硫磺制酸

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1、毕 业 论 文题目： 年产23万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计 学 生： 学 号： 院 （系）： 专 业： 指导教师： 2010 年 月 日毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目： 年产30万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计函授站：陕西函授站 专业：化工工艺班级： 化学工程与工艺1102 学生姓名：赵强强指导教师（含职称）：马鹏帅、刘明丽1 设计（论文）的主要任务及目标：本设计主要是三氧化硫吸收塔的设计，通过该装置的设计，使学生在熟练掌握专业知识的基础上能够将理论应运到实际生产中去，从而培养学生理论联系实际以及独立设计、创新能力。撰写设计计算书一份；主体设备装置图1张，工艺流程图1套。 条件：年开工

2、300天，二氧化硫的转化率为95%，吸收温度180，吸收率100%喷淋酸为80的98%的浓硫酸。2 设计（论文）的基本要求和内容：（1）完成塔设备的主体部分的物料衡算与主要设备设计计算；（2）画出塔设备的装置图；（3）画出带控制点的工艺流程图；3 主要参考文献：1 谭天恩.化工原理(第二版)下册M.北京：化学工业出版社.1998：1321562 匡国柱.化工单元过程及设备课程及设计（第二版）M.北京：化学工业出版社.2007：1932363 编委会.化工工艺手册M.北京：化工工业出版社.1994：2032644.张贵军.化工计算M.北京：化学工业出版社.2008：881425 侯温顺.化工设计

3、概论(第二版)M.北京：化学工业出版社.2007：1231566.王绍良.化工设备基础M.北京：化学工业出版社.2007：841347.高职高专化学教材编写组编.物理化学（第二版）M.北京：化学工业出版社.2000：1832054 进度安排：序号设计（论文各阶段名称）起止时间1下达任务书及设计要求10月3日10月4日2撰写开题报告10月5日10月10日3查找资料明确设计目的及基本要求10月11日10月15日4设计计算10月16日11月15日5绘制设备图11月16日11月30日6编写论文12月1日12月10日7后期修改12月11日12月20日诚信申明本人申明：我声明，所呈交毕业设计论文年产30万

4、吨的硫磺制酸工艺设计是本人在指导老师马鹏帅，刘明丽老师细心指导下进行的研究工作及取得的研究成果。论文中所引用的他人的文字，研究成果，是我查阅资料认真思考独立完成的据实查证。我毕业设计所撰写的内容及所参考的资料均真实、可靠，如有不实之处，我愿按照学校有关规定，承担一切后果。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切相关责任。 本人签名：赵强强 2010年12月18日III年产23万吨硫磺制酸摘 要本设计针对硫磺制硫酸工艺，在查阅了全国硫酸工业技术交流会论文集等大量资料的基础上，实现生产23万吨的硫酸生产工艺。介绍了硫酸生产的主要方法和成熟的工艺流程。主要内容包括原料熔硫工段、焚硫转化工段、干

5、吸工段、主要生产设备的选择、技术经济指标的确定、环保措施等。文章重点完成了中间吸收塔的物料衡算、热量衡算、吸收塔和液体分布器尺寸的计算，并完成了相关图纸的绘制，包括硫磺制酸的带控制点的工艺流程图和中间吸收塔设备装配图。关键词： 硫磺，空气，吸收，填料塔 Yearly produces 230,000 ton sulfur system acid ABSTRACT summarysummarysummarysummarysummarysummarysummaryThis design is aimed at improving sulfuric acid process, in turn nat

6、ional sulphuric acid industry technique exchanging meeting proceedings on the basis of such a large number of data, the realization produce 230,000 tons of sulfuric acid production process. Introduces sulphuric acid production, the main method and mature process flow. The main contents include raw m

7、aterial the sulfur melting pelletizing section, burned into sections of sulfur, dry suction pelletizing section, the main production equipment selection, technical and economic indexes of determination, environmental protection measures, etc. The paper mainly finished middle absorber material calcul

8、ation, heat calculation, absorption tower and liquid distributor size calculation, and completed mapping engineering drawings, including improving acid with control flow chart and middle absorption tower equipment assembly drawing. KEY WORDS: brimstone; Air. Absorption; Packed tower This design is a

9、imed at improving sulfuric acid process, in turn national sulphuric acid industry technique exchanging meeting proceedings on the basis of such a large number of data, the realization produce 230,000 tons of sulfuric acid production process. Introduces sulphuric acid production, the main method and

10、mature process flow. The main contents include raw material the sulfur melting pelletizing section, burned into sections of sulfur, dry suction pelletizing section, the main production equipment selection, technical and economic indexes of determination, environmental protection measures, etc. The p

11、aper mainly finished middle absorber material calculation, heat calculation, absorption tower and liquid distributor size calculation, and completed mapping engineering drawings, including improving acid with control flow chart and middle absorption tower equipment assembly drawingThis design is aim

12、ed at improving sulfuric acid process, in turn national sulphuric acid industry technique exchanging meeting proceedings on the basis of such a large number of data, the realization produce 230,000 tons of sulfuric acid production process. Introduces sulphuric acid production, the main method and ma

13、ture process flow. The main contents include raw material the sulfur melting pelletizing section, burned into sections of sulfur, dry suction pelletizing section, the main production equipment selection, technical and economic indexes of determination, environmental protection measures, etc. The pap

14、er mainly finished middle absorber material calculation, heat calculation, absorption tower and liquid distributor size calculation, and completed mapping engineering drawings, including improving acid with control flow chart and middle absorption tower equipment assembly drawingThis design is aimed

15、 at improving sulfuric acid process, in turn national sulphuric acid industry technique exchanging meeting proceedings on the basis of such a large number of data, the realization produce 230,000 tons of sulfuric acid production process. Introduces sulphuric acid production, the main method and matu

16、re process flow. The main contents include raw material the sulfur melting pelletizing section, burned into sections of sulfur, dry suction pelletizing section, the main production equipment selection, technical and economic indexes of determination, environmental protection measures, etc. The paper

17、 mainly finished middle absorber material calculation, heat calculation, absorption tower and liquid distributor size calculation, and completed mapping engineering drawings, including improving acid with control flow chart and middle absorption tower equipment assembly drawing.summarysummarysummary

18、summary目录摘 要IABSTRACTII目录III1 绪论11.1 硫酸的组成及性质11.2 硫酸的用途21.3 硫酸的生产方法21.4 我国硫酸工业的生产现状31.4.1 国外硫酸工业的现状51.4.2 发展建议51.5 注重环保以及能源消耗情况与废热回收利用51.5.1 环境保护51.5.2 能源消耗情况61.5.3 废热回收利用61.6 工艺流程的简述71.6.1原料工段71.6.2 熔硫工段71.6.3 焚硫及转化工段71.6.4 干吸及成品阶段71.7 塔及填料的选择71.7.1塔的选择71.7.2填料选择81.8 泵的选择81.8.1泵的主要用途81.8.2泵的性能参数81.

19、9 硫酸的质量指标和增产技术81.9.1 国家一级标准工业硫酸质量指标81.9.2 硫酸的增产技术91.9换热器的选择91.9.1换热器的分类92 硫磺制酸吸收工段流程简介102.1 三氧化硫吸收原理112.2 吸收酸浓度的选择112.3 高温吸收的工艺原理123 主要设备的工艺计算123.1 中间吸收塔的工艺计算【1】【4】123.1.1酸喷淋量q【7】133.1.2中间吸收塔的物料恒算【3】【8】143.1.4 填料层高度的计算【5】183.1.5 塔附属高度的计算【6】【9】223.1.6 液体初始分布器【2】223.1.7 吸收塔流体力学参数计算【4】223.2 主要设备能量衡算【4】

20、243.2.1 中间吸收塔能量衡算24致 谢26参 考 文 献27符号说明28结 论30年产万吨硫磺制酸吸收工段工艺设计291 绪论1.1 硫酸的组成及性质纯硫酸是一种无色透明的油状液体，相对密度为1.8269，冰点11.4，工业生产的硫系指三氧化硫和水以一定比例混合的溶液，其中三氧化硫与水的物质的量之比等于1，成为无水硫酸；物质的量之比小于1，为含水硫酸；大于1则为发烟硫酸。三氧化硫蒸汽压大，暴露在空气中释放出的三氧化硫和空气中的水蒸气迅速结合凝聚成酸雾，因此而得名。发烟硫是无色至棕色油状稠厚流体，常用98.3%的硫酸是最活泼的无机酸之一，具有强酸的通性，浓硫酸还具有脱水性、吸水性和氧化、硫

21、化等性质。稀硫酸：(1) 可与多数金属（比钢活泼/氧化物）反应，生产相应的硫酸盐和水;(2) 可与所含酸根离子对应酸性和硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸;(3) 可与碱反应生成相应的硫酸盐和水;(4) 可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气；(5) 加热条件下可催化蛋白质、二糖和多精的水解。浓硫酸：(1) 脱水性：脱水性是浓硫酸的化学特性，物质与浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比为2(2) 吸水性：将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸具有吸水性。 就硫酸而言，吸水性是浓硫酸的性

22、质，而不是稀硫酸的性质,浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈成一系列稳定的水合物，并放出大量的热： H2SO4+n H2O=H2SO4n H2O故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程，吸水性是浓硫酸的化学性质。 浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水（如空气中的水）能吸收某些结晶水合物（如CuSO45H2O.Na2CO35H2O.Na2CO310H2O）中的水。 (3) 强氧化性:常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化，加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成SO2。 Cu + 2H2SO4(浓) =(加热)= CuSO4 + SO2+ 2H2O 2Fe

23、+ 6H2SO4(浓) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。(4) 跟其他还原性物质反应 浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。 H2S + H2SO4(浓) = S + SO2 + 2H2O 2HBr + H2SO4(浓) = Br2 + SO2 + 2H2O 2HI + H2SO4(浓) = I2 + SO2 + H2O (5) 难挥发性（高沸点）:制氯化氢、硝酸等（原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸） 如，用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体 NaCl（固）+H2SO4（浓）=NaHSO4+

24、HCl (常温）2NaCl（固）+H2SO4（浓）=Na2SO4+2HCl （加热）Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2 (6) 酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等 2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4 Ca3(PO3)2+2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)21.2 硫酸的用途硫酸的性质决定其用途之广泛，在同民经济中占重要地位，是十分重要的化工原料，曾被誉为“工业之母”。某些磷肥、氮肥和其他多元复合肥料都需要大量的硫酸，如生产化普通过磷酸钙就要消耗310Kg的硫酸。在冶金工业中，如钢材加工及其成品的酸洗、有色冶金工业中炼铝、炼钢、炼锌也需要大量的硫酸。对于基本化学工业来

25、说，硫酸是生产酸类和盐类的原料；在有机化学方面，它是塑料、人造纤维、有机染料生产中不可缺少的原料之一。在国防工业中，浓硫酸和浓硝酸的混合用于制取硝化甘油、硝化纤维、三硝基甲苯与炸药。原子能工业及火箭工业也大量使用硫酸。此外，农药、除草剂、石油炼制、制革、制药、印染等工业都使用大量的硫酸1.3 硫酸的生产方法硫酸的工业生产基本有两种方法，即亚硝酸基法和接触法。亚硝基法又分为铅室法和塔式法。因亚硝基法存在诸多不足，已全部被接触法取代。1) 接触法硫酸生产原料有多种，因此其工艺过程种类很多，但从化学途径看，其制取过程基本相同。a) 硫酸是三氧化硫和水的产物；b) 硫酸及硫化物在空气中易燃烧，同时生成

26、二氧化硫；c) 在此基础上，使二氧化硫催化氧化，即可获得三氧化硫；这就是说，接触法制造硫酸的过程由以上反应式构成。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。实现这一过程需将原料焙烧，故称之为焙烧工序。第二、 将含二氧化硫和氧的气体催化转为三氧化硫，称之为转化工序。第三、 将三氧化硫与水结合成硫酸，这一过程需将转化所得三氧化硫气体用硫酸吸收，称之为吸收工序。不论采用何种原料，何种工艺和设备，以上三个工序是必不可少的，除此之外工业上实现硫酸生产还需要其他辅助工序。首先，含硫原料运进工厂后需贮存，在焙烧前需对原料加工处理，以达一定要求。原料的贮存和加工成为必要工序。最初得到

27、的二氧化硫气体包含有矿尘和气体杂质等，为避免堵塞管道设备和引起催化剂中毒，要求在转化前对二氧化硫原料进行净化处理，成品酸在出厂前需要计量贮存，应设有成品酸贮存和计量装置。另外，生产中排出的含有害物质的废水、废气、废渣等需要处理后才能排放，因而还需要相应的处理装置。总之，除三个基本工序之外，再加上原料的贮存与加工，二氧化硫原料气的净化、成品酸的贮存与计量、三废处理等工序构成一个接触法制硫酸的完整体系。生产硫酸原料种类不同决定了生产工序和辅助工序的多少不同。2) 硫化氢制酸，是一典型的无辅助工序的生产过程，硫化氢燃烧后得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入后续转化和吸收工序；3) 硫碳制取，如

28、使用高纯度硫碳作为原料，整个制酸过程可以简化到只设空气干燥一个辅助工序；4) 冶炼烟气制酸和石膏制酸，焙烧处干有色冶金和水泥制作过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、气体杂质等，因而需在转化前设置气体净化工序；5) 硫铁矿制酸，是辅助工序最多且最有代表性。前途的原料加工、焙烧、净化、催化净化、吸收、三废处理、成品算贮存和计量工序的在过程中均有。由于我国硫酸工业原料以硫铁矿为主，故多采用硫铁矿植酸。1.4 我国硫酸工业的生产现状目前，我国共有硫酸生产企业600多家，其中小型硫酸厂占80%左右，产量占总产量的55%左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染

29、较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力。 硫酸生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料。而国外基本上是以硫磺为生产原料的。硫磺制酸与硫铁矿制酸相比，在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。近几年来，我国硫磺制酸发展也比较快。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低、国内硫铁

30、矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展。我国硫资源供给情况： ?, r5 I6 W# P! q* : 9 Z6 S& H8 ( V我国硫资源开发与国外结构不同：一是我国天然硫磺矿很少，由于技术经济原因，几乎没有开采，在国内的硫资源开发总量中可以忽略不计。二是国产硫磺主要来自原油、天然气回收硫磺，目前以原油回收硫磺为主。我国现有油、气回收硫磺的生产能力约220万吨/年，实际产量仅100万吨左右。我国探明的天然气资源(气田)主要分布在西部地区，尤其是四川的东北部地区，其储量超过了全国的1/3。2006年国家发改委正式批准中石油西南油气田公司在四川东北部开发高酸性天然气田的项目计划，西南油气田公司已

31、将高酸性气田的开发列入规划，“十一五”期间将分别配套建设罗家寨、铁山坡和渡口河等3座大型的天然气净化厂，在净化处理天然气的同时将回收副产大量的硫磺。目前，该项目正在紧张的实施中。到2008年年底，建成投产的川东气田罗家寨净化厂46万吨/年硫磺回收装置，加上随后建设的渡口河、普光气田的硫磺回收装置的投产，全国油、气回收硫磺生产能力将达到400万吨/年。这对缓解我国硫磺供不应求的局面将发挥重要作用。预计到2010年，石油炼化和天然气净化回收的晾磺生产能力就可超过650万吨/年作为煤炭生产与消费大国，煤炭在我国一次能源消费中的比例高达3/4，但我国高硫煤的使用及硫回收水平较低。目前我国煤炭储量中有1

32、/3为高硫煤，煤中平均硫含量高达2%。随着优质低硫煤资源的减少和先进的洁净煤气化和硫磺回收技术的推广应用，价格低廉的高硫煤必将得到越来越广泛的应用，而环保要求的日益严格又使已经开工建设的煤化工企业必须配套硫磺回收装置。若国内所有原料煤中回收的硫磺按50%计算，每年也可回收硫磺100多万吨。但由于经济原因，目前我国从煤中回收的硫磺数量较少。火力发电消耗的大量煤资源中的硫主要以脱硫石膏形式回收。煤化工目前只有少部分项目建有配套的硫磺回收装置，其他主要在燃烧时脱除生产硫酸钙，硫磺回收量仅70万吨/年。今后全国煤炭中回收的硫磺数量仍然相对较少，预计到2010年回收量将达到20万吨/年。k F8 w+综

33、上所述，随着石化行业的大型硫磺回收装置陆续建成投产，2008年全国从石油炼化和天然气净化回收的硫磺产量有望突破200万吨，再加上天然硫磺和从电厂及炼焦厂回收的硫磺，到2008年我国硫磺实际产量将达到310万吨以上，硫磺自给率将由目前的14%左右提高到30%以上，将会大大缓解我国硫磺供应紧张、高度依赖进口的状况。同时“十一五”期间，我国还将新建炼油项目约9100万吨/年，其中75%原油来自中东地区的高硫原油，届时，我国新增硫磺回收生产能力将达到100万吨/年以上。0 k9R$ 1 W$ N/ y! W W% |, A1.4.1 国外硫酸工业的现状近年来，国外硫酸工业技术不断得以改进，主要集中在设

34、备结构和材质的改进、提高余热利用效率和节能、生产装置的大型化、环境保护和安全生产、催化剂的改进，以及生产操作的计算机管理等方面，现代化的硫酸装置通常都有生产规模大、操作人员少的特点，一旦设备发生故障，将会造成重大经济损失。特别是冶炼烟道气制酸厂，硫酸装置的故障，还会影响有色金属的生产，造成的损失更大。因此，改进设备的结构和材质，保证生产装置的可靠稳定运转，是各公司不断努力的方向。1.4.2 发展建议我国硫酸工业与世界硫酸强国的差距，以及硫酸行业面临的挑战，提出以下发展建议：(1)要创建一流硫酸企业。针对我国硫酸行业中小企业居多、企业管理相对比较落后的现实情况，我们要把重点放在加强企业管理方面，

35、尽快改善我国硫酸企业管理落后的局面。 硫酸企业应把产品质量视为企业的生命，把质量工作放企业各项工作的首位，发挥品牌效应，创造世界知名品牌，向管理要效益。(2)加速实现企业大型化、信息化、自动化。组建企业集团只是形式上的做大，真正要实现企业大型化达到降低硫酸成本的目的，还必须通过技术改造尽快实现硫酸设备的大型化。其次通过技术改造来加速实现硫酸企业信息化、自动化。信息化可使企业的销售、供应、技术及管理快捷、畅通地和国际接轨，为此我国的硫酸企业必须尽快进入网络时代。同时，实现硫酸生产控制自动化也是降低硫酸生产与劳动有关费用成本的必由之路，控制自动化程度越高，硫酸成本与劳动有关的费用就越低，硫酸企业的

36、劳动生产率就越高。(3)提高硫酸企业装备技术水平。发展我国自身技术的同时，对发达国家已经研制成功的硫酸新工艺、新技术、新材料、新设备，我们可以通过对工艺技术和成套设备的引进，也可以因地制宜地消化吸收之后用来改造我们自己的硫酸装备，向国外技术水平靠拢，从而尽快提高我国硫酸企业的装备技术水平。积极采用高新技术和先进适用技术，改造和提升传统产业。要完善以企业为主体的技术创新体系，在继续搞好引进技术和关键设备消化吸收的基础上结合我国国情开展技术创新，希望有更多的企业和科研设计单位能拥有自己的专利技术和知识产权。我们要继续搞好对外开放，加大对外技术交流和国际合作的广度和深度，逐步缩小我们与国外的差距。我

37、们要运用世贸组织的有关规则，制定具体的应对措施，保护硫酸产业安全。1.5 注重环保以及能源消耗情况与废热回收利用1.5.1 环境保护硫酸工业是一个污染较重的行业，随着技术进步和严格管理，对环境影响的程度日渐降低。目前，我国规定硫酸排放尾气中二氧化硫浓度为，但工业发达地区由于空气污染，大气中的二氧化硫浓度已经超标，必须在达标排放的基础上进行治理，满足总量控制的要求，降低对大气环境的污染。对于生产中的酸性废水，一方面通过工艺过程的改进减少酸性废水的产生，另一方面对排放的污水以石灰乳或电石渣等中和处理，达标后排放。以硫铁矿为原料的硫酸生产企业，还生产含铁的矿渣，目前许多企业将矿渣外售，供水泥和钢铁工

38、业使用，有的企业综合利用硫铁矿渣制成铁系的涂漆产品，暂时不能利用的设置渣场堆放。总之，对硫酸生产所排放的废气、废水以及废渣仍应继续治理，尽可能降低其危害生命和对环境的影响，使硫酸工业自身得以持续发展。1.5.2 能源消耗情况硫酸生产存在一定的消耗，如电、蒸汽和各种辅助燃料等，这三种主要制酸原料中，硫磺制酸能耗最低，硫铁矿和冶炼烟气制酸相当，大型装置由于技术装备水平较高，能耗普遍低于小型装置。近年来，硫磺制酸生产单位产品的耗电量总体呈下降趋势，主要是由于节能措施得当，如大型装置推广了汽轮机驱动空气鼓风机、干吸塔低位配置等技术，使得产品能耗有所降低。而硫铁矿和冶炼烟气制酸虽然采用了不少节能措施，但

39、由于采用了动力波洗涤器、高效气体换热设备等高效设备，高效设备的压力降一般较高，相应增加了能耗，生产单位产品的耗电量总体仍呈上升趋势。1.5.3 废热回收利用硫酸生产是一个放热过程，反应热主要来源有四部分：含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化、气体干燥和三氧化硫的吸收。其中燃烧反应的放热量随原料的不同而大小不等，其它三部分反应热则相同。根据载热介质温位高低，将焙烧或燃烧过程生产的100左右的热烟气及沸腾层中850床层的热能称为高温废热；转化过程500600的转化气的热能称为中温废热；干吸过程100左右循环酸的热能称为低温废热。就数量而言，高温废热占总热量的大部分，低温废热占总热量的20%30%，通常，

40、设置火管或水管废热锅炉回收高温废热产生蒸汽，蒸汽用于发电或直接应用；设置过热器、省煤器等设备回收中温废热，热中压饱和蒸汽转变为过热蒸汽和加热锅炉给水，提高了蒸汽的品质和产率。目前，国内硫磺制酸高、中温位热能普遍得到回收；硫铁矿和冶炼烟气制酸高位热能也得到了回收利用，而受工艺条件的限制，中温位热能主要用于预热进转化工序的二氧化硫炉气以实现转化操作的自热平衡，只要少数企业在进转化器炉气（SO2）8.5%的条件下，回收中温位的热能；低温位热能回收的较少。目前，我国硫酸生产每吨硫酸副产蒸汽量平均为0.935t，废热回收率仅为60%70%，冶炼烟气制酸企业则更低；而采用美国孟莫克公司技术（带HRS）产汽

41、率可达1.65，废热回收率超过90%。1.6 工艺流程的简述1.6.1原料工段固体硫磺运至气库，采用人工上料式，通过一大倾角胶带式输送机将硫磺送至快速熔硫槽加料口处1.6.2 熔硫工段来自原料工段的固体散装硫磺由胶带输送机送入快速溶硫槽内溶化，经融化后的熔融液硫自溢流口流至过滤槽中，由过滤泵送入带过滤剂预涂层的液硫过滤后流入液硫中间槽内，再由液硫输送泵送到液硫储槽内，液硫由液硫储罐经精硫泵送到焚硫转化工段的焚硫炉内燃烧，快速熔硫槽，助硫槽液硫贮槽，精硫槽等内设有蒸汽加热等，用0.5-0.6MPa蒸汽间接加热使硫磺保持熔融状态，助滤槽内设有助滤剂硅藻土运到液硫过滤器上。1.6.3 焚硫及转化工段

42、液流由精硫泵加压经磺抢机械化而喷入焚烧，硫磺燃烧所需的空气经空气过滤器过滤后再经空气鼓风机加压，干燥后送入焚硫炉。1.6.4 干吸及成品阶段空气鼓风机设在干燥塔上游，即硫磺焚烧及转化所需空气经过滤器过滤，鼓风机加压后竟如干燥塔塔底，用98%硫酸吸收掉空气中的水分，经塔顶除雾器除去酸雾后干燥空气进入焚硫炉，从干燥塔出来的浓度约为98%的硫酸流入干吸塔循环槽中，与来自第一吸收塔的吸收酸混合后，经干燥塔酸循环泵加压后送入干燥塔酸冷却器中，经冷却至约70度后送到塔顶进入喷淋。1.7 塔及填料的选择1.7.1塔的选择吸收设备应满足以下要求：操作液气比大，气液两相接触良好，吸收速率打，设备阻力小，操作范围

43、广，稳定，结构简单，维修方便。常用吸收设备有填料塔，板式塔，筛板塔（包括泡罩塔，筛板塔和浮阀塔），喷射塔，旋流板塔，文丘里吸收器，喷洒塔等。在这么多类塔中，通过对比和经济性考虑，本设计选用填料塔1.7.2填料选择填料有拉西环，拉辛环，鲍尔环，阶梯环，波纹填料等，其中拉西环经济，且堆放方便，材料耐腐蚀，在此设计中选用钢性拉西环填料。1.8 泵的选择1.8.1泵的主要用途泵主要用来输送液体包括水、油、酸碱液、乳化液、悬乳液和液态金属等，也可输送液体、气体混合物以及含悬浮固体物的液体。1.8.2泵的性能参数泵的性能参数主要有流量和扬程，此外还有轴功率、转速和必需汽蚀裕量。流量是指单位时间内通过泵出口

44、输出的液体量，一般采用体积流量；扬程是单位重量输送液体从泵入口至出口的能量增量 ，对于容积式泵，能量增量主要体现在压力能增加上，所以通常以压力增量代替扬程来表示。泵的效率不是一个独立性能参数，它可以由别的性能参数例如流量、扬程和轴功率按公式计算求得。反之，已知流量、扬程和效率，也可求出轴功率。 泵的各个性能参数之间存在着一定的相互依赖变化关系，可以通过对泵进行试验，分别测得和算出参数值，并画成曲线来表示，这些曲线称为泵的特性曲线。每一台泵都有特定的特性曲线，由泵制造厂提供。通常在工厂给出的特性曲线上还标明推荐使用的性能区段，称为该泵的工作范围。 泵的实际工作点由泵的曲线与泵的装置特性曲线的交点

45、来确定。选择和使用泵，应使泵的工作点落在工作范围内，以保证运转经济性和安全。此外，同一台泵输送粘度不同的液体时，其特性曲线也会改变。通常，泵制造厂所给的特性曲线大多是指输送清洁冷水时的特性曲线。对于动力式泵，随着液体粘度增大，扬程和效率降低，轴功率增大，所以工业上有时将粘度大的液体加热使粘性变小，以提高输送效率。在本操作中，由于输送的液体为硫酸，所以选择耐腐蚀性离心泵。1.9 硫酸的质量指标和增产技术1.9.1 国家一级标准工业硫酸质量指标（1）H2SO4含量大于等于92.5%;（2）灰分含量小于等于0.010%；（3）Fe的含量小于等于0.010%；（4）沙的含量小于等于0.005%；（5）

46、透明度大于等于50mm;（6）色度为2.0mL.1.9.2 硫酸的增产技术提高二氧化硫气体的浓度，强化设备，降低投资；降低系统阻力；采用耐腐蚀材料，保证设备的可靠运转；提高余热利用率；改进冶烟气制；加快新技术的开发与研究；生产装置的大型化；采用各种节能方法；技术和设备的有效原则。1.9换热器的选择在石油、化工、轻工、制药、能源等工业生产中，常常需要把低温流体加热或者把高温流体冷却，把液体汽化成蒸汽或者把蒸汽冷凝成液体。这些过程均和热量传递有着密切联系，因而均可以通过换热器来完成。完善的换热器在设计或选型时应满足以下基本要求： （1） 合理地实现所规定的工艺条件； （2） 结构安全可靠； （3）

47、 便于制造、安装、操作和维修； （4） 经济上合理。1.9.1换热器的分类换热器按传热方式的不同可分为混合式、蓄热式和间壁式三类。混合式换热器是通过冷、热流体的直接接触、混合进行热量交换的换热器，又称接触式换热器。由于两流体混合换热后必须及时分离，这类换热器适合于气、液两流体之间的换热。例如，化工厂和发电厂所用的凉水塔中，热水由上往下喷淋，而冷空气自下而上吸入，在填充物的水膜表面或飞沫及水滴表面，热水和冷空气相互接触进行换热，热水被冷却，冷空气被加热，然后依靠两流体本身的密度差得以及时分离。蓄热式换热器是利用冷、热流体交替流经蓄热室中的蓄热体(填料)表面，从而进行热量交换的换热器，如炼焦炉下方

48、预热空气的蓄热室。这类换热器主要用于回收和利用高温废气的热量。以回收冷量为目的的同类设备称蓄冷器，多用于空气分离装置中。间壁式换热器的冷、热流体被固体间壁隔开，并通过间壁进行热量交换的换热器，因此又称表面式换热器，这类换热器应用最广。间壁式换热器根据传热面的结构不同可分为管式、板面式和其他型式。管式换热器以管子表面作为传热面，包括蛇管式换热器、套管式换热器和管壳式换热器等；板面式换热器以板面作为传热面，包括板式换热器、螺旋板换热器、板翅式换热器、板壳式换热器和伞板换热器等；其他型式换热器是为满足某些特殊要求而设计的换热器，如刮面式换热器、转盘式换热器和空气冷却器等。在本设计中采用列管式换热器。

49、2 硫磺制酸吸收工段流程简介在硫磺槽内蒸汽加热熔融的硫磺，和在干燥塔内硫酸吸取水风的空气，一起送到焚硫炉，硫磺和空气在炉内反应S+O2=SO2+Q，生成的二氧化硫气体浓度可达911%，经过废热锅炉回收余热后，在气体过滤器除去其中的粉尘。制酸系统采用中间吸收技术。二氧化硫在转化器内的矾触媒的接触下，其催化氧化反应2SO2=SO3+Q中间吸收的基础，是在两次转化的中间除去三氧化硫。由于三氧化硫得出去，可是上述方程式平衡转向完全氧化一边。这样，可是总的转化率比没有中间吸收塔时要高的多。流程中，炉气由过滤器出来，首先进入转化器一端触媒层。由于反应热的产生，气体温度上升，经蒸汽过滤器冷却后，送到二段触媒

50、层反应。出来的气体经热交换器而入三段触媒反应。由第三段出来的气体经热交换器冷却后，送中间吸收第一次转化过程中所产生的三氧化硫气体。及吸收SO3以后的剩余气体从中间吸收塔出来，利用二，三段触媒出口炉气的热量在热交换器内加热至410左右送入转化器的第四段触媒进行第2次转换。总的转化率在99.5%以上。四段出来的气体经省煤气冷却后送入最终吸收塔进行吸收。吸收后的尾气经丝网过滤器除去酸雾后放空。干燥塔是干燥空气的，可采用93%硫酸以上的浓硫酸淋洒。中间吸收塔和最终吸收塔是吸收三氧化硫的，淋洒酸浓度98%99%操作是不的超过99%以上的浓度。由于干燥和吸收都是吸热反应，出塔酸都需经酸冷却器冷去后才能返回

51、塔内循环使用。具有中间吸收的制酸系统，基建投资虽然高些。但是塔能增加硫酸产量，可以使用较高的SO2气体浓度。因此，足以抵偿增加的投资费用。但是，采用中间吸收的主要意义，在于改善硫酸厂的环境。2.1 三氧化硫吸收原理三氧化硫与硫酸中的水结合是放热反应： SO3(气)+H2O(液)=H2SO4（液）+12.48kg（18）大多数硫酸厂都是采用填料吸收塔用浓硫酸吸收三氧化硫。三氧化硫吸收过程是化学过程。表面上用硫酸吸收三氧化硫的过程似乎是物理过程，然而实质上三氧化硫被吸收并非单纯的物理溶解，它在生成的同时，放出大量的热，因此也属于化学吸收。2.2 吸收酸浓度的选择在浓度低于98.3%的硫酸液面是水蒸

52、汽和少量硫酸蒸汽存在，在吸收含气体混合物的同时，气体是与水蒸汽相互作用生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽生成后，气相硫酸蒸汽分压便大于酸液面上硫酸蒸汽压力，此时硫酸蒸汽会被酸吸收。由于水蒸汽的做用，故气体中水蒸气含量就会减少，使气相中水蒸汽分压比酸液面上的水蒸气压力低。因此，酸液中的水份不断向气体中蒸发。当水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度时，气相中硫酸含量便不断增多，直至超过其饱和含量于是产生硫酸蒸汽过饱和现象。如饱和度超过临界值，则硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。硫酸浓度越低，淋洒酸温越高，则由于其中的水蒸气越多，生成的酸雾就越多。实践证明，用浓度低于98.3%很多的硫酸吸收时，当酸温生搞到某一数值（临界值）

53、，水的蒸发速度会大到足以使水蒸气和气像中的三氧化硫全部结合成酸雾，于是吸收过程完全终止。硫酸浓度高于98.3%的浓硫酸，液面上有硫酸蒸气和三氧化硫蒸气存在，三氧化硫便不能被它吸收完全。因此，一部分会随尾气排出，与大气中水蒸气化合，形成酸雾。在实际生产中，不可能在整个过程中自始至终保持同一硫酸浓度。硫酸吸收了之后浓度相应提高。这就要求吸收酸浓度保持在某一允许的范围而不是某一个浓度。因此喷淋酸浓度控制在98%98.3%，出塔浓度即使达到99%也是允许的。本设计吸收采用98%的浓硫酸作为吸收剂。2.3 高温吸收的工艺原理为了避免吸收过程是酸雾的产生，可以采用高温吸收工艺。用提高表面温度的办法使塔低酸

54、液面上的硫酸蒸气压力与进塔气体中的硫酸蒸汽分压接近，从而使气体中的硫酸蒸气能较慢地在酸液表面进行冷凝，避免在塔底因硫酸蒸汽过饱和度过大，产生冷凝而形成酸雾。要判断在吸收过程是否会产生酸雾，要看硫酸蒸汽在过程是的过饱和度S值是否大于相应的临界过饱和度值。 硫酸蒸汽的过饱和度可以用式表示 S硫酸蒸汽过饱和度； P气体中的硫酸蒸汽分压； Ps酸液面上的硫酸的饱和蒸汽压；在实际生产中，需要控制过程的最大饱和度小于临界值。使冷凝过程可以再不产生酸雾的情况下进行。要对是否会发生空间冷凝进行理论计算是困难的。幸而生产中以有控制不使吸收过程中形成酸雾的成熟经验。最有效的降低蒸气最大饱和度的办法是提高冷凝表面温

55、度，即采用提高吸收酸温度的高温吸收工艺。高温吸收工艺有如下特点：1. 塔气体温度以高于180为宜，气温高时，相应的硫酸液膜温度也被提高。2. 高进吸收塔酸温度不低于7580，使出塔酸温度达到105110，提高进塔酸3 主要设备的工艺计算3.1 中间吸收塔的工艺计算【1】【4】年产浓硫酸 23万吨 以一年300天算则：日产浓硫酸 766.7t则：每小时产 /241/98=3.26mol/h假设SO2的一次转化率为95%来自转化工段的气体组成为SO2 /241/985%=1.63104mol/hSO3 /241/9895%=3.1105mol/hO2 0.5/241/985%=0.82104mol

56、/hN2 3/279/21/24/98=1.84106mol/h表3-1 中间吸收塔进口气组成 SO2SO3O2N21.631043.11050.821041.84106温度为：180设SO3吸收率为100%，则中间吸收塔出口气组成如下： 表3-2 中间吸收塔出口气组成 SO2O2N21.631040.821041.84106 喷淋酸为80的98%的浓硫酸3.1.1酸喷淋量q【7】 三氧化硫的吸收操作，是一项重要的技术参数。吸收塔的液气比，是指被吸收的SO3量与喷淋酸之比，故液气比可用吨酸喷淋量来表示。吨酸喷淋量过大则吸收酸浓度被提高的幅度大，温升也过高，吨酸喷淋量过大，则使塔的喷淋密度太高没

57、有必要。每生产1H2SO4，需要SO3量为0.8163t。中间吸收塔的SO3量为0.8163（为一次转化率。吸收率按100%计）设喷淋量为qm3或1.8qt，H2SO4浓度为，吸收后H2SO4浓度为，根据吸收前后的平衡：0.8163+1.8q+=(1.8q+0.8163) 根据上式，得 设=0.95， =98.7%，则上式简化为在吸收塔中吸收酸的温升可以推导如下： 式中 吸收酸的温升，； Q每生产1t H2SO4，吸收过程的热效应与气体降温放出显热之和， C吸收酸的比热容，等于1.5 /（kg.） Q按12.24105计，的到不同的值是的温升是的情况列表于一。吸收酸温升的一般范围为表3-3 吨

58、酸喷淋量与温升及浓度变化量,m3/t(H2SO4)20.5217.1014.66吸收酸浓度的提高，（C2-C1）%0.50.60.7吸收酸的温升t，21.625.830.0%=0.1026/0.7%=14.66m3/(H2SO4) t=30表3-4 出口酸温升和浓度变化C1C2t1t298%98.7%801103.1.2中间吸收塔的物料恒算【3】【8】 （3-1）其中： G 被吸收的溶质量； VB 不含溶质的惰气流率，/h; X,Y 分别为液相和气相的比摩尔分率，/h; LS 吸收剂流率，/h;下标： 1 指塔底 2 指塔顶100%的吸收率G=3.1105mol/hVB=（184.1+0.82

59、+1.63）104 mol/hY2=0 mol/h X2=0 mol/hY1=G/ VB=3.1105/186.45104=0.166（H2SO4）SO3: mol/h H2SO4: = mol/hX1=则喷淋密度：m3/(m2*h)合乎要求。3.1.3 塔径的计算【2】 （3-2）其中 D： 塔径， VS：操作条件下混合气流量， u: 适宜空塔气速，m/s. u=安全系数， ：为泛点气速m/s，1) 泛点气速Eckert 通用压降关联图 （3-3）分别为液气相流率，分别为气液相密度，液相粘度，液相密度核正系数，实验测取得填料因子，g重力加速度，。 98%的浓硫酸在80时的根据Eckert 通

60、用压降关联图采用76mm 钢性拉西环取填料因子 =80 即： =5.19m/s去安全系数80%则空塔气速=5.1980%=4.152 m/s/3600 =10.54m3/sm取D=2.4m核算u m/s核算径比D/d=2000/76=27符合要求3.1.4 填料层高度的计算【5】依式： (3-4)Z 填料层高度，m;HOG 传质单元高度，m; NOG 传质单元数，m;VB 惰性气体流量，/h 气相体积吸收总系数，/(m3*s);/I 单元高度计算 (3-5) (3-6) 气相体积吸收总系数；、 分别为气液相体积吸收分系数；（1） 本设计采用恩田式计算填料润湿面积做为传质面积，依改进的恩田式及分别计算及，再合并为。 列出各关联式中的物性数据 ， 气相和液相的密度，； ， 气相和液相的粘度，； 、 溶质在气相和液相中的扩散系数,;气体性质（以塔底180，1013空气