硫鐵礦為原料，對(duì)一轉(zhuǎn)一吸流程，當(dāng)轉(zhuǎn)化率為 ％時(shí) 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(yīng)地降低了爐氣中氧的濃度，這種情況下，反2濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 27 應(yīng)速度會(huì)相應(yīng)降低。在使用釩催化劑的條件下；反應(yīng)溫度應(yīng)在420～580℃的范圍。 二氧化硫的氧化的工藝條件的選擇反應(yīng)溫度 SO 催化氧化的反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)。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(yīng)溫度比較低時(shí)，這時(shí)的阻力主要來自表面反應(yīng)，內(nèi)擴(kuò)散的影響可以不考慮。外擴(kuò)散主要由氣流速度所決定，實(shí)際生產(chǎn)中，二氧化硫氣體通過催化劑床層的氣流速度是相當(dāng)大的，故外擴(kuò)散的影響可忽略不計(jì)。2該反應(yīng)是一個(gè)氣固相催化反應(yīng)，擴(kuò)散過程對(duì)反應(yīng)速率也有一定影響，特別當(dāng)溫度較高，表面反應(yīng)速率較大時(shí)，擴(kuò)散的影響就更不可忽視。爐氣的起始濃度對(duì)反應(yīng)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(yīng)地降低，反應(yīng)速率則隨之減慢。表 43 是在一定起始?xì)怏w組成條件下，對(duì)應(yīng)于不同轉(zhuǎn)化率，該反應(yīng)的最適宜溫度。溫度對(duì)該反應(yīng)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(zhuǎn)化率越大，反之亦然。由表 41 可知，其他條件不變時(shí)，增大壓力，平衡轉(zhuǎn)化率也隨之增大，但壓力對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響沒有像溫度對(duì)平衡轉(zhuǎn)化率的影響那樣顯著。溫度越低，則平衡轉(zhuǎn)化率越高。(1)溫度 由表 4l 和表 42 均可看出，當(dāng)壓力、爐氣的起始組成一定時(shí)。表 41 平衡轉(zhuǎn)化率(％)與溫度、壓力的關(guān)系P/MPaT/ C0 濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 25 400 450 500 550 600 而在常壓下平衡轉(zhuǎn)化率與起始組成、溫度的關(guān)系如表 42 所示。 O 的剩余體積 b a x ,平衡時(shí)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(guān)于 x 的隱含數(shù)，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(zhuǎn)化率則反映在某一溫度下，反應(yīng)p可以進(jìn)行的極限程度。其平衡常數(shù)可表示為：濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 24 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(yīng)的化學(xué)平衡二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為： △H = kJ/mol （41）321SOS??298此反應(yīng)是可逆放熱、體積縮小的反應(yīng)。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(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 23 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(jīng)凈化除去雜質(zhì)的濕爐氣及補(bǔ)加空氣，在干燥塔內(nèi)與塔頂噴淋的濃硫酸逆流接觸，氣相中水分被硫酸吸收，經(jīng)捕沫器除去氣體夾帶的酸沫后進(jìn)入轉(zhuǎn)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(shí)，爐氣即被干燥。濃硫酸具有強(qiáng)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(shè)一臺(tái)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(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 22 圖 32 動(dòng)力波三級(jí)洗滌器凈化流程6一級(jí)和二級(jí)動(dòng)力波洗滌器泵； 7一級(jí)和二級(jí)動(dòng)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(jìn)入一個(gè)初級(jí)逆噴型洗滌器，氣體在這里急冷降溫，酸霧等冷凝，同時(shí)除塵，除塵效率可達(dá) 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(xì)粒、冷卻氣體和多級(jí)吸收氣體。其中有逆噴型和泡沫塔型兩種洗滌器應(yīng)用于制酸的凈化。動(dòng)力波凈化工藝 動(dòng)力波凈化工藝是目前比較先進(jìn)的一種凈化流程，它主要采用動(dòng)力波洗滌器進(jìn)行洗滌凈化，其凈化效率較高，該工藝常見的流程是動(dòng)力波三級(jí)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(shè)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?，也是在標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程基礎(chǔ)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(biāo)淮酸洗流程是以硫鐵礦為原料的經(jīng)典酸洗流程，由兩個(gè)洗滌塔、一個(gè)增濕塔和兩級(jí)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(fù)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(jīng)斜板沉降槽 9，沉降循環(huán)酸中的污泥；經(jīng)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(yùn)。兩級(jí)稀酸洗之后的爐氣，經(jīng)復(fù)擋除沫器 5 除沫，進(jìn)入列管間接冷卻塔 6，使?fàn)t氣進(jìn)一步冷卻，同時(shí)，使水蒸氣進(jìn)一步冷凝，并且使酸霧粒徑再進(jìn)一步增大。由焙燒工序來的 SO 爐氣，首先進(jìn)入文丘里洗滌器 l(文氏管)，用215％～20％的稀酸進(jìn)行第一級(jí)洗滌，洗滌后的氣體經(jīng)復(fù)擋除襪器 3 除沫后進(jìn)入泡沫塔 4，用 1％～3％的稀酸進(jìn)行第二級(jí)洗滌。此處著重介紹相對(duì)先進(jìn)的“文泡冷電”酸洗流程。在國外，新興的高效動(dòng)力波凈化工藝，已在制酸工業(yè)中應(yīng)用。到 70 年濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 20 代強(qiáng)調(diào)環(huán)境保護(hù)后，爐氣濕法凈化朝著封閉型稀酸洗滌方向轉(zhuǎn)變。當(dāng)時(shí)，由于開發(fā)采用了一些體積小、效率高的洗滌設(shè)備(如文氏管)取代了龐大的塔設(shè)備，從而出現(xiàn)了多種水洗凈化流程。20 世紀(jì) 50 年代后期 60 年代初期，國內(nèi)外采用了水洗凈化流程。20 世紀(jì) 50 年代以前，使用機(jī)械爐焙燒制氣時(shí)，國內(nèi)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(biāo)準(zhǔn)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(shù)，在兩級(jí)電除霧器中間設(shè)置增濕塔，降低氣體在電除霧器的流速等措施。實(shí)際生產(chǎn)中采取逐級(jí)增大酸霧粒徑逐級(jí)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(guān)。當(dāng)用水或稀酸洗滌爐氣時(shí)，由于爐氣溫度迅速降低，形成酸霧是不可避免的。實(shí)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(dāng)溫度降到一定程度，硫酸蒸氣就會(huì)達(dá)到飽和，直至過飽和。酸霧的形成與清除 爐氣凈化時(shí)，由于采用硫酸溶液或水洗滌爐氣，洗