【正文】 ，受熱管分別置于沸騰濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 18 爐和爐氣煙道內(nèi))。強(qiáng)制循環(huán)受熱管的傳熱效果好，傳熱面積小，結(jié)構(gòu)緊湊，水在各受熱管內(nèi)分配較均勻，不會(huì)發(fā)生汽阻現(xiàn)象，但相對(duì)自然循環(huán)而言強(qiáng)制循環(huán)耍花費(fèi)的動(dòng)力多，結(jié)構(gòu)復(fù)雜．運(yùn)轉(zhuǎn)和保養(yǎng)的問(wèn)題多。第三章 爐氣的凈化及干燥 爐氣凈化的目的和要求焙燒硫鐵礦產(chǎn)生的 SO 爐氣含有一定量的有害雜質(zhì)，不能直接送人轉(zhuǎn)化工序，2為此設(shè)置了這個(gè)輔助工序——爐氣的凈化與干燥。爐氣中的礦塵不僅會(huì)堵塞設(shè)備與管道，而且會(huì)造成后序工序催化劑失活。因此，在爐氣送去轉(zhuǎn)化之前，必須先對(duì)爐氣進(jìn)行凈化，應(yīng)達(dá)到下述凈化指標(biāo)。對(duì)于塵粒較大的(10 um 以上)可采用自由沉降室或旋風(fēng)分離器等機(jī)械除塵設(shè)備。砷和硒的清除 焙燒后產(chǎn)生的 和 ,它們具有這樣的特性，當(dāng)溫32OAs2Se度下降時(shí)，它們?cè)跉怏w中的飽和含量迅速下降，因此可采用水或稀硫酸來(lái)降溫洗濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 19 滌爐氣。凝固成固相的砷、硒氧化物一部分被洗滌液帶走，其余呈固體微粒懸浮在氣相中成為酸霧冷凝中心。當(dāng)水蒸氣與爐氣中的三氧化硫接觸時(shí)，則可生成硫酸蒸氣。當(dāng)過(guò)飽和度等于或大于過(guò)飽和度的臨界值時(shí)，硫酸蒸氣就會(huì)在氣相中冷凝，形成在氣相中懸浮的微小液滴，稱之為酸霧。為防止酸霧形成，必須控制一定的冷卻速度，使整個(gè)過(guò)程硫酸蒸氣的過(guò)飽和度低于臨界值。酸霧的清除，通常采用電除霧器來(lái)完成。直徑越大，除霧效率越高。增大酸霧粒徑，一是逐級(jí)降低洗滌酸濃度，使氣體中水蒸氣含量增大，酸霧吸收水分被稀釋，使粒徑增大；二是氣體被逐級(jí)冷卻，酸霧同時(shí)也被冷卻，氣體中水蒸氣在酸霧微粒表面冷凝而增大粒徑。 爐氣凈化的工藝流程以硫鐵礦為原料的接觸法制酸裝置的爐氣凈化流程有許多種。隨著沸騰焙燒的應(yīng)用，入爐礦料粒徑小、水分含量大，爐氣中三氧化硫含量降低，濕含量及礦塵雜質(zhì)含量增加，而干式除塵系統(tǒng)的效率未能相應(yīng)提高，大量礦塵及雜質(zhì)進(jìn)入凈化系統(tǒng)，使凈化系統(tǒng)無(wú)法維持原來(lái)的工藝條件。有些工廠將原塔式酸洗改為塔式水洗。但由于水洗流程有大量污水徘放，造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。水洗流程，特別是一次通過(guò)式(即用大量水)的水洗流程已經(jīng)淘汰。酸洗流程 比較典型的酸洗流程有標(biāo)準(zhǔn)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?！拔呐堇潆姟彼嵯戳鞒淌俏覈?guó)自行設(shè)計(jì)將水洗改為酸洗的凈化流程，此流程如圖 31 所示。經(jīng)兩級(jí)稀酸洗之后，礦塵、雜質(zhì)被除去，爐氣中部分 、 凝固為顆粒被除掉，部分成為酸霧的凝聚中心，32OAs2Se同時(shí)，爐氣中的 SO 也與水蒸氣形成酸霧，在凝聚中心形成酸霧顆粒。由間接冷卻塔6 出來(lái)的爐氣進(jìn)入管束示電除霧器，借助于直流電場(chǎng)，使?fàn)t氣中的酸霧被除去，凈化后的爐氣去干燥塔進(jìn)行干燥。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 21 該流程用絮凝劑(聚丙烯酰胺)沉淀洗滌酸中的礦塵雜質(zhì)，大大地減少了排污量(每噸酸的排污量?jī)H為 )，達(dá)到封閉循環(huán)的要求，故此流程也稱“封閉酸洗流程” ?！皟伤呻姟彼嵯戳鞒膛c標(biāo)準(zhǔn)酸洗流程相似，只是省去了增濕塔，但所用洗滌酸的濃度較低。水洗流程 比較常用的水洗流程有如下幾種。由文氏管、泡沫塔、文氏管組成，它具有設(shè)備小、操作方便、投資少的優(yōu)點(diǎn)，但系統(tǒng)壓降高。用電除霧器代替上述“文泡文”流程中的第二級(jí)文丘里，提高了對(duì)酸霧雜質(zhì)的凈化效率，系統(tǒng)壓降也比“文泡文”流程要小。由兩個(gè)文氏管、冷凝器、電除霧器組成，技術(shù)性能和適應(yīng)能力都較好。缺點(diǎn)是排放大量酸性污水，污水中含砷、硒、氟和硫酸等有害物質(zhì)，如不經(jīng)妥善處理會(huì)造成嚴(yán)重的公害。因此，水洗流程已被逐漸淘汰。動(dòng)力波凈化工藝的關(guān)鍵設(shè)備是動(dòng)力波洗滌器。泡沫塔型洗滌器外形與普通有固定擋板的板式塔相同，但塔板開(kāi)孔率及操作氣速相對(duì)較大，運(yùn)行中，在兩塔板間的開(kāi)孔區(qū)形成泡沫區(qū)。圖 32 為動(dòng)力波三級(jí)洗滌器。氣體離開(kāi)初級(jí)逆噴型洗滌器后，進(jìn)入泡沫塔進(jìn)一步冷卻(也可用填充塔代替泡沫塔)，同時(shí)除塵以及去除砷、硒、氟和酸霧等雜質(zhì)。在該工藝中，只要設(shè)置單級(jí)電除霧器，就能達(dá)到凈化要求。水分在爐氣中以氣態(tài)存在，應(yīng)采用吸收方式進(jìn)行清除。爐氣的干燥就是將氣體與濃硫酸接觸來(lái)實(shí)現(xiàn)的。圖 33 為爐氣干燥工藝流程。 干燥塔吸收水分后濕度升高，經(jīng)酸冷卻器冷卻后流人酸貯槽，再由泵送到塔頂噴淋。貯槽中酸由循環(huán)酸泵出口引出，作為產(chǎn)品酸送人酸庫(kù)或引入回收塔循環(huán)酸槽。同時(shí)，這個(gè)反應(yīng)，只有在催化劑存在下，才能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)。2so3so 3在 400～700℃范圍內(nèi)，平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系可用下式表示： lg K = （43）平衡常數(shù) K 隨著溫度降低而增大。 x = （44）T23soP?式中 x ——反應(yīng)的平衡轉(zhuǎn)化率。當(dāng) 100 體積的混合氣反應(yīng)達(dá)平衡時(shí)，被氧化的 SO 體積為 a x , 2T所消耗的氧體積為 a x 。T當(dāng)混合氣體中 a 為 %，b 為 %時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率與溫度、壓力的關(guān)系如表 41。由表 41 和表 42 可見(jiàn)，影響平衡轉(zhuǎn)化率的主要因素是溫度、壓力和爐氣起始組成。降低溫度，平衡轉(zhuǎn)化率可得到提高，這是二氧化硫氧化反應(yīng)系放熱反應(yīng)所致。(2)壓力 二氧化硫氧化反應(yīng)是體積縮小的反應(yīng)，故壓力增大可提高平衡轉(zhuǎn)化率。(3)爐氣的起始組成 由表 42 可知，溫度、壓力一定時(shí)，焙燒同樣的含硫原料，因所采用的空氣過(guò)剩系數(shù)不同，平衡轉(zhuǎn)化率也不同。表 42 平衡轉(zhuǎn)化率與爐氣起始組成、溫度得關(guān)系溫度/ Coa=7,b=11 a=,b= a=8,b=9 a=9,b= a=10,b=400 450 500 550 二氧化硫氧化的反應(yīng)速率二氧化硫在釩催化劑上氧化是一個(gè)比較復(fù)雜的過(guò)程，其機(jī)理尚無(wú)定論。由于該反應(yīng)是可逆放熱反應(yīng)，所以存在最適宜反應(yīng)溫度。表 43 在釩催化劑上二氧化硫氧化的最適宜溫度（原始?xì)怏w成分二氧化硫 7%，氧 11%，壓力 ）轉(zhuǎn)化率/% 97 60 65 70 75 80 85 90 94 96濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 26 最適宜溫度/ Co434 604 589 574 558 540 520 494 466 446從表 43 的數(shù)據(jù)中可以看出，轉(zhuǎn)化率越低，最適宜溫度越高，也就是說(shuō)，對(duì)應(yīng)一定的起始組成，反應(yīng)剛開(kāi)始時(shí)，其最適宜溫度最高，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，其最適宜溫度越來(lái)越低。為保持一定的反應(yīng)速率，則希望爐氣中 SO 起始濃度不要太高。擴(kuò)散的影響又分外擴(kuò)散的影響和內(nèi)擴(kuò)散的影響。內(nèi)擴(kuò)散主要取決于催化劑的內(nèi)表面結(jié)構(gòu)(或稱催化劑的孔隙結(jié)構(gòu))，催化劑的孔道愈細(xì)愈長(zhǎng)，則擴(kuò)散阻力愈大，內(nèi)擴(kuò)散的影響也愈大。 二氧化硫氧化催化劑目前生產(chǎn)中，普遍采用釩催化劑。以堿金屬(鉀、鈉)的硫酸鹽類作助催化劑，以硅膠、硅藻土、磚酸鹽作載體。33引起釩催化劑中毒的主要毒物有砷、氟、酸霧及礦塵等。其反應(yīng)溫度與 SO 的起始濃度有直接2 2關(guān)系，且受到催化劑活化溫度的限制。各段溫度的分布情況，隨催化氧化流程的不同有所不同。為達(dá)到一定的最終轉(zhuǎn)化率所需要的催化劑量也隨之增加。但是，降低爐氣中二氧化硫濃度，將會(huì)使生產(chǎn)每噸硫酸所需要處理的爐氣量增大，這樣，在其他條件一定時(shí)，就要求增大其它設(shè)備的尺寸，或者使系統(tǒng)中各個(gè)設(shè)備的生產(chǎn)能力降低，從而使設(shè)備的折舊費(fèi)用增加。若原料改變或具體生2產(chǎn)條件改變時(shí)，最佳濃度值亦將改變。2最終轉(zhuǎn)化率最終轉(zhuǎn)化率是硫酸生產(chǎn)的主要指標(biāo)之一。所以最終轉(zhuǎn)化率也有個(gè)最佳值問(wèn)題。一次轉(zhuǎn)化一次吸收流程，在尾氣不回收的情況下，當(dāng)最終轉(zhuǎn)化率為 ％～98％時(shí)，硫酸的生產(chǎn)成本最低。加采用兩次轉(zhuǎn)2化兩次吸收流程，最終轉(zhuǎn)化率則應(yīng)控制在 ％以上。下面主要介紹轉(zhuǎn)化器、換熱器及鼓風(fēng)機(jī)。無(wú)論何種形式轉(zhuǎn)化器，在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以下因素：A．轉(zhuǎn)化過(guò)程要盡可能滿足最佳溫度曲線的要求，以減少單位酸產(chǎn)量催化劑的使用量，一般出口溫度不超過(guò) 600℃。C．設(shè)備阻力既要?。帜苁?jié)绰殬I(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 28 氣體在床層內(nèi)部分布均勻。E．設(shè)備應(yīng)便于制造、安裝、檢修，便于更換催化劑。 1 、外部換熱式轉(zhuǎn)化器 圖 41 為四段外部換熱式轉(zhuǎn)化器，用于兩次轉(zhuǎn)化流程，生產(chǎn)能力 1000t／d。第一、二段內(nèi)壁襯耐火磚。圖 41 外部換熱式轉(zhuǎn)化器 外部換熱式較內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單．便于制造、安裝和維修，易于實(shí)現(xiàn)大型化。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 29 圖 42 內(nèi)部換熱式轉(zhuǎn)化器1來(lái)自中間吸收塔及冷熱交換器的 SO2出口；2去過(guò)熱器，1 號(hào)省煤器及吸收塔的 SO3氣體出口；3來(lái)自余熱鍋爐的 SO2氣體入口；4去冷熱交換器，2 號(hào)省煤器及最終吸收塔的 SO3氣體出口 沸騰床轉(zhuǎn)化器 圖 43 為前蘇聯(lián)用的四段沸騰床轉(zhuǎn)化器。第一段催化床的溫度采用部分氣體通過(guò)預(yù)熱器來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)，其余三段催化床中均設(shè)的換熱器*通過(guò)進(jìn)入換熱管內(nèi)的冷卻水量調(diào)節(jié)床層溫度，使各段溫度維持最佳值。一般進(jìn)氣溫度300350℃；，流體阻力約 10kPa，總轉(zhuǎn)化牢 95％一 98％。容積式通常使用羅獲鼓風(fēng)機(jī)。 離心式鼓風(fēng)機(jī)盡管型號(hào)不一．但結(jié)構(gòu)差不多。有的為單軸承單面進(jìn)氣，有的為雙軸承雙面進(jìn)氣。離心式鼓風(fēng)機(jī)可用于大中小型各種規(guī)模的制酸裝置，使用、維修均較方便。結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單。C．出口壓力高，可在 0．4MPa 下運(yùn)行。缺點(diǎn)：A．鼓風(fēng)旦小，一般只用于小型制酸裝置。 C．噪音較大?！耙晦D(zhuǎn)一吸”流程主要的缺點(diǎn)是，SO 的最終轉(zhuǎn)化率一般最高為 97％，若操2作穩(wěn)定和完善時(shí)，最終轉(zhuǎn)化率也只有 ％，硫利用率不夠高，排放尾氣含 SO較高，若不回收利用，則污染嚴(yán)重。為此，人們?cè)谔岣?轉(zhuǎn)化率方面,從催化轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱力學(xué)及動(dòng)力學(xué)尋找答案，先后2SO開(kāi)發(fā)出“加壓工藝” 、 “低溫高活性催化劑”及“兩轉(zhuǎn)兩吸”工藝等技術(shù)。采用兩次轉(zhuǎn)化工藝時(shí)，催化劑裝填段數(shù)及其在前后兩次轉(zhuǎn)化的分配與最終轉(zhuǎn)化率、換熱面積大小有很大關(guān)系。例如 3+1, Ⅲ、ⅡⅣ 、Ⅰ 流程：指第一次轉(zhuǎn)化用三段催化劑，第二次轉(zhuǎn)化用一段催化劑；第一次轉(zhuǎn)化前，含 SO 氣體通過(guò)換熱器2的次序?yàn)榈冖髶Q熱器(指冷卻從第Ⅲ段催化劑床層出來(lái)的轉(zhuǎn)化氣用的換熱器)，第Ⅱ換熱器；第二次轉(zhuǎn)化前，含 SO 氣體通過(guò)換熱器的次序?yàn)榈?Ⅳ換熱器，第Ⅰ換2熱器，如圖 41 所示。圖 41 3+1, Ⅲ、ⅡⅣ、Ⅰ兩次轉(zhuǎn)化流程1第一換熱器；2第二換熱器；3第三換熱器；4第四換熱器；5轉(zhuǎn)化器；6第一吸收塔Ⅳ、ⅠⅢ、Ⅱ這種換熱組合流程得優(yōu)點(diǎn)是：當(dāng)?shù)谝欢未呋瘎┗钚越档?，反?yīng)后移，則Ⅱ、Ⅲ換熱器能保證一次轉(zhuǎn)化達(dá)到反應(yīng)溫度。①最終轉(zhuǎn)化率比一次轉(zhuǎn)化高，可達(dá) ％～％。②能夠處理 SO 含量高的爐氣。③“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程多了一次轉(zhuǎn)化和吸收，雖然投資比一次轉(zhuǎn)化高 10％左有，但與“一轉(zhuǎn)一吸”再加上層氣回收的流程相比，實(shí)際投資可降低 5％左有，生產(chǎn)成本降低 3％?！皟赊D(zhuǎn)兩吸”流程亦有其缺點(diǎn)：①由于增設(shè)中間吸收塔，轉(zhuǎn)化氣溫度由高到低，再到高，整個(gè)系統(tǒng)熱量損失較大。而且爐氣中 SO 含量超低，換熱面積增加得越多。濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 33 第五章 三氧化硫的吸收5．1 三氧化硫吸收的工藝條件吸收酸濃度因?yàn)?SO3 易溶純硫酸中。工業(yè)上采用 ％硫酸作吸收劑，因其液面上水、三氧化硫和硫酸的總蒸氣壓最低，吸收率最高。在其它條件相同的情況下，吸收酸溫度升高，SO 3 、H 2O、H 2SO4的蒸氣壓升高，SO 3的吸收率降低。但是，酸溫度亦不是控制得越低越好，主要有兩個(gè)原因：A．進(jìn)塔氣體一般有水分。B．由于氣體溫度較高以及吸收反應(yīng)熱，會(huì)導(dǎo)致吸收酸有較大溫升，為保持較低酸溫，需大量冷卻水冷卻，導(dǎo)致硫酸成本不必要的升高。 近 20 年來(lái)，隨兩轉(zhuǎn)兩吸工藝的廣泛應(yīng)用，以及低溫余熱利用技術(shù)的成熟，采用較高酸溫和進(jìn)塔氣溫的高溫吸收工藝既可避免酸霧的生成，減小酸冷器的換熱面積，又可提高吸收酸余熱利用的價(jià)值。在一般的吸收過(guò)程中，氣體溫度低有利于提高吸收率和減小吸收設(shè)備體積。尤其在轉(zhuǎn)化氣中水含量較高時(shí)，提高吸收塔的進(jìn)氣溫度，能有效地減少酸霧的生成。時(shí)，轉(zhuǎn)化氣進(jìn)吸收塔溫度必須高于 112℃。在兩轉(zhuǎn)兩吸工藝中，采用高溫吸收，提高進(jìn)塔氣體溫度可很好地解決系統(tǒng)熱乎衡問(wèn)題，尤其對(duì)中間吸收塔更為有利，可以減緩工藝中“熱冷熱”的弊病。若酸量不足，酸在塔的進(jìn)出口濃度、溫度增長(zhǎng)幅度較大，當(dāng)超過(guò)規(guī)定指標(biāo)后，吸收率下降。 循環(huán)酸量通常以噴琳密度表示。／(m 2．h)范圍內(nèi)。產(chǎn)品只有 98％和 92．5％H 2兩種產(chǎn)品。圖 51 生產(chǎn)發(fā)煙硫酸時(shí)的干燥吸收流程1發(fā)煙硫酸吸收塔；2濃硫酸吸收塔；3捕沫器；4循環(huán)槽；5泵；6,7 酸冷卻器；8干燥塔濟(jì)源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文) 35 從轉(zhuǎn)化工序?qū)说霓D(zhuǎn)化氣，一部分進(jìn)入發(fā)煙酸吸收塔，經(jīng)發(fā)煙酸吸收后，與另一部分轉(zhuǎn)化氣混合并進(jìn)人 98％H2SO4 的酸吸收塔，經(jīng) 98％H2SO4 的硫酸吸收后，導(dǎo)人層氣回收塔或直接放空。從酸罐引出的熱酸由泵送人酸冷卻器冷卻，之后，大部分循環(huán)使用，少部分作為產(chǎn)品或串人 98％H 2SO4的硫酸混酸罐。罐中出來(lái)的熱酸由酸冷卻器冷卻，其中大部分打人吸收塔循環(huán)使用，一小部分分別串入 105％和 93％H 2S04的硫酸混酸罐。 [4] 5．2．2 兩轉(zhuǎn)兩吸于—吸系統(tǒng)工藝工藝流程見(jiàn)圖 52。此流程末配標(biāo)準(zhǔn)發(fā)煙酸生產(chǎn)塔，如配的話，一般設(shè)在第一吸收塔前，其它基本同一次吸