硫酸生產(chǎn)畢業(yè)設(shè)計.doc

武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計I摘要硫酸生產(chǎn)工藝主要由五部分組成，包括二氧化硫氣體的制取，爐氣的凈化，二氧化硫氣體的轉(zhuǎn)化，三氧化硫氣體的吸收以及尾氣的處理。主要包括工藝流程的選定，工藝過程計算，主要設(shè)備工藝計算及選型，以及繪制部分設(shè)備的平面布置。本設(shè)計采用二塔二電流程，以年產(chǎn)11萬噸硫酸車間凈化工段工藝設(shè)計，設(shè)計中對主要工序進(jìn)了物料衡算，熱量衡算，并以此繪制物料平衡表和熱量平衡表。然后以凈化工段為重點，對相關(guān)設(shè)備進(jìn)行了計算。關(guān)鍵詞：硫酸；二塔二電；物料衡算；熱量衡算；工藝設(shè)計武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計IIAbstractSulfuricacidproductionprocessismainlycomposedoffiveparts,includingthepreparationofsulfurdioxidegas,thefurnacegaspurification,thetransformationofsulfurdioxidegas,theabsorptionofsulfurtrioxidegasandthetreatmentofexhaustgasprocesses.Thedesignmainlydescribesabouttheprocessofsulfuricacidproductionwiththeannualproductioncapacityof110,000tons,includingtheflowprocessdesign,thecalculationandselectionofthemainequipment,thelayoutofsomeequipment.Usedpyriteastherawmaterialinthedesign.Thedesignmainlycalculatedthemassbalanceandheatbalance，anddrewmaterialbalancetableandheatbalanceinmainlyproductionprocess.Andthen,usethedepurationsegmentastheemphasis,calculatedTherelevantModelSelectionoftheRelateddevices.Finally,theprocessdescription,securitymemorandum,memorandumoftechnicalrisk,theproposalofenvironmentalprotectionandmanagementwerecomplete.Keywords：Sulfuricacid；twotowersandtwoElectricprecipitators；massbalance；heatbalance武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計III目錄第一章文獻(xiàn)綜述-11.1硫酸的性質(zhì)-11.1.1硫酸的物理性質(zhì)-11.1.2硫酸的化學(xué)性質(zhì)-21.2硫酸的生產(chǎn)方法-31.2.1硝化法制造硫酸-31.2.2接觸法制造硫酸-41.3硫酸的安全生產(chǎn)-51.3.1硫酸工業(yè)中催化劑的重要作用-51.3.2硫酸生產(chǎn)中可能存在的危害-61.3.3我國硫酸工業(yè)技術(shù)概況-71.3.4環(huán)境保護與治理建議-71.3.5安全防護措施及防護用具-91.4硫酸生產(chǎn)工藝流程流程敘述-91.4.1SO2氣體的制取-91.4.2爐氣的凈化-91.4.3SO3氣體的吸收-111.4.4尾氣的處理-11第二章酸洗凈化工段計算依據(jù)-142.1凈化流程-142.2設(shè)計能力-142.3課題條件-142.4工藝指標(biāo)及條件-142.5凈化工段各設(shè)備除霧比率的分配-152.6各塔循環(huán)酸濃度-152.7氣象條件-15第三章物料平衡計算-163.1凈化工段總平衡-163.1.1硫平衡-163.1.2水平衡-173.1.3冷卻塔出口爐氣溫度的計算-173.2冷卻塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡-183.2.1出冷卻塔酸的組成-193.2.2混合后酸的組成:-193.3洗滌塔循環(huán)系統(tǒng)物料平衡-203.3.1出洗滌塔酸的組成-203.3.2出洗滌塔的酸混合后的組成-213.4凈化工段物料流程圖-21第四章熱量平衡計算-224.1冷卻塔熱量橫算-224.1.1爐氣帶入的熱量-224.1.2三氧化硫冷凝器-224.1.3反應(yīng)熱-224.1.4稀釋熱-23武漢工程大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計IV4.1.5冷卻塔內(nèi)水蒸發(fā)吸收熱-234.1.6爐氣帶出的熱量-234.1.7傳遞給循環(huán)酸的熱量及出塔酸溫-244.1.8酸冷卻器和冷卻水用量-244.2洗滌塔熱量衡算-264.2.1爐氣進(jìn)洗滌塔帶入熱-264.2.2冷凝熱和稀釋熱-274.2.3爐氣帶出熱量-274.2.4傳遞給循環(huán)酸的熱量及出塔酸溫-284.2.5酸冷卻器和冷卻水用量-28第五章設(shè)備計算-315.1酸冷卻器-315.2冷卻塔-315.2.1冷卻塔所需的容積及空速-315.2.2塔中噴頭數(shù)量-325.3洗滌塔-335.3.1表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)的計算-335.3.2洗滌塔填料面積的計算-355.4電除霧器-36設(shè)計小結(jié)-37參考文獻(xiàn)-41致謝-42大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計1第一章文獻(xiàn)綜述前言硫酸工業(yè)是一項比較古老的工業(yè)，我國很早就有人用蒸餾綠礬制硫酸。隨著時代的發(fā)展，特別是近代工業(yè)的飛速發(fā)展，硫酸制造工業(yè)日益顯示了它的重要性。無論是在國民經(jīng)濟各工業(yè)部門，還是發(fā)展也非?？?，無論是從制取原料，還是從工藝流程都有質(zhì)的飛躍。以前制取原料單一，工藝流程簡單，現(xiàn)代制取原料廣泛，工藝流程合理，大大提高硫的利用率。引進(jìn)現(xiàn)代技術(shù)進(jìn)行廢熱回收，大大節(jié)約了能源消耗。通過對工業(yè)廢水的處理，不僅凈化環(huán)境，而且使得貴重金屬得到回收利用。我國硫酸工業(yè)也在高速發(fā)展，不僅產(chǎn)量的增加和品種數(shù)的增多，同時還表現(xiàn)在生產(chǎn)技術(shù)的效率提高了。在原料品種上，塊礦和尾礦或浮選硫鐵礦同時使用，高品位礦和地品味礦同時使用。冶煉煙氣制酸在生產(chǎn)中也占有相當(dāng)比重，硫磺制酸比重也有所增加。工藝流程由過去水洗流程，一轉(zhuǎn)一吸流程，逐步過渡到酸洗精華，二轉(zhuǎn)二吸，并使用多種高效率凈化設(shè)備。熱酸回收基本上做到了由大型硫酸廠高溫位能利用發(fā)電過渡到中低溫?zé)崮芡瑫r使用。展望未來，我國硫酸工業(yè)前途廣闊，今后發(fā)展，不僅產(chǎn)量迅速增長，而且在生產(chǎn)技術(shù)上也會出現(xiàn)具有中國特色的裝置路線。1.1硫酸的性質(zhì)硫酸，分子式為H2SO4。是一種無色無味油狀液體，是一種高沸點難揮發(fā)的強酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。硫酸是基礎(chǔ)化學(xué)工業(yè)中重要的產(chǎn)品之一。硫酸的性質(zhì)決定了它用途的廣泛性，硫酸主要用于生產(chǎn)化學(xué)肥料、合成纖維、涂料、洗滌劑、致冷劑、飼料添加劑和石油的精煉、有色金屬的冶煉，以及鋼鐵、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)1。所以硫酸號稱“工業(yè)之母”是名副其實的。1.1.1硫酸的物理性質(zhì)純硫酸是一種無色無味油狀液體。常用的濃硫酸中H2SO4的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98.3，其物質(zhì)的量濃度為18.4molL-1。硫酸是一種高沸點難揮發(fā)的強酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。濃硫酸溶解時放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時應(yīng)該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”。若將濃硫酸中繼續(xù)通入三氧化硫,則會產(chǎn)生“發(fā)煙”現(xiàn)象,這樣含有SO3的硫酸稱大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計2為“發(fā)煙硫酸”。100%的硫酸熔沸點為熔點10，沸點290。但是100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的，沸騰時會分解一部分，變?yōu)?8.3%的濃硫酸，成為338（硫酸水溶液的）恒沸物。加熱濃縮硫酸也只能最高達(dá)到98.3%的濃度。98.3%硫酸的熔沸為熔點10，沸點338。1.1.2硫酸的化學(xué)性質(zhì)濃硫酸有三大特性，分別為吸水性，脫水性和強氧化性2。（一）吸水性濃硫酸的吸水作用，指的是濃硫酸分子跟水分子強烈結(jié)合，生成一系列穩(wěn)定的水合物，并放出大量的熱：H2SO4+nH2O=H2SO4nH2O故濃硫酸吸水的過程是化學(xué)變化過程，吸水性是濃硫酸特有的化學(xué)性質(zhì)。濃硫酸不僅能吸收一般的游離態(tài)水（如空氣中的水），而且還能吸收某些結(jié)晶水合物（如CuSO45H2O、Na2CO310H2O）中的水。鑒于硫酸的這個特性，H2SO4可用于干燥很多的氣體，作為干燥劑使用。（二）脫水性脫水性是濃硫酸的化學(xué)特性，物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化的過程，反應(yīng)時，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比（21）奪取被脫水物中的氫原子和氧原子?？杀粷饬蛩崦撍奈镔|(zhì)一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機物，被脫水后生成了黑色的炭（碳化）。如C12H22O11濃硫酸12C+1H2O（三）強氧化性（1）跟金屬反應(yīng)常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng)，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成SO2，在這些反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強氧化性和酸性。Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2+2H2O2Fe+6H2SO4(濃)=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O（2）跟非金屬反應(yīng)大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計3熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為SO2。在這類反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。C+2H2SO4(濃)CO2+2SO2+2H2OS+2H2SO4(濃)=3SO2+2H2O2P+5H2SO4(濃)=2H3PO4+5SO2+2H2O（3）跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng)濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取H2S、HBr、HI等還原性氣體不能選用濃硫酸。H2S+H2SO4(濃)=S+SO2+2H2O2HBr+H2SO4(濃)=Br2+SO2+H2O2HI+H2SO4(濃)=I2+SO2+2H2O1.2硫酸的生產(chǎn)方法生產(chǎn)硫酸最古老的方法是用綠礬（FeSO47H2O）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸。在煅燒過程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO47H2O）煅燒Fe2O3+SO2+SO3+14H2O在18世紀(jì)40年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很難進(jìn)行。后來人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，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。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法3。1.2.1硝化法制造硫酸硝化法（包括鉛室法和塔式