【正文】 污水，每生產(chǎn) 1 噸硫酸約排放 10~ 15 噸污水，污水中除含硫酸外，還含砷 2~30 mg/ L、含氟 10 mg/ L 左右和其它重金屬，給環(huán)境造成很大的污染。現(xiàn)就設(shè)計(jì)此裝置 采取的環(huán)保措施討論如下。因此，在工程設(shè)計(jì)中要選用先進(jìn)的工藝、高效的除塵設(shè)備等，以達(dá)到對生產(chǎn)全過程的控制，改變在生產(chǎn)中產(chǎn)生了污染再治理的做法。 圖 6 蝶環(huán)式換熱器 表 5 蝶環(huán)式換熱器結(jié)構(gòu)參數(shù) 序號(hào) 項(xiàng)目 參數(shù) 1 列管規(guī)格 ? 51* 2 列管長度 7600 3 列管數(shù)量 960*2 4 管間距 85 5 布管方式 環(huán)形 6 折流板外形 蝶形 /環(huán)形 /弓形 7 折流板 數(shù)量 1/2/1 8 進(jìn)氣結(jié)構(gòu) 夾套 9 防腐裝置 設(shè)置氣液分離器 綜上，選用蝶環(huán)式換熱器 、 鼓風(fēng)機(jī) 選用羅茨鼓風(fēng)機(jī) 車間布置 廠房的平面布置 硫酸工廠廠房一般有長方形 ,L型 ,T型等數(shù)種 .其中以長方形最常采用 .長方形便于總平面圖的布置 ,節(jié)約用地 ,有利于設(shè)備排列 ,縮短管線 ,便于安排進(jìn)出口和交通 ,有較多可供自然采光和通風(fēng)的墻面 ,而且采用結(jié)構(gòu)的統(tǒng)一模數(shù) ,造價(jià)低 ,施工快 .如廠房采用長方形 ,總長度較長 ,在總布置有困難時(shí) ,為了適應(yīng)地形或者生產(chǎn)的需要 ,也 可以采用 L 型 ,但是需要充分考慮采光 ,通風(fēng) ,交通和立面等各方面的問題 . 硫酸工廠車間組成 硫酸工廠一般由生產(chǎn)車間 ,輔助車間 ,動(dòng)力車間 ,倉庫和堆場部分 ,三廢治理部分 ,廠前區(qū)行政福利部分組成 .硫酸工廠生產(chǎn)車間的內(nèi)部組成 . 生產(chǎn)車間的內(nèi)部組成一般包括如下部分 : 生產(chǎn)部分 ,其中包括原料工段 ,生產(chǎn)工段 ,成品工段 ,回收工段等 . 車間布置圖 采用三層樓整體布置，第一層安置一臺(tái)鼓風(fēng)機(jī)，第二層安置二臺(tái)換熱器以及硫酸轉(zhuǎn)化器和控制室，第三層安置兩臺(tái)換熱器。 (5)SO2氣體入口設(shè)置夾套結(jié)構(gòu)，殼 體上布置 6 個(gè)方形進(jìn)氣口，以保證 SO2氣體能均勻進(jìn)入管隙，改善氣流分布。 (3)在殼程氣體出口處設(shè)置了一塊弓形折流板，省略了氣體出口夾套，簡化了設(shè)備結(jié)構(gòu) o (4)碟形擠流扳采用簡單、實(shí)用的結(jié)構(gòu)支撐定位。 (2)管心距取值較大， Pt＝ 。 1．工藝設(shè)計(jì)參數(shù) (表 4) 表 4 蝶環(huán)式換熱器的工藝設(shè)計(jì)參數(shù) 項(xiàng)目 氣體流量 氣體成分 氣體溫度 壓力 SO2 SO3 O2 N2 總?cè)肟? 總出口 殼程管理 33000 32525 3 0 10 87 50 435 330 140 118 111 項(xiàng)目 總壓力降 氣體流速 涵熱系數(shù) 總傳熱系數(shù) 總熱負(fù)荷 總傳熱面積 490* 38 17 *104 2300 、特點(diǎn)（表 5） 該換熱器結(jié)構(gòu)具 有以下特點(diǎn)： (1)列管在管板上按正三角形排列，在中心區(qū)和外圍環(huán)形區(qū)不布管，兩處空 缺面積分別占總截面的 7％和 13％。 K)，總壓力降 P? =— ,，內(nèi)外空缺面積各占總截面的 18％左右。 K)左右。 ：“蝶環(huán)式”換熱器 碟環(huán)式換熱 器，是流路換熱器的進(jìn)一步改進(jìn)，主要特色在于采用碟、環(huán)式擋板代替老式的圓映形折流扳，且在中心區(qū)域不布列管，可顯著降低殼程阻力和滯流區(qū)，殼程的氣體接管方位可任意選定。 2．工程設(shè)計(jì) (1)根據(jù)物、熱衡算確定兩次轉(zhuǎn)化采用 ⅢⅠ — ⅤⅣⅡ 換熱流程，四五段間采用內(nèi)部換熱結(jié)構(gòu)。工程設(shè)計(jì)以 26000m3標(biāo) /h 為準(zhǔn)。 6． 與固定床相比，沸騰床是恒壓床層，沸騰床壓力降較小。由于段間溫度差只有 l0℃ (二、三段間 )至 20℃ (一、二段間 )，冷激氣量不多；即使煙氣本身含水汽 410g/m3，也不用干燥過的空氣冷激。對沸騰床來說， SO2濃度波動(dòng)對操作穩(wěn)定性影響不大。此容器與轉(zhuǎn)化器有管道相連，打開此管道閥門，在容器中加壓 (壓縮空 氣或由鼓風(fēng)機(jī)出口直接聯(lián)一風(fēng)管 )，氣體即將摧化劑壓人轉(zhuǎn)化器中。 4．床層堵塞情況可以避免，更換催化劑簡便、迅速。 圖 5 多段沸騰轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系 AB— 一段轉(zhuǎn)化過程； CD— 二段轉(zhuǎn)化過程 從表中可以看出，當(dāng)一段床層溫度為 470℃時(shí)，即使 SO2濃度低到 3％．進(jìn)氣溫度也只需 390℃，低于固定床所需要的 420430℃。 2，與固定床轉(zhuǎn)化器相比，沸騰床轉(zhuǎn)化器氣體進(jìn)口溫度較低。其缺點(diǎn)是氣體不易分布均勻，轉(zhuǎn)化率較低。其中： 一段： 8． 27m3；二段： 12． 20m3；三段： 18． 00m3；四段： 22． 00m3。 4．操作壓力：＜ 19600Pa。 (二 )設(shè)計(jì)參數(shù) 1．設(shè)計(jì)能力： 300t100％ H2SO4 2．入口 爐氣成分 (體積百分率 )： SO2： ％： O2： ％； N2： ％。三、四段觸媒筐間“ U”型熱交換器上，沒有阻流板，防止氣體走短路。觸媒筐與鐵絲網(wǎng)均采用噴鋁防腐措施。該轉(zhuǎn)化器外殼材料選用 Q235 鋼板，一、二段觸媒笆采用扁鋼 焊接結(jié)構(gòu)，考慮吊裝方便，可分節(jié)組裝。只有一、二段采用徑向的，其他段仍采用前兩種轉(zhuǎn)化器觸媒段形式的，習(xí)慣上稱做部 分徑 向轉(zhuǎn)化器。 徑向固定床轉(zhuǎn)化器 二氧化琉氣體由轉(zhuǎn)化器水平方向進(jìn)入觸媒層，這種轉(zhuǎn)化器稱為徑向轉(zhuǎn)化器。應(yīng)特別注意第一段催化劑層的箆子扳，因其操作溫度達(dá) 600℃，普通鋼材在高溫下的強(qiáng)度顯著減弱，使用一段時(shí)間后，會(huì)引起中部下陷，嚴(yán)重時(shí)將產(chǎn)生箆子板塌落。立柱和殼體同時(shí)起支承作用，笆子板和用板安裝在立柱和殼體之間，立柱和笛子板是鑄鐵件，而隔板則采用薄鋼板 4mm，近期多采用 3— 4mm304不銹鋼。 軸向固定床轉(zhuǎn)化器 該轉(zhuǎn)化器在我國目前中小型硫酸生產(chǎn)上使用較多，其結(jié)構(gòu)見圖 1 轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部構(gòu) 件有兩種：一種是以鑄鐵和耐熱鑄鐵為主要材料的結(jié)構(gòu)；另一種是以普通鋼材和少量耐熱不銹鋼為主要材料的結(jié)構(gòu)。 4．設(shè)備阻力要小，并能使氣體分布均勻，以減少動(dòng)力消耗?，F(xiàn)在單臺(tái)轉(zhuǎn)化器能力日產(chǎn)硫酸已達(dá)到千噸以上，個(gè)別廠已高達(dá) 2020t 的規(guī)模。 2．轉(zhuǎn)化器生產(chǎn)能力要大，單臺(tái)轉(zhuǎn)化器能力要與全系統(tǒng)能力配套，不要搞多臺(tái)轉(zhuǎn)化器。 4． 物料能量計(jì)算結(jié)果 4． 1 物料衡算 表 15 轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果 進(jìn)一段 （ Kmol ） （ Kg ） （3m標(biāo) ） V（％） SO2 8 O2 10 N2 82 ∑ 100 出一段（進(jìn)二段） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 100 出二段（進(jìn)三段） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 100 出三段（進(jìn)四段） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 100 出四段 SO2 SO3 O2 N2 ∑ 1 表 16 轉(zhuǎn)化器熱量衡算結(jié)果 段數(shù) 氣體進(jìn)口 反應(yīng)熱量 ﹙ KJ ﹚ 氣體出口 溫度﹙ ℃ ﹚ 熱量﹙ KJ ﹚ 溫度﹙ ℃ ﹚ 熱量﹙ KJ ﹚ 一段 430 15280389 7503180 22783224 二段 480 17497475 810505 18307980 三段 450 16338776 405109 16743885 四段 420 15196037 243972 442． 7 15440008 ∑ 64312676 8962765 73275097 5 設(shè)備的選型 轉(zhuǎn)化器 我國目前采用較多的轉(zhuǎn)化器是軸向固定床轉(zhuǎn)化器，也有徑向固定床轉(zhuǎn)化器、臥式轉(zhuǎn)化器、沸騰床轉(zhuǎn)化器等類型。采用“ 3+1”兩次轉(zhuǎn)化，可以更好地發(fā)揮轉(zhuǎn)化器第二段和第三段的作用。進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的 w(SO2)為 9%，氧硫比為，設(shè)計(jì)總轉(zhuǎn)化率為 %。 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)采用“ 3+14 段轉(zhuǎn)化、Ⅲ Ⅱ — Ⅳ Ⅰ換熱流程。采用了 兩套焙燒系統(tǒng)，就不會(huì)因其中的一套停止運(yùn)行而導(dǎo)致整個(gè)裝置的停車，這就減少了裝置的開停車次數(shù)，對降低操作費(fèi)用和減少環(huán)境污染都有非常好的效果。 在系統(tǒng)選擇上，采用的是“兩頭一尾”配制，即焙燒、凈化工段為雙系列，干吸、轉(zhuǎn)化工段為單系列，在進(jìn)電除霧器前兩股凈化的爐氣合并。 本設(shè)計(jì)以混合礦為原料，采用沸騰焙燒、酸洗凈化、兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。 接觸法 現(xiàn)代接觸法制酸普遍采用釩觸媒做催化劑（又稱接觸劑），使其 SO2轉(zhuǎn)變 SO3 SO2+1/2O2→ SO2+Q 由于釩觸媒對爐氣成分及有害雜質(zhì)有嚴(yán)格的要求，所以因原料等因素的同．產(chǎn)生不同的制酸工藝。鉛室法是最早的工業(yè)制酸法，推動(dòng)早期硫酸工業(yè)的發(fā)展，曾起到重要作用。 生產(chǎn)實(shí)踐證明，成酸反應(yīng)以液相為主，而氧化氮類氣體的作用相當(dāng)于觸媒，在過程中不斷將空氣中的氧轉(zhuǎn)給二氧化硫，進(jìn)而轉(zhuǎn)變成硫酸。 亞硝基法制酸、化學(xué)反應(yīng)復(fù)雜，計(jì)有 10余個(gè)反應(yīng)分別在氣相，液相中進(jìn)行。故此也稱硝化法。根據(jù)制酸原料不同，又可把接觸法分成：硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫酸鹽制酸、硫化氫制釀及古硫廢液制酸等。 硫酸的 的用途 硫酸的最大消費(fèi)是化肥工業(yè)，用以制造磷酸、過磷酸鈣和硫酸銨．西方世界的化肥工業(yè)在硫酸消費(fèi)構(gòu)成中約占 65％．中國化肥工業(yè)在硫酸消費(fèi)上所占比例也一直保持在 50％～ 60％．在石油工業(yè)中，硫酸用于汽油、潤滑油等產(chǎn)品的精煉，并用于烯烴的烷基化反應(yīng)，以生產(chǎn)高辛烷值汽油．鋼鐵工業(yè)需用硫酸進(jìn)行酸洗，以除去鋼鐵表面的氧化鐵皮．這一工序是軋板、冷拔鋼管以及鍍鋅等加工所必需的預(yù)處理．在有色冶金工業(yè)中，濕法冶煉過程用硫酸浸取銅礦、鈾礦和鋇礦；電解法精煉銅、鋅、鎳、鎘等， 需用硫酸配制電解液．用螢石和硫酸可制取氫氟酸（見螢石化學(xué)加工），它是現(xiàn)代氟工業(yè)的基礎(chǔ)，與核工業(yè)及航天工業(yè)密切關(guān)聯(lián)．在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸藥的制造中，硫酸是硝化工序不可缺少的脫水劑．在化學(xué)纖維工業(yè)中，硫酸用于配制粘膠纖維的抽絲凝固??；維綸生產(chǎn)需用硫酸進(jìn)行縮醛化；錦綸的制造過程中，硫酸可溶解環(huán)己酮肟而進(jìn)行貝克曼轉(zhuǎn)位．在塑料工業(yè)方面，環(huán)氧樹脂和聚四氟乙烯等的生產(chǎn)也需用數(shù)量可觀的硫酸．在染料工業(yè)中，硫酸用于制造染料中間體．硫酸與鈦鐵礦反應(yīng)可制得重要的白色顏料二氧化鈦． 法 硫酸生產(chǎn)工藝方法概述： 按二氧化硫的氧化方法不同，可把硫酸生產(chǎn)方法分成兩類。 5H2O、 Na2CO3 nH2O，故濃硫酸吸水的過程是化學(xué)變化的過程，吸水性是濃硫酸的化學(xué)性質(zhì)。 （ 1）就硫酸而言，吸水性是濃硫酸的性質(zhì)，而不是稀硫酸的性質(zhì)。在一些硫酸作催化劑的反應(yīng)中，尤其是是濃硫酸，一般都體現(xiàn)硫酸的吸水性。 5H2O→（ H2SO4）→ CuSO4+5H2O,這個(gè)反應(yīng)，就是體現(xiàn)硫酸的吸水性，而不是脫水性，因?yàn)榉磻?yīng)前有水。 而吸水性則是反應(yīng)前就有水，只是在此過程中硫酸做了一個(gè)干燥劑的作用。它是良好的干燥劑。 C + 2H2SO4(濃 ) ==(加熱 )== CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O S + 2H2SO4(濃 ) ==== 3SO2↑ + 2H2O 2P + 5H2SO4(濃 ) ==== 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O (3)跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng) 濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，實(shí)驗(yàn)室制取 H2S、 HBr、 HI 等還原性氣體不能選用濃硫酸。 （ 2）跟非金屬反應(yīng) 熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為 SO2。 濃硫酸 如 C12H22O11 12C + 11H2O 2．強(qiáng)氧化性 （ 1）跟金屬反應(yīng) ①常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。 （ 2）脫水性是濃硫酸的化學(xué)特性，物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化 的過程，反應(yīng)時(shí)，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比（ 2∶ 1）奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。濃硫酸溶解時(shí)放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時(shí)應(yīng)該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪。 （ 2）分子結(jié)構(gòu)式 分子式： H2SO4 結(jié)構(gòu)式： 分子相對質(zhì)量： （ 3） 密度 其密 度為 在上述前提條件下，從環(huán)境保護(hù)角度分析，本項(xiàng)目的建設(shè)是可行的。 該項(xiàng)目應(yīng)嚴(yán)格按本“報(bào)告書”中要求進(jìn)行