【正文】 .............................................. 35 主要設(shè)備核算 .................................................................................................... 36 焚硫爐 .................................................................................................... 36 管道直徑核算 ........................................................................................... 37 第四章 主要設(shè)備 .......................................................................................................... 38 焚硫爐 ............................................................................................................... 38 轉(zhuǎn)化器 ............................................................................................................ 38 干吸塔 ............................................................................................................... 40 循環(huán)吸泵 ......................................................................................................... 41 氣體換熱器 ........................................................................................................ 41 空氣鼓風(fēng)機(jī) ..................................................................................................... 44 廢熱鍋爐 ........................................................................................................... 45 第五章 設(shè)計(jì)總結(jié) ........................................................................................................... 47 6 總 論 概述 項(xiàng)目名稱 （ 1）項(xiàng)目名稱： 200Kt/a 硫磺制酸工程 設(shè)計(jì)概況 （ 1）大力加強(qiáng)工藝流程與設(shè)備配套開發(fā)的工作，在充分吸取國內(nèi)外科技成果的基礎(chǔ)上，通過設(shè)計(jì)方案的比較和選擇，提高裝置的技術(shù)水平，完全實(shí) 現(xiàn)設(shè)備國產(chǎn)化，以節(jié)約工程建設(shè)投資。做出高水平、高質(zhì)量、高效益的“三高”設(shè)計(jì)?！叭龔U”排放必須符合國家的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和本項(xiàng)目環(huán)評報告的要求。貫徹執(zhí)行國家有關(guān)環(huán)境保護(hù)和職業(yè)安全衛(wèi)生的政策和法規(guī)。 貫徹“安全生產(chǎn)，預(yù)防為主”的方針，確保本工程投產(chǎn)后符合職業(yè)安全衛(wèi)生的要求，保證職工的安全和健康。 可研的簡要綜合結(jié)論 （ 1）本項(xiàng)目所產(chǎn)硫酸，作為 其它 化工產(chǎn)品的原料，符合企業(yè)產(chǎn)業(yè)鏈的需要，裝置建成后具有較好的經(jīng)濟(jì)效益。 7 （ 3）本項(xiàng)目“三廢”治理措施有效，項(xiàng)目建設(shè)滿足環(huán)保要求。 綜上所述，本項(xiàng)目是可行的，投資是必要的。 硫磺 進(jìn) 口 量的多少 受 多 種 因 素 影響 ， 據(jù)最近國際 硫研究所和 加拿大棱鏡硫 磺 公 司的 資料 ， 對世 紀(jì) 年代 以 來世 界 硫 磺 供應(yīng) 總量和 需 求 總量的 統(tǒng)計(jì) 和 未來的 預(yù)測至 年表 明 ， 世 界 硫磺供需 總量 是 平 衡 的 ， 并 且呈現(xiàn)不 同 程 度的 供 大于 求 ， 多余 的 部分成為庫存在 不 同地 區(qū) 、 不同 時 期硫 的 供應(yīng)或硫 的需 求發(fā)生 著變化 ， 但硫 的 供應(yīng) 總 量 和 需求總量基本 上 平緩地 上 升 ， 即 使 年我國進(jìn) 口 硫磺達(dá) 占世 界 硫磺貿(mào) 易 量 的 ， 也未出現(xiàn)總 體 上生 產(chǎn) 和 供應(yīng)小 于需 求 的態(tài)勢 。 拿 我國的 情況看 ， 年硫鐵 礦 制酸 ， 硫 磺 制酸僅幾十 萬噸 年 礦 制酸減 少 到 ， 硫磺制 酸 升 至 其中 礦 制酸改為硫磺制 酸的 量凈 增 加 了 世 界 硫 的 消費(fèi) ， 而其 余增加 的 硫磺制 酸 大部分 用于 增產(chǎn)磷 肥 ， 并 且主要 是 以 產(chǎn)抵進(jìn) ， 這樣就 減少了國 外磷肥 的生 產(chǎn) ， 即 減 少了國 外硫 的 消費(fèi) 量 。 總 體 上 世 界 硫磺 供 應(yīng) 略有富余 ， 但年 以 來世 界 硫 磺 的 價格 逐漸抬高 ， 原因 何在目 前硫 磺 生 產(chǎn) 主要地區(qū) 是美 國 、 加拿大 、 中東 、 前蘇聯(lián) ， 世界硫磺貿(mào)易 最 大進(jìn)口 國是 中 國 占 最 大 出 口 地 區(qū) 是 加拿大 和 中東總 和 。 硫磺 貿(mào) 易中 所 占份額最大 的 是加拿大 、 中東 出 口 方 和 中 國進(jìn) 口方 ， 因 中東 不 穩(wěn)定 的局 勢 和 費(fèi) 用上 漲 ， 加 拿大隨 之 漲價 的可 能性 也 是存 在的 ， 受影響最 大 的是我國 。 如 果 我國 進(jìn) 口 硫磺 的增長 率 逐步 減小 ， 上述 其 它 幾 項(xiàng)不 利 因 素逐步緩解 ， 市場 供 應(yīng)量增 加 ， 在市場 經(jīng) 濟(jì) 的環(huán)境 下價格 有 望 不再 增加而 有小 幅 度 回 落 ， 但 不可 9 能再 回 到年 以 前 的 低價位 。 以硫鐵礦含伴生硫鐵礦為原料 硫鐵 礦是我國的 自 有 資 源 ， 從 我國這 個 人 口 ， 大 國的安 全 和 經(jīng)濟(jì)發(fā) 展 考慮 ，保持一定規(guī)模 的 硫鐵 礦 采選能力 和 硫鐵 礦 制 酸 能力 是需要 的 。 我國 已 是國際 市場中 重 要的 一員 ， 因 而 特別 需要 研 究和 把握好 國際 市場 ， 為硫 酸的長 期 發(fā)展 爭取有 利條件 ， 硫鐵 礦 制酸 可 以 起 到重 要 的調(diào) 節(jié) 、 平衡 作 用 。 穩(wěn) 定和發(fā)展 硫鐵 礦 制酸 要重 視 發(fā)展 硫鐵 礦礦源和發(fā) 展硫鐵 礦 制酸 生 產(chǎn)裝 置 。 發(fā) 展 硫鐵 礦 制 酸生 產(chǎn)裝 置 包括 工 藝技術(shù) 和 裝備水平的 提高 、 減少環(huán) 境 污 染 、 解 決 礦渣 的綜合利 用 、 大型 化等 。 冶煉煙氣和其它原料 冶煉 煙 氣主 要 是有色 金屬 硫化 礦 物冶煉 時 產(chǎn) 生的含 二 氧 化硫 煙 氣 ， 冶煉煙氣制酸實(shí) 際 是 冶 煉 廠 的副產(chǎn) 品 ， 是 隨 著冶金 工 業(yè) 的 發(fā)展 而發(fā)展 。 石 膏 、 磷石 膏是我 國 硫 酸 原料潛在的硫 資 源 ,目 前 已 有 口 以 上的工業(yè)生 產(chǎn)能力 ， 但 近期 大規(guī)模發(fā)展 的 條件還不夠成熟 。 硫酸的性質(zhì) 純硫酸（ H2SO4）是一種無色透明的油狀液體，相對密度為 ，幾乎比 10 水重一倍。由于發(fā)煙硫酸的 SO3 蒸氣壓較大，暴露在空氣中能釋放出 SO3，和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合并凝結(jié)成酸霧而得名。如 98%硫酸，就是指其中含有 98%重量的硫酸和 2%重量的水。各種硫酸的組成如表 11 所示： 表 11 工業(yè)硫酸的組成 名稱 H2SO4 重量 % SO3/ H2O 組成， % 名稱 H2SO4 重量 % SO3/ H2O 組成， % SO3 H2O SO3 HO2 93%硫酸 98%硫酸 無水硫酸 20%發(fā)煙硫酸 65%發(fā)煙硫酸 相對密度 相對密度即單位體積硫酸的重量與同體積 4℃ 水的重量之比。但對于同一條件下的同一硫酸的相對密度與密度在數(shù)值上是同一的。當(dāng)固定溫度，硫酸的相對密度隨濃度升高而升高。此屬于一般的變化規(guī)律。當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時，以含游離 SO3 在 50%～ 65%濃度下的相對密度為最高。游離 SO3%高于此區(qū)域，相對密度隨游離 SO3 量增加而下降 [3]。結(jié)晶溫度隨硫酸濃度不同而變化，其變化關(guān)系是不規(guī)則的 [4]。 。 硫酸的熱容、熱焓 熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和無其它功能的條件下，單位硫酸溫度升高或降低 1℃ 時，所引起的熱量變化。K） ]，以質(zhì)量千克為單位即為比熱 [kJ/（ mol從實(shí)驗(yàn)上得知，將 同一種濃度的硫酸從 0 升高到 1 與從 99 升到 100 所需要的熱量是不同的。熱焓是指某一單位重量（ kg）的硫酸在某一溫度下含有的熱量。 硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成 H2O－ SO3 為二元系統(tǒng)，其溶液具有恒沸狀態(tài)的性質(zhì)，這 種性質(zhì)在硫酸水溶液的濃縮、 SO3 吸收以及濃硫酸用作干燥劑等方面有著極其重要的意義。當(dāng)濃度達(dá)到 %時達(dá)最大值（ ℃ ），此后則下降，至 100%H2SO4 時為 ℃ 。 常壓下加熱濃縮稀硫酸，當(dāng)酸濃達(dá)到 %時，液面上的氣相組成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時沸點(diǎn)（ ℃）稱恒沸硫酸濃度 %（重量） 結(jié)晶溫度 ℃ 硫酸濃度 %（重量） 結(jié)晶溫度 ℃ － 100 + － 游離 SO310 － － 游離 SO320 + + 游離 SO365 － 12 點(diǎn)。但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟(jì)性和減少硫酸損失，通常只是將稀硫酸濃縮至 92%～ 95%。此時沸點(diǎn)不是 升高而是降低。 根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應(yīng)有相應(yīng)的氣體成分。而在常壓低溫范圍內(nèi)，硫酸液面上氣相組分，則以 H2SO4 為主，其量用總蒸氣壓表示。當(dāng)酸濃超過 %時，總蒸氣壓隨濃度 的 升高（游離 SO3%增加）而增大 [7]。粘度的大小不僅對輸送管路的阻力和泵的動力消耗有很大影響，而且對傳熱、硫酸溶解度和金屬溶解速度等也有較明顯的影響。由于粘度比較大，故硫酸外觀是無色透明似油狀的液體。 13 第二章 工藝部分 二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基本原理 二氧 化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方程式 2SO2+O2 觸 媒 2SO3+Q 從上述反應(yīng)方程式可以看出 SO2 轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特點(diǎn)，這個反應(yīng)為可逆、體積縮小、放熱的反應(yīng) [13]。 平衡轉(zhuǎn)化率：根據(jù)定義可以用下式表示： XT= 323SO TSO T SO TPPP? (21) 反應(yīng)平衡常數(shù) Kp= 332SO TSO T O TPPP (22) 將（ 21）和（ 22）合并，便可以得到平衡轉(zhuǎn) 化率與平衡常數(shù)的關(guān)系式。 氧的平衡分壓： P（ O2T） = TTb p100 ?? (24) 將 (4)式代入 (3)則可得， XT=TTKp1 0 0 0 .5 aXKpP (b 0 .5 aX )??? 若要計(jì)算 XT,我們可以用試差法求解。轉(zhuǎn)化工藝的操作條件主要有三個：轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度以及轉(zhuǎn)化器的通氣量。 轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度 轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中放出的熱量，使氣體溫度升高，它與氣體中二氧化硫含量有關(guān)。 λ＝ 式中： a SO2 的初始濃度， % Cv 平均溫度下與轉(zhuǎn)化率 XT＝ 時的氣體平均熱容量，卡 /米 3 二氧化硫氣體的反應(yīng)熱，即沒有移走，也沒有 損失，全部用于加熱觸媒和反應(yīng)氣體本身。 氣體的溫度升高，所列數(shù)據(jù)值叫絕熱溫升值。 我們知道了已知溫差如何求轉(zhuǎn)化率的方法。運(yùn)用這種方法，在一段出口溫度不準(zhǔn)超過 600℃情況下，不同二氧化硫的進(jìn)氣 濃度，以平衡時的轉(zhuǎn)化率算出一段進(jìn)口的最高允許溫度見列表 22： 表 22 不同二氧化硫濃度下轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口的最高允許溫度 進(jìn)氣濃度 SO2% 5 6 7 8 9 10 一段進(jìn)口最高允許溫度℃ 499 470 453 445 441 428 421 根據(jù)前面我們所述的轉(zhuǎn)化反應(yīng)和觸媒的特性，選擇轉(zhuǎn)化操作的溫度，應(yīng)考慮以下幾個要求： ，以盡量減少觸媒用量，或在一定量的觸媒下能獲得最大的生產(chǎn)能力。 平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度對溫度的關(guān)系是矛盾的，所以必須根據(jù)較高的轉(zhuǎn)化率， 又要有較快的反應(yīng)速度的兩全齊美的原則來選擇一個最適宜的操作溫度。這個溫度可以用下式來計(jì)算 [14]： T 適 =TTTT40