【正文】 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。%時達最大值（℃），此后則下降，至100%℃。常壓下加熱濃縮稀硫酸，%時，液面上的氣相組成與液相組成達到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時沸點（℃）稱恒沸點。但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟性和減少硫酸損失，通常只是將稀硫酸濃縮至92%～95%。此時沸點不是升高而是降低。根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應有相應的氣體成分。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。%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。第二章 工藝部分二氧化硫轉化反應的方程式 2SO2+O2 觸 媒 2SO3+Q從上述反應方程式可以看出SO2轉化反應的特點，這個反應為可逆、體積縮小、放熱的反應[13]。平衡轉化率：根據(jù)定義可以用下式表示：XT= (21)反應平衡常數(shù)Kp= (22)將（21）和（22）合并，便可以得到平衡轉化率與平衡常數(shù)的關系式。氧的平衡分壓： P（O2T）= (24)將(4)式代入(3)則可得， XT=若要計算XT,我們可以用試差法求解。轉化工藝的操作條件主要有三個：轉化反應的溫度、轉化反應的進氣濃度以及轉化器的通氣量。轉化反應過程中放出的熱量，使氣體溫度升高，它與氣體中二氧化硫含量有關。λ＝式中：a SO2的初始濃度，% Cv 平均溫度下與轉化率 XT＝，卡/米3二氧化硫氣體的反應熱，即沒有移走，也沒有損失，全部用于加熱觸媒和反應氣體本身。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化率的方法。運用這種方法，在一段出口溫度不準超過600℃情況下，不同二氧化硫的進氣濃度，以平衡時的轉化率算出一段進口的最高允許溫度見列表22：表22 不同二氧化硫濃度下轉化器一段進口的最高允許溫度進氣濃度SO2%5678910一段進口最高允許溫度℃499470453445441428421根據(jù)前面我們所述的轉化反應和觸媒的特性，選擇轉化操作的溫度，應考慮以下幾個要求：，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。平衡轉化率與反應速度對溫度的關系是矛盾的，所以必須根據(jù)較高的轉化率，又要有較快的反應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算[14]： T適=式中： XT 轉化率，% a 二氧化硫的濃度，% b 氧的濃度，%我們?nèi)绻言谀骋环N進氣成分下的轉化率與溫度的關系作成圖線，可看出平衡轉化率與溫度，轉化率與最適宜溫度以及平衡轉化率與轉化率的關系。但在溫度越高低平衡轉化率和實際轉化率差數(shù)愈小，這主要是因為高溫下的反應速度較低溫時快，靠近平衡時反應速度變慢直到平衡時速度等于零。這就要求我們在反應時移走能量。下面著重介紹幾個問題的影響：：這個問題我們已在選擇溫度時作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關系。表23 各段爐氣SO2/O2比值同轉化率的關系項目 一次轉化 二次轉化 一段 二段 三段四段進出出進出出轉化率%608096氣體組成SO29O2SO3微O2 /SO2O2 /SO2 + SO3N2：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度，硫酸產(chǎn)量會增加，但轉化率會下降。因此控制二氧化硫濃度指標是一個極其重要的綜合性的技術。我根據(jù)硫酸的原料來源等情況選擇二氧化硫的進氣濃度為9%。：二氧化硫濃度低能加快反應速度，但用的原料氣增加，生產(chǎn)能力受鼓風機的影響也會下降。：當a=～9%時生產(chǎn)經(jīng)費最底。3. 最終轉化率同相對成本的關系：～98%時，生產(chǎn)成本較低，有尾氣回收裝置，轉化率可以減小到96～%。通氣量主要由硫酸的產(chǎn)量來決定的，其他還有阻層阻力、吸收率等因素的影響，我們可以由公式計算而得： V標= G酸(98η吸這就要求使整個系統(tǒng)始終處于最優(yōu)操作狀態(tài)下優(yōu)化操作問題。當然這項工作應該是經(jīng)常性的，這樣才能使反應系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的操作狀態(tài)。當t＜470℃且x＞，我們?nèi)1=。ξ,因此各段反應床層的空時為：τi= ξ) (27)各床層按絕熱過程處理 ti=ti1+λ(xixi1) (28)以上式中： xixi i段進、出氣轉化率 titi i段進、出氣溫度，℃ a、b 原料氣中SOSO3的組成 k1 反應速率常數(shù) kp 反應平衡常數(shù) R 反應速率，kmol/m3如果熱損失為5%，此時絕熱模擬溫升值應比正常值低5%。在處理總氣量基本不變的情況下，也就相當于求出各段床層填充的催化劑體積。由于整個反應系統(tǒng)總阻力基本保持不變，故反應系統(tǒng)總處理氣量可認為是定值。其他各段不用冷激氣，Vi=ViV0 這樣在調(diào)整操作條件時，y值變化情況存在比較性。這些問題可以看成與調(diào)整參數(shù)前相似，這樣就可以將一定總處理氣量下的最終轉化率與原料氣中二氧化硫含量乘積作為優(yōu)化目標，將各段進氣溫度作為優(yōu)化參數(shù)，使用上述模擬真實過程的數(shù)學模型，同樣使用式（28）及式（27），計算各段有效催化劑 能夠?qū)崿F(xiàn)的任務。一段從tixi1出發(fā)，對式（27）進行數(shù)值積分，直到空時達到τi=Vi/(V0V取決于ti及ti1。因為式（25）中反應速率是以正反應速率的形式表示的。因此實際過程中反應只要能越來越慢地接近平衡，而不會超越它。一般新建裝置規(guī)?！?000噸/日，由于裝置大型化，對節(jié)約投資，提高勞動生產(chǎn)率，降低生產(chǎn)成本等方面效果顯著。（c）采用先進技術，強化設備能力，不斷采用結構先進、效率高、節(jié)能耐用的機泵設備，從而使硫酸裝置的生產(chǎn)穩(wěn)定，開工率高，安全可靠，先進硫酸廠年開工率達到99％以上。（2）國內(nèi)工藝技術狀況近幾年我國硫磺制酸工業(yè)有較快的發(fā)展，生產(chǎn)技術水平不斷提高，其液體硫磺精制大多采用沉降法，轉化工藝為“3+1”和“3+2”兩轉兩吸工藝，轉化觸媒多采用國產(chǎn)觸媒，～％，干吸塔、換熱器、轉化器等都采用一些新設備、新材料。與國外相比存在單系列能力小、設計余量偏大、熱利用水平偏低等缺點。具有技術先進，操作穩(wěn)妥可靠，投資合理，綜合經(jīng)濟效益好的特點。（3）轉化工段的換熱器選用列管換熱器，進氣擴散管，使氣體均勻分布，設備直徑小，占地面積小。（5）采用火管鍋爐、蒸汽過熱器、省煤器合理組成熱力系統(tǒng)，回收高中位熱能，產(chǎn)生450℃、用于推動透平風機，乏汽供熔硫、濃縮磷酸及生活取暖，熱利用率高。（7）干吸塔上、下酸管采用陽極保護304L不銹鋼管，安裝維修方便，使用壽命長,減少酸的跑冒滴漏。觸媒層設置從上至下依次為1，便于更換觸媒，減少煙氣管長度，消除熱應力。工藝上一般采用快速熔硫、液硫機械過濾、機械霧化焚硫技術，較多地采用“ 3 + 2 ”兩轉兩吸工藝，并采用中壓鍋爐和省煤器回收焚硫和轉化工序的廢熱，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。換熱方式一次轉化采用外部換熱，二次轉化的四、五段間采用空氣冷激。固體硫磺經(jīng)熔融，濾去固體雜質(zhì)后，存于熔硫槽，維持熔硫溫度在130~145℃之間，熔硫貯槽的空間溫度在115℃以上。燃燒的空氣是由鼓風機送入硫酸干燥塔，再經(jīng)過除沫后送至焚硫爐和轉化器。在焚硫爐產(chǎn)生的爐氣，溫度在800～1000℃，SO2濃度在12%左右，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻到430℃左右，進入爐氣過濾器，濾去雜質(zhì)后與空氣混合，使溫度和SO2濃度都達到合適范圍后進入轉化器[12]。對于采用機械過濾工藝的裝，在熔硫槽后再設自然沉降槽的意義不大，一是因為沉降時間短，大部分的固體雜質(zhì)還是要帶人過濾槽內(nèi)并在液硫過濾器中除去二是增加了土建、設備和廠房的投資三是流程加長，操作程序增多，運行費用增加。為了防止停泵時液硫過濾器出口管道內(nèi)的液硫返流人液硫過濾器，破壞過濾器內(nèi)的濾餅，同時也為了操作工人的安全，過濾后的液硫最好不要直接送人液硫儲雄，而是先流人一低位中間槽，再由液硫泵送人液硫儲旅儲存。為節(jié)約用地，過濾槽、助濾槽和中間槽可以采用方形平底結構，并設計成一個整體，將葉片式過濾器布置在平臺上，下部留有足夠空間，以方便出渣和液硫排放。也有個別裝里采用國產(chǎn)催化劑、“3 + 2”兩次轉化工藝。由于要求較高的轉化率，一般催化劑的裝填盆較大。2 —五段省煤器。4 —轉化器。6 —第三換熱器。三氧化硫被吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應式如下[16]： nSO3+H2OH2SO4+(n1)SO3+89247J由此反應可知，隨著SO3與水量比例的變化，可以生成各種濃度的硫酸。則生成含水硫酸。事實上氣體中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收氣體中超過與硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超過的越多，吸收過程的推動力越大，吸收速度就越快。 η＝(ab)/a與此同時取出循環(huán)酸作為產(chǎn)品酸。濃度過高、過低均不適宜。溶滴酸霧很難完全分離，通常隨尾氣帶走或排入大氣。酸霧形成量越大，SO3將主要以酸霧形式而損失。吸收酸濃度越大，溫度越高，SO3平衡分壓越大，氣相中的SO3不能完全吸收，使吸收塔排出氣體中的SO3含量增加，隨后在大氣中形成酸霧。轉化后的氣體溫度也應低一點好，否則易形成酸霧。濃硫酸吸收三氧化硫氣體一般在塔設備中進行。為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使之通過冷卻設備，以除去在吸收過程中增加的熱量。因此，吸收工序的設備應有吸收塔、酸槽、泵和冷卻器組成。然后由濃硫酸的吸收塔出口引至尾氣處理部分或直接經(jīng)過捕沫后放空。吸收SO3的硫酸從塔底引出時，其濃度可以提高了。吸收塔的操作氣速問題：～。實際生產(chǎn)中由于增產(chǎn)需要，～。在干吸工段所選用的酸泵大多數(shù)是國內(nèi)生產(chǎn)的鑄鐵或不銹鋼泵。酸泵的使用壽命的影響因素有：一是硫酸對酸泵金屬材料的腐蝕，二是硫酸粘度對酸泵運轉的關系，而這兩個關系與酸溫有直接的影響和聯(lián)系?？傊蛩岬乃釡厣邥沽蛩岬母g能力增強，還會使硫酸的粘度下降，造成酸泵潤滑不良，因此控制干吸工序循環(huán)槽內(nèi)的酸溫在40℃以下，對酸泵的使用壽命有很重要的影響。尾氣中常帶有酸霧，但入塔氣溫高也帶來一些問題，大量顯熱帶入塔內(nèi)，使出塔酸溫過高，大大加劇了酸管道的腐蝕，同時也增加了濃酸冷卻的負荷，使淋酸溫度過高，也影響吸收率，一般控制在140℃～160℃之間。對于“兩次轉化工藝，一般在第四段出口增設一臺中溫過熱器。爐水從汽包引出，沿下降管流人鍋殼，經(jīng)鍋殼中的列管加熱后產(chǎn)生汽水混合物, 再由鍋殼頂部上升管送回汽包，經(jīng)汽水分離后的爐水繼續(xù)循環(huán)，飽和蒸汽則從汽包頂部引出，先后經(jīng)低溫過熱器和高溫過熱器加熱到450℃后送往用戶。其實高、低溫過熱器可設蒸汽旁通管，進二段的爐氣溫度由高溫過熱器蒸汽旁通閥自動調(diào)節(jié)，而高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度由低溫過熱器蒸汽旁通調(diào)節(jié)閥自動調(diào)節(jié)。不噴水可以保證蒸汽品質(zhì)和高溫過熱器管內(nèi)不結垢, 從而保證高溫過熱器的長期換熱效果及使用壽命。大多數(shù)硫酸廠的SO3吸收反應熱由冷卻水帶走而損失掉，少數(shù)硫酸廠用于加熱鍋爐給水、工業(yè)用水、生活用水。低溫位熱能回收技術在國際上已開發(fā)應用多年。將熱回收塔作為兩轉兩吸流程的第一吸收塔, 塔底部流出的w（H2SO4）%~%、溫度200~220℃(視鍋爐壓力而定)的硫酸經(jīng)換熱稀釋，將w（H2SO4）%后回流至熱回收塔下部第二段。為了嚴格控制進人熱回收塔的酸濃度，采用新型無電極環(huán)形電導分析儀。另外安裝了腐蝕監(jiān)測儀，以測量酸循環(huán)系統(tǒng)中不銹鋼試件電化學腐蝕產(chǎn)生的電流。就我國目前的技術水平和制造水平，開發(fā)我國自己的HRS技術的時機已經(jīng)成熟。采用HRS技術， ，并相應減少70%左右的干吸部分循環(huán)水量，從而相應減少循環(huán)水站的投資費用和運行費用。可以將第一吸收塔用作熱回收塔的一部分，仍用w（H2SO4）98%硫酸噴淋，以確保較高的吸收率，后建的熱回收塔只建高溫吸收部分。2004年中央緊抓三農(nóng)問題，出臺一系列對化肥企業(yè)的利好政策，促進了磷復肥特別是高濃度磷復肥生產(chǎn)，磷復肥每月以同比20%以上的速度增長；二是國民經(jīng)濟的快速增長，增加對硫酸的需求。A、年平均溫度 ℃B、最熱月平均溫度 ℃C、最冷月平均溫度 ℃D、風壓值 34N/m2E、年平均風速 （2）濕度：A、年平均相對濕度 79%B、最熱