学位论文—课程设计—18万吨硫酸年转化系统工艺设计

《学位论文—课程设计—18万吨硫酸年转化系统工艺设计》由会员分享，可在线阅读，更多相关《学位论文—课程设计—18万吨硫酸年转化系统工艺设计（36页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书设计题目 18万吨硫酸/年转化系统工艺设计 学 号 6101110123 学生姓名 吴策爽 专业班级 11级化学工程与工艺01班 指导教师 汤璐 总评成绩 年 月 日邮电与信息工程学院课程设计任务书专业11化学工程与工艺 班级 01 学生姓名 发题时间： 年 月 日一、 课题名称18万吨H2SO4/年转化系统的工艺设计二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量）以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法，本课题进行的硫酸转化工艺设计主要采用一次转化法，课题条件如下：硫酸生产能力：18万吨硫酸/年转化原料组成：SO2(%)O2(%)N2(

2、%)91081二氧化硫转化率98%系统总压：0.11MPa 参考文献1刘少武，齐焉，刘东，刘翼鹏等编.硫酸工作手册M.南京：东南大学出版社，2001.2汤桂华，赵增泰、郑冲副.化肥工业丛书硫酸M.北京：化学工业出版社，1999.3杨基和，蒋培华化工工程设计概论M北京：中国石化出版社，2005.4娄爱娟，吴志泉，吴叙美化工设计M上海：华东理工大学出版社，2002.5陈五平主编，硫酸与硝酸M.北京：化学工业出版社，1996.三、 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只需简明列出大项目）本课题进行硫铁矿制硫酸转化工艺设计，设计紧密结合生产实际，设计主要任务如下：1. 查阅相关文献资料，

3、熟悉反应原理，确定设计方案，；2. 收集设计数据及物性参数，进行工艺设计计算，包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、主要设备结构和工艺参数的确定，以及典型辅助设备的选型及参数确定；3. 按照设计流程绘制带控制点的工艺流程图4. 撰写完整的课程设计报告；四、 设计所需技术参数物性数据：物料的密度、粘度、比热容、平衡转化率与温度关系等数据五、 设计说明书内容(指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标题即可)中文摘要Abstract第一章 文献综述第二章 工艺说明书第三章 转化工序物料衡算与热量衡算第四章 安全生产相关事宜第五章 环境保护与治理建议设计小结参考文献致谢六、 进度计划（

4、列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期）1.设计动员，发放设计任务书 0.5天2.收集资料，阅读教材，拟定设计进度 1.5天3.确定设计方案及设计计算内容 2-3天4.绘制流程图和主要设备结构图 2-3天5.整理设计资料，撰写设计说明书 2天6.设计小结及答辩 1天指导教师（签名）： 年 月 日学科部（教研室）主任（签名）： 年 月 日说明：1学生进行课程设计前，指导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。设计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。2如果设计技术参数量大，可在任务书后另设附表列出。3所有签名均要求手签,以示负责。目 录摘 要I

5、AbstractII第一章 文献综述11.1硫酸的性质和用途11.2硫酸生产方法21.3硫酸的发展3第二章 工艺说明书52.1 概述52.2 装置设计说明5第三章 转化工序物料衡算与热量衡算73.1 转化工序流程示意图及简要说明73.2 确定各段进口温度及转化率73.3 转化工序物料衡算103.4 转化器各段的热量衡算123.5 转化器设备计算21第四章 安全生产相关事宜234.1 概述234.2 二氧化硫和硫酸的危害234.3 二氧化硫和硫酸的注意事项24第五章 环境保护与治理建议255.1 三废主要来源255.2 三废处理方案25设计小结27参考文献28致谢29武汉工程大学邮电与信息工程学

6、院课程设计说明书摘 要本设计进行18万吨H2SO4/年转化系统工艺设计，其主要生产过程包括以下工序：硫铁矿的焙烧、炉气的净化、二氧化硫的转化、三氧化硫的吸收和尾气的处理。该设计的主要内容包括：首先画出转化工序流程示意图，了解大致的工艺流程，然后根据温度与转化率的关系和最佳温度与转化率的关系通过计算得出数据并画出最佳温度曲线，根据设定平衡温度与转化率的关系画出平衡温度曲线，根据进口原料气的组成：SO2：9%，O2：10%，N2：81%，催化剂的起燃温度、使用温度和转化器一段进口温度大致估计四段转化过程的操作线，根据操作线来进行物料衡算和热量衡算。在进行热量衡算时，设定一段进口温度为400，二段进

7、口温度为460，三段进口温度位440，四段进口温度为420，出口温度设定为一段580，二段500，三段462，四段431，而实际出口温度通过计算得到一段位589.3，二段为499.1，三段为462.8，四段为431.6，与所设温度相比相差不大，因此所设温度满足要求，设计合理。如果设定值与实际计算值相差太大，需要用试差的方法重新设定操作曲线来计算，直到设计值和计算值差不多。之后对转化器热量进行衡算，代入所设温度计算各物质的平均摩尔热容，再计算升高1所需的热量，再把各物质单位温度的热量相加得到总热量，最后与所设温度相乘得到带入的总热量，依次计算，使之满足生产要求。最后完成工艺说明书，安全生产相关事

8、宜，即完成课程设计说明书。最后用CAD画出硫酸工艺流程图和一次转化工段装备图。关键词：硫酸；转化工艺；一转一吸AbstractThe design of the 180000 tons of H2SO4/ years of transformation system in process design, the main production process includes the following steps: pyrite roasting, furnace gas purification, sulfur dioxide conversion, three sulfur dioxid

9、e absorption and exhaust gas treatment.The main contents of the design include: first, draw the conversion process flow diagram, understanding the process generally, then according to the relationship between the temperature and the conversion rate and the optimum temperature and conversion rate cal

10、culated by the data and draw the optimal temperature curve, according to the set temperature and equilibrium conversion rate between draw equilibrium temperature curve according to the gas composition, imported raw materials: SO2:9%, O2:10%, N2:81%, the ignition temperature of the catalyst, the use

11、of temperature and inlet temperature of converter a roughly estimate four stage conversion process operation line, according to the operation line to carry on the material balance and heat balance. In the heat balance calculation, setting a inlet temperature is 400, the two section inlet temperature

12、 of 460, three section inlet temperature 440, the four section inlet temperature of 420, the outlet temperature setting for a period of 580, 500two section, three section four section 462, 431, while the actual outlet temperature of 589.3 through a Dan calculated two section 499.1, three section 462

13、.8, four section 431.6, compared with the temperature set by the temperature difference is not big, therefore the design meet the requirements, design reasonable. If the set value and the actual value calculated is too large, need to use the trial and error method to set the operating curve to calcu

14、late, until the design value and calculation value almost. After the converter heat balance calculation, the average molar heat capacity into the temperature set by the calculation of various substances, then calculate the amount of heat required to increase the temperature of 1, and then add the ma

15、terial heat unit temperature to obtain total calories, and finally the temperature set by multiplying the total calories into successively calculation, so as to meet the requirements of production. Finally completed the process specification, production safety related issues, namely, the completion

16、of the course design manual. Finally, a sulfuric acid process flow chart and a conversion section of figure painting with CAD equipment.Key words: H2SO4; conversion process; A single29第一章 文献综述1.1硫酸的性质和用途硫酸，H2SO4，相对分子质量98.078，是指SO3与H2O摩尔比等于1的化合物，或指100H2SO4，外观为无色透明油状液体，密度(20)为1.8305g/cm3。工业上使用的硫酸是硫酸的水

17、溶液，即SO3与H2O摩尔比1的物质。发烟硫酸是SO3的H2SO4溶液，SO3与H2O的摩尔比大于1，以为无色油状液体，因其暴露与空气中，逸出的SO3与空气中的水分结合形成白色烟雾，故称之为发烟硫酸。硫酸或发烟硫酸的浓度均可用H2SO4质量分数表示。但发烟硫酸的浓度常用其中所含的游离SO3（即除H2SO4以外的SO3）或全部的SO3质量分数表示。不同的表达方式可以用下列公式相互换算：式中 H2SO4的质量分数，% SO3总含量质量分数，% 游离SO3质量分数，%表1-1 硫酸的组成名称摩尔比H2SO4质量分数/%SO3质量分数/%游离总和92%硫酸0.68092.0075.1098%硫酸0.9

18、0398.0080.00100%硫酸1100.0081.6320%发烟酸1.30104.502085.3065%发烟酸3.29114.626593.57硫酸是强酸之一，具有酸的通性。但浓硫酸有其特殊的性质。物理性质方面，有相对密度大、沸点高、液面上水蒸汽的分压极低等特性；化学性质方面，有氧化、磺化和脱水的特性。硫酸用途非常广泛，无论在工业部门，还是在发展农业生产、满足人民物质生活需要、加强国防力量，都起着重要作用。硫酸在大宗生产的化学品中产量居于前列，是最重要的化工原料之一。硫酸最重要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、重过磷酸钙、硫胺等。在中国，硫酸产量的60以上用于生产磷肥和复合肥。在化学

19、工业中，硫酸是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、药物等生产中不可缺少的原料。在农药、除草剂、杀虫剂的生产中亦需要硫酸。在石油工业中，石油精炼需要使用大量硫酸作为洗涤剂，以除去石油产品中的不饱和烃的硫化物等杂质。在冶金工业中，钢材加工及成品的酸洗要用硫酸；电解法精炼铜、锌、镉、镍时，电解液需使用硫酸；某些贵金属的精炼亦需用硫酸溶去杂质的其它金属。在炸药及国防工业中，浓硫酸用于制取硝化甘油、硝化纤维、三硝基甲苯等炸药。原子能工业中用于浓缩铀。运载火箭所用染料亦离不了硫酸1。1.2硫酸生产方法二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但是，这一反应在通常情况下很难进行。后来人们发现

20、，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。硝化法(包括铅室法和塔式法)是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中铅室法在1746年开始采用，反应是在气相中进行的。在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于本世纪初期。塔式法制出的硫酸浓度可达76左右。目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。硝化法制得的硫酸，H2SO4含量低(78H2SO4)，杂质含量高(主要含有尘及氮氧化物)，且需耗用大量硝酸或硝酸盐，远远满足不了染料、化纤、有机合成、石油化工部门的要求。因此，次发的发展受到限制2。接触法制酸几乎是

21、世界上硫酸工业的唯一生产方法。其原料为能够生产二氧化硫的含硫物质，一般含有硫磺、硫化物、硫酸盐、含硫化氢的工业废气(包括冶炼烟气)等。在不同的国家中，由于本国含硫资源的不同，生产硫酸的原料路线有很大的差异，且所用原料的比重随硫资源的供给情况也有所调整。以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法，它创始于1831年，在本世纪初才广泛用于工业生产。到20年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产。新中国成立后，即大力发展先进的接触法硫酸生产，逐步代替铅室法和塔式法。接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应，结合成

22、三氧化硫，然后用98.3的硫酸吸收为成品酸。这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯(不含氮化物)，但炉气的净化和精制比较复杂。在外部换热式转化流程中，反应过程与换热过程是分开的。气体在床层中进行绝热反应，温度升高到一定程度后，离开催化床进行降温，然后再进入下一段床层进行绝热反应。每进行这样一次绝热反应成为一段。为了达到较高的最终转化率，必须采取多段催化转化3。一次转化、一次吸收流程：所谓一次转化、一次吸收是指SO2经过多段转化以后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO2后就排放。这种流程比较简单，但转化率相对较低，一般不超过97。在60年代以前，我国硫酸厂大多数采用这种流程。两次转化、两

23、次吸收流程：60年代以来，转化工艺流程最大的变化就是采用了两次转化、两次吸收新流程，简称为两转两吸。这项新技术开始时，着眼于充分利用硫的资源和减少SO2气体排放量，保护环境。这种方法的特点是：1.最终转化率高；2能够处理较高浓度的SO2气体；3减少尾气中SO2排放量；4.所需换热面积较大；5系统阻力比一转一吸增加4-5kPa。接触法制造硫酸的生产过程包含以下三个基本工序：第一，由含硫原料制取含二氧化硫气体。实现这一过程需将含硫原料焙烧，所以工业上称之为“焙烧”。第二，将二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上称之为“转化”。第三，将三氧化硫与水结合成硫酸。实现这一过程需将转化所得三氧化硫气

24、体用硫酸吸收，工业上称之为“吸收”。这样，在三个基本工序之外，再加上原料的贮存与加工，含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存与计量，三废处理等工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮存和计量工序在该过程中均有4。1.3硫酸的发展近几年来，我国硫磺制酸发展比较快。1995年硫铁矿制酸所占比例约为80%，1998年硫铁矿制酸所占比例约为60%，到了2001年比例下降到40%左右。同时，硫磺制酸所占比例由1995年的1.5%左右增加到2001年的30%左右，硫磺制酸工业发展速度较快。这主要是受进口硫磺价格

25、低、国内硫铁矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展。2003年，我国硫酸产量达到3371.2万吨，比上年增产320万吨，增长10.5%，摆脱了长期以来位居次席的地位，超越美国的3050万3100万吨。由于进口硫磺一直在高价位运行，部分硫磺制酸装置改回硫铁矿制酸，硫铁矿制酸一改过去的下降趋势，产量达到1303.4万吨，比2002年增长8.1%，占总产量的38.7%；硫磺制酸产量为1260.9万吨，占总产量的37.4%；冶炼烟气制酸产量为752.1万吨，占总产量的22.3%；磷石膏及其他制酸产量为54.7万吨。2003年我国硫酸表观消费量为3565.2万吨。其中，磷复肥用酸占67.6%，增长18%

26、；其他化肥消耗4.1%；非化肥用酸28.3%，增长8.7%。虽然国内产量增长很快，但仍无法完全满足需求。2003年进口硫磺499万吨，比上年增长22%；进口硫酸193.9万吨，与上年基本持平。2004年硫酸产量及市场显现多年未见的好形势，其中有两个原因，一是从2003年底开始，中央紧抓三农问题，出台一系列对化肥企业的利好政策，促进了磷复肥特别是高浓度磷复肥生产，磷复肥每月以同比20%以上的速度增长；二是国民经济的快速增长，增加对硫酸的需求，因此，2004年每月硫酸产量同比增长都在18%以上，全国硫酸市场出现少有的供不应求形势，价格一路上扬。2004年全国硫酸产量3994.6万吨，同比增长18.

27、5%。产量最大的是云南。2005年12月总产量为669.4万吨，比2004年同期564.9万吨增长18.5。预计2005年硫酸产量可超过4400万吨，同比增长10.1%；其中硫磺制酸2000万吨，同比增长23.2%；冶炼烟气制酸900万吨，同比增长4.7%；硫铁矿制酸1450万吨，同比增长1.4%；其它制酸55万吨，与2004年基本持平。进口硫酸175万吨，由于韩国硫酸减少，总进口量比2004年进一步下降。第二章 工艺说明书2.1 概述2.1.1 产品规模和规格(1)年操作日 300天/年(2)生产方式 连续生产(3)生产能力 18万吨/年H2SO4(4)产品要求 二氧化硫 转化率98%2.1

28、.2 工艺方案叙述国内生产硫酸的方法主要是用硝化法和接触法，考虑到硝化法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢。本设计采用的是接触法，该方法制得的成品酸浓度高，纯度较高。理论上催化氧化操作过程的段数越多，最终转化率越高，而且过程更接近于最佳温度曲线，催化剂的利用率越高。本设计的生产过程采用一转一吸的工艺流程，即将二氧化硫经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO2后就排放。转化流程为4段间接换热式。2.2 装置设计说明2.2.1 工艺原理二氧化硫转化通常是在不高于0.5MPa压力下进行，而且SO2、SO3浓度又较低，体系可视为理想气体。二氧化硫氧化反应是一个可逆放热反

29、应：2.2.2 工艺流程说明现采用接触法一转一吸酸洗封闭流程生产硫酸，其生产工艺大致有六大工序，即：原料预处理、SO2炉气制取、SO2气体净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收、“三废”处理。这里主要介绍一下转化系统。转化系统为一转一吸四段反应装置，因为二氧化硫转化的过程是一个放热过程，它的转化率随着温度的升高而降低，因此采用多段反应器，通过一段反应器后物料的温度升高，经冷却后通入下一段反应器继续反应，使整个反应的操作曲线在最适温度曲线附近，既保证了反应的速度，又可以达到较高的转化率。此流程使用原料气作为冷却剂，可以省去外加的冷却剂，又可以利用反应产生的热量来预热原料气，节约能源，一举两得。转化系统

30、包括一个四段反应器和四个换热器。前面制取的气体经过一系列净化的过程，依次通过第四、第三、第二、第一换热器预热后进入反应器，第一、第二、第三、第四段反应床层出来的气体分别经过第二、第三、第四、第一换热器进行冷却，再通入吸收塔。2.2.3 主要设备选型说明考虑到转化器设计应让二氧化硫尽可能在最优化温度条件下反应，最大限度的利用二氧化硫反应放出的热量，设备阻力既要小，又能使气体分布均匀。故考虑使用外部换热型转化器。换热器考虑到气体有一定腐蚀性，故选用列管式换热器。风机选用罗茨风机。2.2.4 化工原材料规格及用量进入转化器气体组成：SO2占9；O2占10；N2占81。本设计采用的催化剂型号是S109

31、-1，起燃温度为360，使用温度为400-580，入口SO2：7.5%9.5%5。 第三章 转化工序物料衡算与热量衡算3.1 转化工序流程示意图及简要说明图3.1是硫酸转化工艺的流程，原料气由干燥器进入转化炉一段，再进入换热器，再进入到转换炉二段，由此类推，直到从转化炉四段出来降温至吸收塔。鼓风机原 料 气转化炉一段第一换热器第三转化炉转化炉二段第二转换炉转化炉四段第四换热器转换炉三段降温至吸收塔图3.1 转化工序流程示意图3.2 确定各段进口温度及转化率3.2.1 温度与平衡转化率的关系6在时， (3.1)式中：平衡常数 温度/平衡转化率 (3.2)式中： 进转化器的炉气中的浓度（%） 进转

32、化器的炉气中的浓度（%） 系统总压力/取反应温度由公式（3.1）计算由公式（3.2）计算试差过程：时，由公式得由公式，试差可得依次计算得平衡转化率与温度的关系列表3-1。表3-1 平衡转化率与温度的关系T/K673.15 683.15 693.15 703.15 713.15 723.15 733.15 743.15 753.15 763.15 Kp438.41 342.93 270.15 214.27 171.06 137.41 111.04 90.25 73.76 60.60 Xt/%99.0998.8498.5398.1597.7097.1696.5295.7694.8893.86T/K

33、773.15 783.15 793.15 803.15 813.15 823.15 833.15 843.15 853.15 863.15 Kp50.04 41.52 34.62 29.00 24.39 20.60 17.47 14.88 12.72 10.91 Xt/%92.6991.3689.8688.1986.3584.3482.1679.8077.3174.703.3.2 最适温度与转化率关系其中a=9；b=10；取不同X值，计算。计算得最适宜温度与转化率的关系列表3-2。表3-2 最适宜温度与转化率的关系Xt/%99.0998.8498.5398.1597.7097.1696.529

34、5.7694.8893.86T/K621.76631.75641.83651.94661.86671.8681.73691.74701.67711.62Xt/%92.6991.3689.8688.1986.3584.3482.1679.8077.3174.70T/K721.57731.53741.5751.45761.37771.27781.18791.16801.05810.883.3.3 确定操作线进气组成：SO2占9%，O2占10%,N2占81%所选取钒催化剂的起燃温度为360确定转化器一段进口温度400气体经每层触媒后温度升高，计算式是：表3-3 二氧化硫的浓度与l值的关系SO2含量/

35、%23456789101112205988117145173200226252278303328506由表3-3查得，浓度为9%的SO2对应的l值为252。操作线温度的确定：已知催化剂的起燃温度为360，在使用的温度为400580，考虑到应使操作线尽量与最适温度曲线靠近，且出口温度在催化剂的使用温度范围内，取原料气的进口温度为400，四段操作线的斜率根据原料气里SO2的浓度差查得1/252。考虑到原料气的预热过程是依次经历第一、第二、第三、第四换热器的冷却，所以如果考虑每个换热器的换热面积相当，则出口气体冷却降温的温差应为第一段大于第二段，第二段大于第三段，按照这个原则，分别取第一段的降温的温

36、差为120，第二段的降温的温差60，第三段的降温的温差42，并且每一段转化器的出口温度和转化率对应的点都在平衡曲线和最佳温度曲线之间，由此估算得到四段反应器的操作曲线。3.2.4 各段进口温度及转化率由图3.2及表3-4的数据可得：转化器：第一段操作线方程：；代入；得X=0.7143第二段操作线方程：；代入；得X=0.873第三段操作线方程： ；代入；得X=0.9524第四段操作线方程： ；代入；得X=0.9921表 3-4一次转化分段转化率和温度段数一二三四转化率/71.4387.3095.2499.21进口温度/400460440420出口温度/580500462431图3.2 四段反应过

37、程的X-T关系图3.3 转化工序物料衡算本设计为18万吨/年硫酸转化系统工艺设计（以每小时计算），由可得实际进气总量为：为方便计算，本设计假设近期总量为,故在最后计算结果上需乘上系数3.3.1 进转化器一段气体量及成分以的进气量为标准进行计算，已知SO2占9%，O2占10%，N2占81%。O2的进气量及成分： SO2的进气量及成分：N2的进气量及成分：3.3.2 出一段气体量及成分 3.3.3 出二段气体量及成分 3.3.4 出三段气体量及成分 3.3.5 出四段气体量及成分 由以上计算汇总转化器物料衡算结果于表3-5。表3-5 转化器物料衡算结果进一段kmolkgm3V（%）SO2257.1

38、316456.545759.799.00O2285.709142.526399.7610.00N22314.2064797.6251838.0981.002857.0490396.6763997.64100.00出一段kmolkgm3V（%）SO273.434699.261644.742.66S03183.7114696.604115.056.64O2193.856203.204342.247.01N22314.2064797.6251838.0983.692765.1890396.6761940.12100.00出二段kmolkgm3V（%）SO233.432139.35748.771.22

39、SO3223.7117896.485011.028.15O2173.855563.223894.266.33N22314.2064797.6251838.0984.302745.1890396.6761492.14100.00出三段kmolkgm3V（%）SO212.86822.83287.990.47SO3244.2819542.145471.808.93O2163.575234.093663.875.98N22314.2064797.6251838.0984.622734.9090396.6761261.75100.00出四段kmolkgm3V（%）SO22.57164.5757.600.

40、09SO3254.5620364.965702.199.33O2158.425069.533548.675.80N22314.2064797.6251838.0984.782729.7690396.6761146.55100.003.4 转化器各段的热量衡算气体的摩尔热熔量可按下式求出：3.4.1 转化一段反应热与出口温度(1)进转化器第一段气体带入热量（以每小时气量计算）已知进一段触媒层气体温度为400，所以可得各组分气体的平均摩尔热熔：SO2的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故进一段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总

41、热量：带入热量 (2)预计出转化器第一段气体温度580所以可得各组分气体的平均摩尔热容：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出一段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：(3)反应热摩尔反应热：总反应热： 一段出口温度与预计温度相近，合理。(4)一段出口气带出热：3.4.2 转化二段反应热与出口温度(1)进转化器第二段气体带入热量（以每小时气量计算）已知进二段触媒层气体温度为460，所以可得各组分气体的平均摩尔热熔：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均

42、摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故进二段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：带入热量(2)预计出转化器第二段气体温度500所以可得各组分气体的平均摩尔热容：SO2的平均摩尔热容：SO3的平均摩尔热容：O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出二段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：(3)反应热摩尔反应热：总反应热：二段出口温度与预计温度相近，合理。(4)二段出口气带出热：3.4.3 转化三段反应热与出口温度(1)进转化器第三段气体带入热量（以每小时气量

43、计算）已知进三段触媒层气体温度为440，所以可得各组分气体的平均摩尔热熔：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故进三段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：带入热量(2)预计出转化器第三段气体温度462所以可得各组分气体的平均摩尔热容：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出三段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：(3)反应热摩尔反应热：总反应热：三段

44、出口温度与预计温度相近，合理。(4)三段出口气带出热：3.4.4 转化四段反应热与出口温度(1)进转化器第四段气体带入热量（以每小时气量计算）已知进四段触媒层气体温度为420，所以可得各组分气体的平均摩尔热熔：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故进四段气体每升高1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：带入热量(2)预计出转化器第四段气体温度431所以可得各组分气体的平均摩尔热容：SO2的平均摩尔热容： SO3的平均摩尔热容： O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出四段气体每升高

45、1所需的热量为：SO2所需的热量：SO3所需的热量：O2所需的热量：N2所需的热量：所需的总热量：(3)反应热摩尔反应热：总反应热：四段出口温度KJ与预计温度相近，合理。(4)四段出口气带出热：转化器热量衡算见表3-6。表3-6 转化器热量衡算结果段数气体进口反应热量气体出口温度（）热量（KJ）（KJ）温度（）热量（KJ）一段4001258844016122105.68 58018912463.83二段460149661003022549.11 50016420342三段440141907921975967.28 46014908751.5四段420129885421214028.70 430

46、1342753808547338741392995365表3-7 转化器出口温度核算结果段数一段二段三段四段进口温度/400460440420预计出口温度/580500462431热量衡算出口温度/589.3499.1462.8431.63.5 转化器设备计算3.5.1 转化器的直径计算由于前面段数反应速度快，后面段数反应速度慢，老式转化器的外型是上校下大。然而SO2反应成SO3是体积减小的，前面段数反应温度较高，后面却较低，触媒层厚度调整的范围也比较宽，所以现在转化器的设计，一般都采用直筒形的。转化器气速，过去一般采用0.40.6m/s,现在一般控制在0.61.0m/s。因气速通过触媒的速度

47、不易算准且又复杂，故在计算径向转化器触媒框面积时，也取以上两种范围的气速来计算。轴向取0.7m/s，横向取0.5m/s。现在许多设计中气速以m标/s计，国内多采用0.3m标/s，国外常采用0.40.45m标/s。转化器操作温度，一般取各段的总平均值，本计算即为t平均=467.34。转化器操作压力，一般也是取各段的总平均值，根据生产实际一般平均在9.811.8kPa，这里取10.79kPa计算。（或38.87m3/s）转化直径D：（取8.60）3.5.2 转化器的高度的计算段高累加法即将各段的触媒层高度、布气层高度（包括检修空间高度）相加，即为转化器总高度。触媒层高度h1一般为600700mm，

48、取h1=600mm计算。布气层高度h2一般为600800mm，取h2=700mm。外部换热式转化器，布气层分进和出两个，即布气层高度为2h2。四段外部换热式转化器总高度H为：第四章 安全生产相关事宜4.1 概述本设计中的主要危害物质为原料气中的二氧化硫,以及产物硫酸。二氧化硫是大气中的主要污染物之一，是衡量大气是否遭污染的重要标志。在我国的一些城镇，大气中二氧化硫的危害较为普遍而又严重。而硫酸对皮肤、粘膜等组织有强烈的刺激作用，会对人体产生严重危害，所以对这些物质必须进行有效地防范。4.2 二氧化硫和硫酸的危害二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在湿润的粘膜上生成具有

49、腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用争强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇到刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的官腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在一定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺部产生刺激作用。二氧化硫可被吸收进入血液，对全身产生毒副作用，它能破坏酶的活力，从而明显地影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有一定的损害。动物实验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。二氧化硫浓度为1015ppm时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm时，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入浓度为100

50、ppm八小时，支气管和肺部出现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm时可使人产生呼吸困难。二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带到肺部使毒性增加34倍。若飘尘表面吸附金属颗粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化硫增强约一倍。长期生活在大气污染环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维的增生。如果增生范围波及广泛，形成纤维性病变，发展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物的致癌作用。据动物实验，在二氧化硫作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌8。硫酸蒸汽或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混

51、浊，以致失明；引起呼吸道刺激，重者发生呼吸困难和肺水肿；高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消化道烧伤以致溃疡形成；严重者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤烧伤轻者出现红斑、重者形成溃疡，愈后瘢痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚至角膜穿孔、全眼炎以致失明。慢性影响；牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。4.3 二氧化硫和硫酸的注意事项生产、运输和使用二氧化硫时应严格按照刺激性气体有害作业要求操作和作好个人防护，可将数层纱布用饱和碳酸氢钠溶液及1甘油湿润后夹在纱布口罩中，工作前后用2碳酸氢钠溶液漱口。生产和使用场所空气中二氧化硫浓度不应超过15mgm3的最高容许浓度。

52、有明显呼吸系统及心血管系统疾病者，禁止从事与二氧化硫有关的作业。若有人中毒，应立即将患者移离有毒场所，呼吸新鲜空气或氧气、雾化吸入25碳酸氢钠+氨茶碱+地塞米松+抗生素。用生理盐水或清水彻底冲洗眼结膜囊及被液体二氧化硫污染的皮肤。对吸入高浓度二氧化硫有明显刺激症状，但无体征者，应密切观察不少于48h，并对症治疗。积极防治肺水肿，可早期、足量、短期应用糖皮质激素。需要时可用二甲基硅油消泡剂9。硫酸操作处置：密闭操作，注意通风。操作尽可能机械化、自动化。操作人员必须经过专门培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具(全面罩)，穿橡胶耐酸碱服，戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源，工作场

53、所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止蒸汽泄漏到工作场所空气中。避免与还原剂、碱类、碱金属接触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。硫酸运输注意事项：本品铁路运输时限使用钢制企业自备罐车装运，装运前需报有关部门批准。铁路非灌装运输时应严格按照铁道部危险货物运输规则中的危险货物配装表进行配装。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、还原剂、碱类、碱金属、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋，防高温。第五章 环境保护与治理建议5.1 三废主要来源5.1.1 废气一转一吸工艺及尾气回收后的主要

54、废气为SO2。5.1.2 废水硫酸制备工艺主要采用硫铁矿，故总有酸性污水排出。硫酸废水通常具有色度大、酸度高的特点，其主要有害物质是硫酸、亚硫酸、矿尘、砷、氟以及多种金属离子等。炉气酸洗净化流程排除的烯酸，浓度一般在320之间，除含有矿尘外，还有砷、氟等杂质，通常被称为废酸。5.1.3 矿渣 矿渣是硫酸生产过程中排除的废渣，主要为硫铁矿渣。我国硫铁矿都含砷，焙烧过程中砷的烧出率只有约40，大部分仍留在矿渣中，经焙烧后的砷大部分是水溶性的，遇雨水浸泡后会被溶出，最终流入江河，污染水体。5.2 三废处理方案5.2.1 废气低浓度的SO2烟气回收方法很多，主要有氨酸法、钠一酸法和活性炭法，其中以氨一

55、酸法应用最为广泛。除能消除SO2污染，保护环境外，还可综合利用生产处有经济价值的固体亚硫酸钠、亚硫酸氨、固体亚硫酸钠等延伸产品。5.2.2 废水硫酸工业污水的处理，通常采用石灰石中和的方法，此外还有电石渣一铁屑处理法。废酸的利用：(1)把层降分离后的烯酸直接与98的浓硫酸参合，配成72的硫酸用于制造普通磷酸钙。(2)代替水补加到吸收塔循环酸槽内，制成商品硫酸。(3)废酸热解再生。(4)进行浓缩处理制成浓硫酸。用硫化法处理污酸回收余属。5.2.3 废渣硫铁矿含有丰富的铁和其他金属，因此采用磁选铁精矿、矿渣制砖、氯化球团炼铁等方法将其综合利用。设计小结通过对无机化工工艺学中硫酸生产工艺的学习，为本

56、次设计提供了充分的理论依据，帮助我们顺利完成了设计任务。在对设计中出现的一些问题也掌握了解决的方法，比如：在确定多段反应过程的X-T关系图时，最佳温度曲线与平衡曲线过于接近，使制作出来的图形的两条曲线区分不够明显，后来在老师那分析才知道是温度的间距太大，然后调小间距，得到了理想的结果。还有后面的进口和出口温度的设定，在这个环节上我们组花费了很大的气力去计算温度的合理性，将最终的温度定为本次设计的温度，也达到了预想的结果。本次设计运用了Office软件的计算和图表工作，大大降低了手工操作的工作量，也为将后来处理大型课题打下了一定的基础，在求平衡转化率时运用了Excel中单变量求解的计算方法，该方

57、法打破了利用笔算无法算出结果的瓶颈，因此本次设计让我学会很多Office操作的应用。本次设计还要很感谢老师严格负责的工作态度和有问必答的学习作风，没有老师的这些帮助，我想本次设计不会完成非常完美，也不会让我们清晰的认识到态度决定任务完成的程度。这次设计是我们第二次做这样的任务了，每次都有新的收获，第一次设计使我明白了一个组分派任务可以使设计周期大大缩短，第二次设计让我懂得了一个设计任务完成好坏在于我们对各方面知识的运用和理解。参考文献1刘少武，齐焉，刘东，刘翼鹏等编.硫酸工作手册M.南京：东南大学出版社，2001.2肖文德等硫酸工业M1995,(1)：1 3夏定豪硫酸工业发展史中国大百科全书化工M北京：中国大百科全书出版社19874224堵盘兴等硫酸工业M1995，(1)：235汤桂华等化肥工业丛书之硫酸M北京：化学工业出版社，19956周学良等催化剂M北京：化学工业出版社，2002107虞钰初等硫酸工艺计算手册M南京：化工部硫酸工业信息站出版，