【正文】 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 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 ％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轉兩吸流程， SO最佳濃度可提高到 9％～ 10％，最終轉化率仍能達到 ％。因此，應當根據(jù)硫酸生產(chǎn)總費用最低的原則來確定二氧化硫的起始濃度，根據(jù)經(jīng)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。 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 VO5％～ 9％， KO 9％～ 13％， NaO 1％～ 5％、 SiO 50％～ 70％，并含有少量 Fe0、 A1O、 CaO、 MgO 及水分等。釩催化劑的活性組分是五氧化二釩。為保持一定的反應速率，爐氣中二氧化硫的起始濃度不宜太高。也就是說，對應一定的起始組成，反應開始時其最適宜溫度最高，隨著反應的進行，其最適宜溫度越來越低。表 23是在一定起始氣體組成條件下，對應于不同轉化率的最適宜溫度。 反應物起始組成一定時，不同轉化率對應不同的氣體組成、最適宜溫度。氣體組成一定時，反應速率隨溫度的升高而增大，達到最大值后，逐漸下降。 一、二氧化硫氧化的反應速率 溫度對反應速率的影響很大。二氧化硫的平衡轉化率隨原始氣體成分、溫度和壓力而變化。 二氧化硫氧化為三氧化硫的反應是在催化劑存在下進行的。噴淋酸量若過大，會增加流體阻力 及動力消耗。 （ 4）噴淋密度 噴淋酸在吸收爐氣中水分時會放出大量的熱。溫度越低，氣體帶入塔內的水分就越少，干燥效率就越高。綜合考慮上述因素，實際生產(chǎn)中，進塔酸溫度一般在 20～ 40℃ ，夏季不超過 45℃ 。在工業(yè)上既要考慮酸的吸水能力，又要考慮盡量避免酸霧的形成，通常采用濃度為 93%～ 95%的硫酸作為干燥酸。濃度為 %的硫酸液面上水蒸氣分壓最低。在同一溫度下，爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時，爐氣中的水分被硫酸吸收從而得到干燥。 水洗流程的缺點是污水排放量大、污染環(huán)境。 (2)水洗流程 常用的水洗流程有： ① 由文氏管、泡沫塔、文氏管組成的 “文泡文 ”水洗流程；② “文泡電 ”水洗流程。 “兩塔兩電 ”酸洗流程與標準酸洗流程相似，僅省去了增濕塔，所用洗滌酸濃度較低。 該流程用絮凝劑 (聚丙烯酰胺 )沉淀洗滌酸中的礦塵雜質，減少了排污量 (每噸酸的排污量僅為)，達到封閉循環(huán)的要求，故稱為 “封閉酸洗流程 ”。爐氣經(jīng)兩級稀酸洗，再經(jīng)復擋除沫器 5 除沫，進入列管式冷凝器 6冷卻，水蒸氣進一步冷凝，酸霧粒徑進一步增大，而后進入管束式電 除霧器，借助于直流電場除去酸霧，凈化后的爐氣去干燥塔。 圖 22 “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 自焙燒工序來的含二氧化硫的爐氣，進入文丘里洗滌器（文氏管） 1，用 15%～ 20%的稀硫酸進行第一級洗滌，洗滌后的氣體經(jīng)復擋除沫器 3除沫，再進入泡沫塔 4用 1%～ 3%的稀酸進行第二級洗滌。 (1)酸洗流程 典型的酸洗流程有標準酸洗流程、 “兩塔兩電 ”酸洗流程、 “兩塔一器兩電 ”酸洗流程及 “文泡冷電 ”酸洗流程。 氣體凈化是硫鐵礦生產(chǎn)硫酸的重要環(huán)節(jié)。一是逐級降低洗滌酸濃度，使氣體中水蒸氣的含量增大，酸霧吸收水分被稀釋而，增大粒徑；二是氣體逐級冷卻，酸霧也被冷卻，氣體中的水蒸氣在酸霧微粒表面冷凝而增大粒徑。除霧效率與酸霧微粒的直徑有關，直徑越大，除霧效率越高。 采用水或稀硫酸洗滌爐氣，爐氣溫度迅速降低，酸霧形成是不可避免的。 實踐證明，氣體的冷卻速度越快，蒸氣過飽和度越高 ，越易形成酸霧。當溫度降到一定程度時，硫酸的蒸氣達到飽和，直至過飽和。 可采用水或稀硫酸降溫和洗滌爐氣，當溫度降至 50℃ 時，氣態(tài)的砷、硒氧化物已降至規(guī)定指標以下，凝固的砷、硒氧化物部分被洗滌液帶走，部分呈固體微粒懸浮在氣相中，成為酸霧冷凝中心。 10 um以上的塵粒用自由沉降室或旋風分離器等設備機械除塵； ～ 10um 的塵粒采用電除塵器除去；小于 的礦塵顆粒采用液相洗滌法除去。凈化要求達到的指標見表 22。礦塵不僅會堵塞設備與管道，而且會造成后續(xù)工序中的催化劑失活；砷和硒是催化劑的毒物；水分與三氧化硫形成的酸霧，不僅腐蝕設備，而且難以除去。 為了保持爐溫穩(wěn)定，必須要穩(wěn)定空氣加入量、礦石組成及投料量，同時采用增減爐內冷卻元件數(shù)量來控制爐床溫度。這三項指標是相互聯(lián)系的。 圖 21 沸騰焙燒爐 1—爐殼； 2—加料 口； 3—風帽； 4—冷卻器； 5—空氣分布板； 6—卸渣口； 7—人門； 8—耐熱材料； 9—放空閥； 10—二次空氣進口； Ⅰ —空氣室； Ⅱ —沸騰層； Ⅲ —上部燃燒空間 上部燃燒空間的直徑比沸騰層有所擴大，在此加入二次空氣，使被吹起的礦料細粒在此空間內得到充分燃燒，以確保一定的燒出率，同時降低氣體流速，以減少吹出的礦塵量，減輕爐氣除塵的負荷。 沸騰層是礦料焙燒的主要空間，爐內溫度以此處為最高，為防止溫度過高而使礦料熔結，在沸騰層設有冷卻裝置來控制溫度和回收熱量。氣體分布板為鋼制花板 (板上圓孔內插入風帽 )，其作用是使空氣均勻分布并有足夠的流體阻力，有利于沸騰層的操作穩(wěn)定。爐內空間可分為空氣室、沸騰層、上部燃燒空間三部分。 沸騰爐的爐體為鋼殼，內襯耐火磚。 采用沸騰焙燒與常規(guī)焙燒相比，具有以下優(yōu)點： （ 1）操作連續(xù)，便于自動控制； （ 2）固體顆粒較小，氣固相間的傳熱和傳質面積大； （ 3）固體顆粒在氣流中劇烈運動，使得固體表面邊界層不斷被破壞不斷更新，從而使化學反應速率、傳熱和傳質效率大為提高。 生產(chǎn)中，在決定沸騰焙燒的操作速度時，即要保證最大顆粒能夠流態(tài)化，又要力圖能使最小顆粒不致為氣流所帶走，這只有在高于大顆粒的臨界速度，低于最小顆粒的吹出速度時才有可能。需要強調的是，硫鐵礦的焙燒，應保 持床層正常沸騰；保持正常沸騰取決于硫鐵礦顆粒平均直徑大小、礦料的物理性能及與之相適應的氣流速度。硫鐵礦的沸騰焙燒，就是應用固體流態(tài)化技術來完成焙燒反應。 在焙燒爐內進行的。 （ 3）提高入爐空氣氧的含量 增加氧的濃度，可增大氣 固相間氧擴散的推動力，加快反應的速率。提高溫度以不使燒渣熔化為限。 硫鐵礦的焙炔屬于氣 固相不可逆反應，一般反應進行得很完全，對生產(chǎn)起決定作用的是焙燒速度。 表 21 硫磺平衡蒸氣壓與溫度的關系 溫度 /℃ 580 600 620 650 680 700 壓力 /Pa 15133 66799 261331 硫鐵礦釋放出 硫磺后，形成多孔形的 FeS 生成的 FeS和硫磺與氧反應 S + O= SO △ H= kJ/mol (22) 4FeS + 7 O=2FeO+ 4SO △ H= kJ/mol (23) 3 FeS + 5 O=FeO+ 3SO △ H= kJ/mol (24) 硫鐵礦焙燒的總反應式為： 4FeS+ 11 O=2 FeO+ 8SO △ H = kJ/mol (25) 3 FeS+ 8 O=FeO+ 6SO △ H = kJ/mol (26) 礦石的種類、粒度以及礦石中易燃物的含量等因素，都會影響硫鐵礦焙燒時的著火點。其反應式如下： 2SO+O2SO（ 18） SO+HOHSO（ 19） 第二章 硫酸生產(chǎn)工藝流程 焙燒硫鐵礦的反應，主要是礦石中的 FeS 與空氣中的氧反應，生成二氧化硫爐氣。 硫鐵礦法 將硫鐵礦原料處理后，加入沸騰焙燒爐，通入空氣進行氧化焙燒，產(chǎn)生的二氧化硫氣體經(jīng)凈化后進入轉化器轉化為三氧化硫，再經(jīng)酸吸收 ，制得硫酸成品。 硫磺法 將硫磺經(jīng) 熔融、焚燒產(chǎn)生二氧化硫氣體，經(jīng)廢熱鍋爐、過濾器，再經(jīng)通入空氣氧化轉化為三氧化硫，再經(jīng)冷卻、酸吸收，制得硫酸成品。我國目前全部以接觸法