年產(chǎn)30萬噸硫酸的工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書

1、1 文獻(xiàn)綜述1.1概述近十幾年以來,我國(guó)硫酸工業(yè)得到很大的發(fā)展, 重要的標(biāo)志之一是硫酸工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。我國(guó)自行設(shè)計(jì)、自己建設(shè)的中、小型硫酸工程遍及全國(guó), 還承擔(dān)了許多大型硫酸工程設(shè)計(jì)。此外, 從國(guó)外引進(jìn)了一些先進(jìn)的硫酸技術(shù)。硫酸工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步，大大改變了我國(guó)硫酸工業(yè)的技術(shù)狀況。硫酸工程設(shè)計(jì)因采用的原料不同其形式各異，工藝過程和設(shè)備須與所用的原料相匹配。以前我國(guó)以硫鐵礦生產(chǎn)硫酸為主體，在今相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，這種情況不會(huì)有較大的變化；以重有色冶金工業(yè)的冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸，是我國(guó)硫酸工業(yè)的重要組成部分；隨著硫磺供應(yīng)的增加, 愈來愈多的新建工程從治理環(huán)境、生產(chǎn)簡(jiǎn)

2、便和經(jīng)濟(jì)角度考慮，選用以硫磺生產(chǎn)硫酸；以石膏、磷石膏為原料生產(chǎn)硫酸、聯(lián)產(chǎn)水泥的工程，也有新的發(fā)展。一般情況下，以硫鐵礦制酸工藝較復(fù)雜些，硫磺制酸過程簡(jiǎn)便些。硫酸工程設(shè)計(jì)與消費(fèi)有關(guān), 因?yàn)榱蛩岙a(chǎn)品大部分用于生產(chǎn)磷肥等化學(xué)肥料, 所以硫酸工程大部分和磷肥工業(yè)配套建設(shè)。比較典型的是小磷銨工程中的120t/d硫酸工程；120kt/a磷銨工程中的600t/d硫酸工程；240kt/a磷銨工程中的1200t/d硫酸工程；還有配合重鈣生產(chǎn)的硫酸工程。對(duì)重有色金屬冶煉工業(yè)的硫酸工程, 硫酸裝置的規(guī)模大小取決于冶煉的金屬和所選用的冶煉工藝。在這些聯(lián)合企業(yè)中, 硫酸裝置的投資費(fèi)用是舉足輕重的，所占的比例均較高。由于

3、磷肥工業(yè)和重有色冶金工業(yè)的裝置日趨大型化，配套的硫酸裝置也相應(yīng)大型化。然而, 畢竟硫酸生產(chǎn)不是這些企業(yè)的主體裝置，所以硫酸工程的設(shè)計(jì)不應(yīng)喧賓奪主, 而應(yīng)為主體裝置“服務(wù)”。裝置的設(shè)計(jì)要有其適應(yīng)性和靈活性。硫鐵礦制酸的南化、開封、云峰、銅陵、黃麥嶺、大峪口等大型硫酸工程和冶煉煙氣制酸的貴溪、白銀、葫蘆島、韶關(guān)、株洲、金川、金隆等大型硫酸工程的設(shè)計(jì)都在不同程度上考慮了其配套的地位。硫酸工程設(shè)計(jì)廣泛采用了先進(jìn)的技術(shù)和裝備。在許多工程設(shè)計(jì)中，應(yīng)用我國(guó)自己開發(fā)的新技術(shù)，也引進(jìn)了國(guó)外一些新技術(shù)；大量使用國(guó)內(nèi)研制的裝備，亦引進(jìn)了一些先進(jìn)和大型的設(shè)備；還推廣使用了許多新材料等。這些措施大大改善了工藝和裝備狀態(tài)

4、，延長(zhǎng)了裝備的使用壽命，減少了維修。我國(guó)是世界上使用硫鐵礦生產(chǎn)硫酸最多的國(guó)家，在礦制酸方面也是最成熟和最富有經(jīng)驗(yàn)的國(guó)家。有一流的沸騰焙燒技術(shù)，較全面地掌握了氣體凈化方面的技術(shù)，效果和指標(biāo)均較好。對(duì)裝置的機(jī)械化和自動(dòng)化作了足夠重視，特別是在大型裝置中，原料的貯運(yùn)、裝卸,采用和移植其他工業(yè)部門行之有效的設(shè)備，提高機(jī)械化的水平。控制方面，已經(jīng)在一些大型工程中，設(shè)置了集散系統(tǒng)(dcs)，提高了工程設(shè)計(jì)的自控水平。工程設(shè)計(jì)的組織體制逐步與國(guó)際接軌，推廣了以項(xiàng)目經(jīng)理負(fù)責(zé)制為中心的新體制，提高了管理水平，適應(yīng)了進(jìn)入國(guó)際市場(chǎng)的需要。許多設(shè)計(jì)單位的裝備不斷地改善和提高，應(yīng)用了cad輔助設(shè)計(jì)系統(tǒng)，開發(fā)和引進(jìn)了許多

5、應(yīng)用軟件，計(jì)算、方案選擇、出圖均由微機(jī)完成，確保了設(shè)計(jì)質(zhì)量，加快了設(shè)計(jì)進(jìn)度。設(shè)計(jì)單位的設(shè)計(jì)質(zhì)量普遍提高了，具體反映在這些年建設(shè)的硫酸工程成功率十分高，許多設(shè)計(jì)單位還通過iso9001質(zhì)量體系認(rèn)證，取得了向國(guó)際市場(chǎng)進(jìn)軍的通行證。1.2硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝1.2.1以硫磺為原料進(jìn)口硫磺可充分利用世界硫資源，以補(bǔ)充我國(guó)硫資源的不足，其前提是世界上要有多余的硫磺供應(yīng)。硫磺進(jìn)口量的多少受多種因素影響，據(jù)最近國(guó)際硫研究所和加拿大棱鏡硫磺公司的資料，對(duì)世紀(jì)年代以來世界硫磺供應(yīng)總量和需求總量的統(tǒng)計(jì)和未來的預(yù)測(cè)至年表明，世界硫磺供需總量是平衡的，并且呈現(xiàn)不同程度的供大于求，多余的部分成為庫存在不同地區(qū)、不同時(shí)

6、期硫的供應(yīng)或硫的需求發(fā)生著變化，但硫的供應(yīng)總量和需求總量基本上平緩地上升，即使年我國(guó)進(jìn)口硫磺達(dá)占世界硫磺貿(mào)易量的，也未出現(xiàn)總體上生產(chǎn)和供應(yīng)小于需求的態(tài)勢(shì)。上述資料可能有局限性，不夠全面，但可看出在世界范圍某些地區(qū)的變化和世界總量的變化是有區(qū)別的。拿我國(guó)的情況看，年硫鐵礦制酸，硫磺制酸僅幾十萬噸年礦制酸減少到，硫磺制酸升至其中礦制酸改為硫磺制酸的量?jī)粼黾恿耸澜缌虻南M(fèi)，而其余增加的硫磺制酸大部分用于增產(chǎn)磷肥，并且主要是以產(chǎn)抵進(jìn)，這樣就減少了國(guó)外磷肥的生產(chǎn)，即減少了國(guó)外硫的消費(fèi)量。所以，我國(guó)使世界硫磺消費(fèi)凈增加量實(shí)際低于進(jìn)口硫磺的增加量?？傮w上世界硫磺供應(yīng)略有富余，但年以來世界硫磺的價(jià)格逐漸抬高，

7、原因何在目前硫磺生產(chǎn)主要地區(qū)是美國(guó)、加拿大、中東、前蘇聯(lián)，世界硫磺貿(mào)易最大進(jìn)口國(guó)是中國(guó)占最大出口地區(qū)是加拿大和中東總和。以下幾個(gè)因素影響國(guó)際市場(chǎng)硫的供需平衡和價(jià)格：我國(guó)以及印度近幾年強(qiáng)勁的需求；中東局勢(shì)動(dòng)蕩影響；中東產(chǎn)油國(guó)硫磺貿(mào)易；前蘇聯(lián)國(guó)家是硫磺生產(chǎn)大國(guó)，因存在儲(chǔ)運(yùn)困難，近年進(jìn)入貿(mào)易市場(chǎng)的量還不夠大世界運(yùn)輸保險(xiǎn)費(fèi)大幅度增加世界海運(yùn)費(fèi)大幅度增加加拿大鐵路運(yùn)輸費(fèi)用增加。硫磺貿(mào)易中所占份額最大的是加拿大、中東出口方和中國(guó)進(jìn)口方，因中東不穩(wěn)定的局勢(shì)和費(fèi)用上漲，加拿大隨之漲價(jià)的可能性也是存在的，受影響最大的是我國(guó)。目前的高價(jià)位應(yīng)該能促使我國(guó)硫磺制酸增長(zhǎng)的勢(shì)頭下降。如果我國(guó)進(jìn)口硫磺的增長(zhǎng)率逐步減小，上述

8、其它幾項(xiàng)不利因素逐步緩解，市場(chǎng)供應(yīng)量增加，在市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下價(jià)格有望不再增加而有小幅度回落，但不可能再回到年以前的低價(jià)位。未來幾年我國(guó)硫磺制酸在現(xiàn)有生產(chǎn)能力的基礎(chǔ)上保持平穩(wěn)的增長(zhǎng)是恰當(dāng)?shù)摹?.2.2以硫鐵礦含伴生硫鐵礦為原料硫鐵礦是我國(guó)的自有資源，從我國(guó)這個(gè)人口，大國(guó)的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展考慮，保持一定規(guī)模的硫鐵礦采選能力和硫鐵礦制酸能力是需要的。同時(shí)，從我國(guó)硫鐵礦資源狀況上考慮又應(yīng)該節(jié)約使用，恰當(dāng)?shù)乩脟?guó)外的硫資源。我國(guó)已是國(guó)際市場(chǎng)中重要的一員，因而特別需要研究和把握好國(guó)際市場(chǎng)，為硫酸的長(zhǎng)期發(fā)展?fàn)幦∮欣麠l件，硫鐵礦制酸可以起到重要的調(diào)節(jié)、平衡作用。如果將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，將凈增加世界硫磺的消

9、費(fèi)需求，維持現(xiàn)有硫鐵礦原料能力并穩(wěn)步增長(zhǎng)不但對(duì)國(guó)家經(jīng)濟(jì)安全有利，而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場(chǎng)，反過來對(duì)我國(guó)進(jìn)口硫磺有利，總體上對(duì)我國(guó)硫酸工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展有利。穩(wěn)定和發(fā)展硫鐵礦制酸要重視發(fā)展硫鐵礦礦源和發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置。發(fā)展硫鐵礦礦源包括后備資源的勘探、資源開發(fā)利用的規(guī)劃和評(píng)價(jià)、資源合理利用的研究、技術(shù)開發(fā)、礦山建設(shè)、提高生產(chǎn)能力和技術(shù)水平等。發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置包括工藝技術(shù)和裝備水平的提高、減少環(huán)境污染、解決礦渣的綜合利用、大型化等。要本著節(jié)約資源的觀點(diǎn)，礦山和硫酸廠都要考慮在充分利用中、高品位礦的同時(shí)如何利用好低品位礦，提高資源的綜合利用率。1.2.3冶煉煙氣和其它原料冶煉煙氣主要是有色金

10、屬硫化礦物冶煉時(shí)產(chǎn)生的含二氧化硫煙氣，冶煉煙氣制酸實(shí)際是冶煉廠的副產(chǎn)品，是隨著冶金工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。我國(guó)冶煉煙氣制酸發(fā)展迅速，已形成較大的生產(chǎn)能力，其硫酸產(chǎn)量占全國(guó)總產(chǎn)量的左右。石膏、磷石膏是我國(guó)硫酸原料潛在的硫資源,目前已有口以上的工業(yè)生產(chǎn)能力，但近期大規(guī)模發(fā)展的條件還不夠成熟。我國(guó)煤炭中所含的硫也是潛在的硫資源，目前燃煤煙氣脫硫主要采用拋棄法，回收這部分硫的開發(fā)研究和工業(yè)化應(yīng)該加緊進(jìn)行。1.2.4硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點(diǎn)比較目前我國(guó)硫酸工業(yè)是硫鐵礦制酸和硫磺制酸為主。隨著生產(chǎn)技術(shù)的發(fā)展和市場(chǎng)經(jīng)濟(jì)的變化，硫磺制酸體現(xiàn)了越來越多的優(yōu)點(diǎn)：1.沿海地區(qū)原料到廠價(jià)格約為450-550元/噸，國(guó)內(nèi)

11、硫鐵礦到廠價(jià)格為200 -220元/噸（折35%s）。硫磺制酸消耗的水、電和原料費(fèi)用低于硫鐵礦制酸。生產(chǎn)成本的降低有利于企業(yè)提高經(jīng)濟(jì)效益；2.硫磺制酸裝置中省掉了焙燒、凈化工段，只有熔硫、焚化、轉(zhuǎn)化、干吸、成品工段，原料的加工也比硫鐵礦制酸裝置簡(jiǎn)單，因此工藝流程短，物料處理量少，設(shè)備少，建設(shè)工期短。其基建投資約為硫鐵礦裝置的50%。也降低了裝置的管理費(fèi)用。3.原料運(yùn)輸量少，硫磺雜質(zhì)少，產(chǎn)品質(zhì)量好，單位產(chǎn)品能耗低，熱能利用效率高。4.廢物排放量少，有利于環(huán)境的保護(hù)。由于上述原因，采用硫磺為原料制取硫酸有更大的優(yōu)越性。由于我國(guó)硫鐵礦資源較豐富,國(guó)內(nèi)的硫酸企業(yè)基本采用礦石制酸工藝。但隨著社會(huì)對(duì)環(huán)境質(zhì)

12、量要求的不斷提高，人們的環(huán)保意識(shí)越來越強(qiáng)，礦石制酸工藝存在的對(duì)環(huán)境污染大的問題越來越突出，到了必須進(jìn)行工藝改進(jìn)的地步，硫磺制酸比較簡(jiǎn)單，它把硫磺燃燒后變成二氧化硫，用水吸收，而硫磺的濃度又比較高，對(duì)里邊雜質(zhì)的清除就比較簡(jiǎn)化，而硫鐵礦要把二硫化鐵燒成氧化鐵，然后二氧化硫出來，又要在沸騰爐內(nèi)，后期的除塵、凈化等工序非常繁瑣。過去硫鐵礦含硫量很高，現(xiàn)在硫鐵礦的含硫量很低，而且運(yùn)輸成本越來越高，這些因素都促使硫磺制酸工藝的不斷推廣。從而選擇清潔生產(chǎn)工藝-硫磺制酸。但隨著我國(guó)磺制酸工藝的普及，我國(guó)對(duì)硫磺需求量也不斷加大，2009年我國(guó)硫資源消費(fèi)量約2000萬噸，占世界總消費(fèi)量的2/5，進(jìn)口硫（硫磺、硫酸

13、）占國(guó)內(nèi)硫消費(fèi)量的90%左右。隨著硫需求的不斷上升，供應(yīng)價(jià)格不斷上漲，企業(yè)生產(chǎn)成不也不斷提高，這些都促使我們改進(jìn)生產(chǎn)工藝，提高硫磺利用效率。中國(guó)硫酸生產(chǎn)由硫磺制酸、硫鐵礦制酸和冶金煙氣制酸構(gòu)成，2006年硫酸產(chǎn)量構(gòu)成是硫磺制酸占44%，硫鐵礦制酸占32%，冶金煙氣制酸占23%，其它約1%。目前我國(guó)硫酸生產(chǎn)問題之一是我國(guó)硫磺需求量的90%依靠進(jìn)口。硫磺制酸基本上是為磷肥企業(yè)配套建設(shè)的，因此我國(guó)磷肥生產(chǎn)嚴(yán)重地受控于國(guó)際硫磺市場(chǎng)。問題之二是硫鐵礦制酸前景黯淡，一方面是硫鐵礦制酸即耗能又排酸渣污染環(huán)境，世界上幾乎只有中國(guó)利用硫鐵礦制酸，隨著全球加強(qiáng)環(huán)境保護(hù)，硫鐵礦制酸很可能被淘汰；另一方面是硫鐵礦制酸

14、受制于硫磺價(jià)格，2008年國(guó)際市場(chǎng)硫磺價(jià)格暴漲，我國(guó)硫鐵礦制酸產(chǎn)能擴(kuò)張；目前國(guó)際市場(chǎng)硫磺價(jià)格回落到合理價(jià)位，部分硫鐵礦制酸被迫停產(chǎn)或關(guān)閉；雖然硫鐵礦制酸是利用本國(guó)豐富的硫鐵礦資源，但是硫鐵礦制酸沒有競(jìng)爭(zhēng)力，依靠硫鐵礦資源并不能保障我國(guó)硫供應(yīng)平穩(wěn)。表1 中國(guó)硫酸產(chǎn)量與構(gòu)成2002200320042005200620072008硫酸產(chǎn)量 萬噸3052337139954615503354135133硫磺進(jìn)口量 萬噸409409677831881965841硫鐵礦制酸 %39.5238.6535.8435.9731.65硫磺制酸 %36.4437.4140.6542.8044.37煙氣制酸 %22.7

15、122.3122.1521.2423.11其他制酸%1.341.631.3350.821.2.5 硫磺中雜質(zhì)對(duì)制酸工藝的影響硫磺中的雜質(zhì)主要有灰分、水分、酸度和硫化氫等,它們對(duì)制酸工藝的影響分述如下:1. 灰分硫磺,特別是回收硫,在產(chǎn)出時(shí)灰分含量是比較少的。但它們以固態(tài)經(jīng)過堆存、裝卸和運(yùn)輸,以及用戶的庫存,將受到各種固體雜質(zhì)的污染,使其灰分含量增加。硫磺中灰分能污染加熱表面而降低它的傳熱系數(shù),部分灰分在熔硫槽、澄清槽中沉降,過多的灰分將縮短熔硫槽和澄清槽的清理周期。原料硫磺(固態(tài))灰分含量一般不宜超過0.05%。2. 水分硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清過程中基本上全部被蒸發(fā)掉。硫磺中水分多或少,

16、僅影響熔硫時(shí)的蒸汽消耗量。與完全沒有水分時(shí)比較,每含1%水分,熔硫蒸汽的理論消耗量(指完全沒有熱損失時(shí))增加16.6%。液態(tài)硫磺含水分0.01%0.03%是正常的.固態(tài)硫磺當(dāng)含水分在1%以上,熔硫時(shí)則劇烈起跑,影響正常操作。水分含量增高,則酸度增加,貽患無窮。3. 酸度硫磺中酸度(以h2so4計(jì))呈游離態(tài)。這些酸是在潮濕的環(huán)境和在細(xì)菌的作用下,硫被空氣緩慢氧化而形成的。在熔硫時(shí),它積聚在液硫表面而被分離出來,不會(huì)影響焚硫和轉(zhuǎn)化工序操作。但酸度過高則嚴(yán)重腐蝕熔硫設(shè)備。4. 硫化氫烴類與液態(tài)硫會(huì)通過下列緩慢的反應(yīng)而產(chǎn)生少量的硫化氫:8c5h12 +13s 5c8h14 +13h2s美國(guó)texasg

17、ulf公司曾對(duì)硫磺貯槽中發(fā)生h2s爆炸事故進(jìn)行過研究,對(duì)硫磺貯槽上部空間的氣體進(jìn)行分析,氣體中除經(jīng)常含有濃度不等的h2s外,還存在濃度恒定為0.01%(mol計(jì))的c8h14. h2s。有的可以達(dá)到或超過燃爆濃度(常溫下為4.3%,但液硫貯槽溫度132下為3.4%)。但回收硫中,烴類含量少,不會(huì)達(dá)到爆炸限,而c8h14濃度始終恒定,可以認(rèn)為它已經(jīng)與硫磺中烴類達(dá)到平衡。在138以下,烴類與硫的反應(yīng)速度很慢,生成的h2s能溶解于液態(tài)硫中。h2s在液硫中的溶解度隨溫度上升而增加,這種反?，F(xiàn)象是由于反應(yīng)生成多硫化氫(h2s4)之故。溫度降低也有分解出h2s的傾向。1.3硫酸的性質(zhì)純硫酸（h2so4）是

18、一種無色透明的油狀液體，相對(duì)密度為1.8269，幾乎比水重一倍。工業(yè)生產(chǎn)的硫酸是指so3和h2o以一定的比例混合的溶液，而發(fā)煙硫酸是其中so3和h2o摩爾比大于1的溶液。由于發(fā)煙硫酸的so3蒸氣壓較大，暴露在空氣中能釋放出so3，和空氣中的水蒸氣迅速結(jié)合并凝結(jié)成酸霧而得名。硫酸的濃度通常用其中所含硫酸的重量百分?jǐn)?shù)來表示。如98%硫酸，就是指其中含有98%重量的硫酸和2%重量的水。習(xí)慣上把濃度75%的硫酸叫做濃硫酸，而把75%以下的硫酸叫做稀硫酸。各種硫酸的組成如表1-1所示：表1-1 工業(yè)硫酸的組成名稱h2so4重量%so3/ h2o組成，%名稱h2so4重量%so3/ h2o組成，%so3h

19、2oso3ho293%硫酸98%硫酸無水硫酸93.0098.00100.000.7130.9031.0075.9280.0081.6324.0820.0018.3720%發(fā)煙硫酸65%發(fā)煙硫酸104.50114.621.303.2985.3093.5714.706.431.3.1相對(duì)密度相對(duì)密度即單位體積硫酸的重量與同體積4水的重量之比。相對(duì)密度與密度在概念上是不同的，密度即單位體積硫酸的質(zhì)量，g/cm。但對(duì)于同一條件下的同一硫酸的相對(duì)密度與密度在數(shù)值上是同一的。硫酸相對(duì)密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。當(dāng)固定溫度，硫酸的相對(duì)密度隨濃度升高而升高。當(dāng)固定硫酸濃度，相對(duì)密度則隨溫度升高而下降。此屬于一般

20、的變化規(guī)律。此外當(dāng)酸濃度在0100%范圍內(nèi)，在任何溫度下，以98.3%濃度下的相對(duì)密度為最大。當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時(shí)，以含游離so3在50%65%濃度下的相對(duì)密度為最高。so3%游離量低于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離so3%增加而升高。游離so3%高于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離so3量增加而下降。1.3.2硫酸的結(jié)晶溫度液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時(shí)的溫度稱為結(jié)晶溫度。結(jié)晶溫度隨硫酸濃度不同而變化，其變化關(guān)系是不規(guī)則的。市場(chǎng)上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表12所示：表1-2 常用硫酸和發(fā)煙硫酸的結(jié)晶溫度硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度10.04.7100+10.37176.022.2游

21、離so3101.593.027.0游離so320+2.598.5+1.8游離so3650.35掌握了硫酸結(jié)晶溫度具有下述意義：a.了硫酸貯存輸送提供了防止發(fā)生凍酸的溫度控制依據(jù)。b.為了確定產(chǎn)品濃度范圍提供了依據(jù)。c.對(duì)處于不正常情況下發(fā)生的酸凍結(jié)原因分析提供了理論依據(jù)。1.3.3硫酸的熱容、熱焓熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和無其它功能的條件下，單位硫酸溫度升高或降低1時(shí)，所引起的熱量變化。以摩爾為單位，即摩爾熱容 kj/（molk），以質(zhì)量千克為單位即為比熱kj/（molk）。從實(shí)驗(yàn)上得知，將同一種濃度的硫酸從0升高到1與從99升到100所需要的熱量是不同的?？梢姴煌臏囟认掠胁煌臒?/p>

22、容，為了使用上的方便，在工程計(jì)算中采用平均熱容。熱焓是指某一單位重量（kg）的硫酸在某一溫度下含有的熱量。熱焓是狀態(tài)函數(shù)，它的變化由始態(tài)和終態(tài)決定，與中間過程無關(guān)。1.3.4硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成h2oso3為二元系統(tǒng)，其溶液具有恒沸狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)在硫酸水溶液的濃縮、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。溶液的沸點(diǎn)隨h2so4含量的增加而升高。當(dāng)濃度達(dá)到98.3%時(shí)達(dá)最大值（336.8），此后則下降，至100%h2so4時(shí)為296.2。發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)，則隨so3（游離）百分含量的增大而下降，直降至44.7。常壓下加熱濃縮稀硫酸，當(dāng)酸濃達(dá)到98.3%時(shí)，液面上的氣相組

23、成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時(shí)沸點(diǎn)（338.8）稱恒沸點(diǎn)。這說明在常壓下只能將稀硫酸濃縮到98.3%，成為理論上的濃縮濃度。但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟(jì)性和減少硫酸損失，通常只是將稀硫酸濃縮至92%95%。位于恒沸點(diǎn)右邊的區(qū)域，其特點(diǎn)是沸騰時(shí)，液體中的硫酸含量不是增加而是降低，一直降到98.3%時(shí)為止。此時(shí)沸點(diǎn)不是升高而是降低。這種現(xiàn)象是由于硫酸分解產(chǎn)生的so3比h2o汽更易自液相中逸出。根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應(yīng)有相應(yīng)的氣體成分。上述的加熱濃縮稀硫酸及加熱蒸發(fā)游離so3，相應(yīng)的氣相成分以h2o和so2為主。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

24、量用總蒸氣壓表示。各種溫度下不同濃度硫酸的總蒸氣壓，可有下式計(jì)算：logpab/t式中 p蒸氣壓，pa t絕對(duì)溫度，ka、b與酸濃度有關(guān)的常數(shù)當(dāng)溫度一定時(shí)，硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低，且在98.3%時(shí)總蒸氣壓最低。當(dāng)酸濃超過98.3%時(shí)，總蒸氣壓隨濃度的升高（游離so3%增加）而增大。如表1-3所示：表13 各種濃度硫酸的a、b常數(shù)值h2so4%204060809098.3100a8.9228.8448.8419.2939.2559.7809.805b22682299245830403390421139141.3.5硫酸的粘度硫酸粘度是表示流體硫酸內(nèi)部阻礙其相對(duì)流動(dòng)的一種特性。粘

25、度的大小不僅對(duì)輸送管路的阻力和泵的動(dòng)力消耗有很大影響，而且對(duì)傳熱、硫酸溶解度和金屬溶解速度等也有較明顯的影響。硫酸的粘度隨酸濃度增高而增大，隨酸溫增高而減少。由于粘度比較大，故硫酸外觀是無色透明似油狀的液體。在一定溫度條件下加入填加劑（凝固作用）可制的固體硫酸（膠體狀）。1.4 硫酸生產(chǎn)中的三廢治理1.4.1 廢氣中有害物質(zhì)從吸收塔排出的尾氣中,仍還有少量的二氧化硫,一般含量在0.5%左右(體積分?jǐn)?shù)),尾氣中含有微量的三氧化硫和硫酸沫。尾氣中二氧化硫的含量與二氧化硫的轉(zhuǎn)化率直接有關(guān),但實(shí)際生產(chǎn)中,使總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上,尾氣中二氧化硫含量達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)是有一定困難的,一般對(duì)尾氣進(jìn)行回收,尾氣回

26、收的方法目前主要是氨-酸法和堿法。1.4.2廢水處理硫酸生產(chǎn)中排出大量污水和污酸,其量與爐氣凈化流程有關(guān),酸洗法流程排出含酸污水較少,而水洗法流程污水排放量則很大,每生產(chǎn)1t硫酸要排出10-15t污水,污水中除含有硫酸外,還含有砷2-20mg/l,含氟10-100mg/l,以及鐵,硒,礦塵等。目前,對(duì)于硫酸工業(yè)的污水處理,普遍采用電石渣中和法或石灰中和法。1.4.3廢渣處理硫磺含硫量為25%-35%時(shí),每生產(chǎn)1t硫酸副產(chǎn)0.5-0.7t燒渣，燒渣中含較少的鐵和一定數(shù)量的銅、鉛、鋅、鈷等有色金屬。廢渣在水泥生產(chǎn)中也可以作為鐵助溶劑、煉鐵原料和氯化劑(如cacl2)進(jìn)行氯化熔燒處理回收澆渣中大部分

27、有色金屬和貴金屬，回收后燒渣還可煉鐵；燒渣還可用于制造鐵紅，液體三氧化鐵，以及fe(oh)3,作凈水劑等。2 物料衡算2.1設(shè)計(jì)依據(jù)年產(chǎn)30萬噸硫酸干燥焚燒工段工藝初步設(shè)計(jì)及干燥塔設(shè)計(jì)任務(wù)書2.2設(shè)計(jì)條件2 .2.1年產(chǎn)量 設(shè)計(jì)規(guī)模:30萬噸/年 產(chǎn)品：98%的濃硫酸 產(chǎn)品規(guī)格：產(chǎn)品質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行中華人民共和國(guó)工業(yè)硫酸標(biāo)準(zhǔn)（gb / t 534-2002）一等品規(guī)格，硫酸質(zhì)量符合下表要求。表1.1 硫酸質(zhì)量指標(biāo)表【1】指標(biāo)名稱 硫酸%1硫酸（h2so4）98.002灰分%0.033鐵（fe）含量0.014砷(as)含量%0.005年工作日: 300天 小時(shí)產(chǎn)量： 300100000030024=

28、41666.67 kg/h 其中含h2so4 n=mm=40833.3410398=416.67 kmol/h2.2.2氣象條件及空氣組成氣象條件：取株洲地區(qū)年平均氣溫作為設(shè)計(jì)溫度:17.0； 空氣平均相對(duì)濕度:79.0%； 年平均大氣壓:101.325 kpa。2.2.3 反應(yīng)方程式 s+o2 =so2s+32o2 =so3so3 +h2 o=h2 so42.2.4 硫磺轉(zhuǎn)化率與吸收率 設(shè)計(jì)采用塔前流程，兩轉(zhuǎn)兩吸“3+1”流程轉(zhuǎn)化進(jìn)口so2濃度 9.99% 轉(zhuǎn)化進(jìn)口so3濃度 0.40%其中：x1、x2分別表示第一、二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率；x總轉(zhuǎn)化率 取x1=93.5% ， x2=96.9% ， 吸收

29、率: 99.98%總轉(zhuǎn)化率： x=x1+(1-x1)x2=99.8% 2.2.5原料硫磺組成 原料硫磺： 含 s 99.50% 含 h20 0.45% 含 灰分 0.05% 得到利用的s量= =13333.34 kg/h原料含精s量= =13362.74 kg/h精s量n=13362.7432 = 417.59 kmol/h原料硫磺= = 13429.89 kg/h原料含水量=0.45%13429.89=60.43 kg/h原料含灰分量=0.05%13429.89=6.72 kg/hs 32 021 32氧氣消耗量n= 32 417.59=626.39 kmol/h v=nvm =626.39

30、22.4=14031.14 nm3/h干空氣消耗量=v/21%=66814.95 nm3/h為確保s被完全燃燒，轉(zhuǎn)化進(jìn)口so2濃度 9.99%，實(shí)際干空氣消耗量取理論干空氣消耗量的1.35倍 實(shí)際干空氣消耗量v=1.3566814.95=90200.22 nm3/h m=v=1.2990200.22=116358.28 kg/h實(shí)際干空氣中n2量v=90200.220.79=71285.17 nm3/h實(shí)際干空氣中o2量v=90200.220.21=18942.05 nm3/h2.3熔硫槽的物料衡算2.3.1流程示意圖2.3.2已知條件熔硫溫度130150，取140原料硫磺帶入水量=60.43

31、 kg/h2.3.3給定條件熔硫過程中原料硫磺帶入的水分蒸發(fā)掉99.95%熔融后的液硫中帶出水量=6.69 kg/h2.3.4物料衡算表熔硫槽的物料衡算-質(zhì)量流量kg/h組分sh2 o灰分總量進(jìn)料13362.7460.436.7213429.89出料13362.746.696.7213376.152.4過濾機(jī)的物料衡算2.4.1流程示意圖2.4.2已知條件液硫經(jīng)過過濾機(jī)，灰分全部被過濾掉2.4.3物料衡算過濾機(jī)的物料衡算-質(zhì)量流量kg/h組分sh2 o灰分總量進(jìn)料13362.746.696.7213376.15出料13362.746.690.0013369.432.5干燥塔的物料衡算2.5.1

32、流程示意圖2.5.2已知條件年平均氣溫:17.0; 年平均相對(duì)濕度:79.0%； 年平均大氣壓:101.325kpa；17.0水飽和蒸汽壓ps=1.93714kpa 2 。 2.5.3計(jì)算空氣中濕含量0.6220.009538 (kg/kg) 4 空氣帶入水量絕干空氣量0.009538116358.28=1109.83 kg/h 4由于98%h2 so4吸水性很強(qiáng)，故取它吸收空氣中99.95%的水分。干燥塔吸水量1109.8399.95%1109.28 kg/h干空氣中帶出水量=1109.82(1-99.95%)=0.55 kg/h設(shè)98%h2 so4每小時(shí)進(jìn)入干燥塔的量為x，則：98h2 s

33、o4 97.51h2 so4（1-98%）x1109.28(1-97.51%) x解得：x228177.52 kg/h出干燥塔的97.51% h2 so4量=228177.52+1109.83-0.55=229286.80 kg/h2.5.4物料衡算表干燥塔的物料衡算進(jìn)料組分n2o2h2 o98%h2 so4質(zhì)量流量kg/h1109.83228177.52摩爾流量kmol/h3181.17845.63體積流量nm3/h71285.1718942.05出料組分n2o2h2 o97.51%h2 so4質(zhì)量流量kg/h0.55229286.80摩爾流量kmol/h3181.17845.63體積流量n

34、m3/h71285.1718942.052.6焚硫爐的物料衡算2.6.1流程示意圖2.6.2反應(yīng)方程s+o2 =so2so2+12o2 =so32.6.3已知條件a進(jìn)口：液流中含s量：13362.74 kg/h液硫帶入水量: 6.69 kg/h 干空氣帶入水量：0.55 kg/h干空氣中含o2:18924.05 nm3/h 干空氣中含n2 ：71285.17 nm3/h進(jìn)料中總水量m=6.69+0.55=7.27 kg/h n=m/m=0.40 kmol/hb出口：轉(zhuǎn)化進(jìn)口so2 =9.99%，轉(zhuǎn)化進(jìn)口so3 =0.40%2.6.4計(jì)算so2 量：v= nm3/hso3量：v= nm3/ho2

35、 剩余量：v=18924.05-8990.75-=9388.41 nm3/h2.6.5物料衡算表焚硫爐物料衡算進(jìn)料組分摩爾流量kmol/h體積流量nm3/h質(zhì)量流量kg/h硫酸產(chǎn)量kg/h硫磺用量kg/hn23181.1771285.17108159.7841666.6713362.73o2845.6318924.0527060.16理論氧氣量理論氮?dú)饬縮417.5913362.7414017.8152803.83h2o0.407.27實(shí)際氧氣與理論氧氣比148589.951.35出料組分摩爾流量kmol/h體積流量nm3/h體積百分含量質(zhì)量流量kg/hn23181.1771285.170.7

36、915108159.78o2419.209389.980.104313414.4h2o0.4031.360.00037.27so2401.538993.90.099925697.92so316.08360.120.00401286.490060.521.0000148565.773熱量衡算3.1 熔硫槽的熱料衡算3.1.1 流程示意圖3.1.2 計(jì)算依據(jù)液硫中精s量: 13362.74 kg/h液硫中水量: 60.43 kg/h液硫溫度: 130-150 平均140大氣溫度: 17.0正交晶硫變?yōu)閱涡本Я驕囟龋?95.4轉(zhuǎn)變熱： 2.992 kcal/kg硫融化熱： 9.2 kcal/kg13

37、.1.3熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量q：式中，q1正交晶硫從17.0加熱到95.4時(shí)的顯熱；q2正交晶硫在95.4時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱；q3單斜晶硫95.4加熱到118.9；q4單斜晶硫在118.9時(shí)的溶解熱；q5液硫從118.9加熱到140時(shí)的顯熱。1）正交晶硫加熱到95.4所需的顯熱q1：t=17.0+95.42+273.15=329.36 kcp = 2.9863+0.01058t+0.816010-5t24.186832=0.9714kj/（kg.k）q1 = 13362.740.9714(95.4-17.0)=1017676.35 kj/h2）正交晶硫變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱q2

38、：q2 = 13362.742.9924.1868=167393.78kj/h3）單斜晶硫從95.4加熱到118.9所需的熱量q3:cp=3.388+0.006854t+0.080351(388.366-t)24.186832=0.7845 kj/(kg.k)q3=13362.740.7845(118.9-95.4)=246352.13kj/h4）單斜晶硫熔解熱q4：q4=13362.749.24.1868=514713.50 kj/h5）液硫從118.9加熱到140時(shí)的顯熱q5:取液硫熱容為1.0174 kj/(kg.k)【1】cp=3.388+0.006854t+0.080351(388.

39、366-t)24.186832=0.7845 kj/(kg.k) q5=13362.741.0174(140-118.9)=286859.81kj/h6）熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量qq=q1+ q2+ q3+ q4+ q5=2232995.54kj/h3.1.4硫磺中水分所消耗熱量1）水從17.0加熱到100的顯熱:q1=60.434.1868(100-17.0)4.1868=20999.69kj/h2）水在100下蒸發(fā)潛熱為2256.7kj/kg3水蒸發(fā)的潛熱:q2=60.432256.7=136372.38 kj/h3）硫磺中水分所消耗熱量:=q1+q2=20999.69+13637

40、2.38=157372.07 kj/h3.1.5熱損失及硫磺熔融所需總熱量q取熔硫槽散熱損失為5%，則硫磺熔融所需總熱量qq總=1-5% =2232995.54+157372.071-5% =2516176.43 kj/hq損=2516176.435%=125808.82 kj/h3.1.6液硫帶出熱量q=2516176.43（1-5%）=2390367.61 kj/h3.1.7熱量衡算表熔硫槽熱量衡算（kj/h）精sh20熱損失（5%）總量2232995.54157372.07125808.822516176.432390367.61液硫帶出總量3.2空氣鼓風(fēng)機(jī)t2=t1p2p1k-1k,

41、取k=1.4已知：空氣進(jìn)口溫度t1=17.0解得：t2=21.83.3干燥塔的熱量衡算3.3.1流程示意圖3.3.2干燥塔的物料衡算表干燥塔的物料衡算進(jìn)料組分n2o2h2 o98%h2 so4質(zhì)量流量kg/h1109.83228177.52摩爾流量kmol/h3181.17845.6361.66體積流量nm3/h71285.1718942.05出料組分n2o2h2 o97.51%h2so4質(zhì)量流量kg/h0.55229286.80摩爾流量kmol/h3181.17845.630.03體積流量nm3/h71285.1718942.053.3.3計(jì)算1）空氣帶入熱空氣進(jìn)口溫度：21.80；o2 c

42、 p=6.919+0.000109t+9.310-8t2=6.9214 kcal/(kmol) 3n2 2=6.9782 kcal/(kmol) 3h2o cp =6.87+0.001051t-2.0410-7t2=6.8928 kcal/(kmol) 3q氧=845.6321.86.92144.1868=534211.26 kj/hq氮=3181.1721.86.97824.1868=2026137.90 kj/hq水=61.6621.86.89284.1868=38791.62 kj/h 空氣帶入熱q空入= q氧+ q氮+ q水=2599140.78 kj/h2）酸帶入熱量進(jìn)口溫度40，9

43、8%硫酸熱含量:65.18kj/kg 1q酸入=228177.5265.18=14872610.75 kj/h3）酸稀釋熱 湯姆生式計(jì)算 h=17860nn+1.7983 1其中：h為硫酸的稀釋熱，n為每克硫酸所加入的克分子水?dāng)?shù) n1=(100-98)/1898/98=0.1111 n2=(100-93)/1893/98=0.4098h1-h2= 178600.40980.4098+1.7983-178600.11110.1111+1.7983 =3314.63 kcal/kmol酸稀釋熱q稀釋=22185.6098%983314.634.1868 =3078849.43 kj/h4 熱損失：

44、因干燥塔中溫度與外界溫度相差不大，故忽略不計(jì)。5 空氣帶出熱空氣出口溫度為30 o2 c p=6.919+0.000109t+9.310-8t2=6.9224 kcal/(kmol) 2n2 2=6.9877 kcal/(kmol) 2h2o cp =6.87+0.001051t-2.0410-7t2=6.9013 kcal/(kmol) 2q氧=845.63306.92244.1868=743084.66 kj/hq氮=3181.17306.8774.1868=2792059.05 kj/hq水=0.03306.90134.1868=26.00 kj/h空氣帶出熱q空出= q氧+ q氮+ q

45、水=3535169.71 kj/h6 酸帶出熱 q酸出= q空入 + q酸入+ q稀釋- q空出=2599140.78+14872610.75+3078849.43-3535169.71=17015431.25kj/h3.3.4 干燥塔熱量衡算表干燥塔熱量衡算（kj/h）組分進(jìn)口出口n22026137.902792059.05o2534211.26743084.66h2o38791.6226.00硫酸14872610.7517015431.2598%硫酸變成97.51%硫酸的稀釋熱 3078849.43總量20550600.9620550600.963.4焚硫爐的熱量衡算3.4.1流程示意圖3

46、.4.2反應(yīng)方程式 1 13.4.3焚硫爐的物料衡算表焚硫爐物料衡算進(jìn)料組分摩爾流量kmol/h體積流量nm3/h質(zhì)量流量kg/h硫酸產(chǎn)量kg/h硫磺用量kg/hn23181.1771285.17108159.7841666.6713362.73o2845.6318924.0527060.16理論氧氣量理論氮?dú)饬縮417.5913362.7414017.8152803.83h2o0.407.27實(shí)際氧氣與理論氧氣比148589.951.35出料組分摩爾流量kmol/h體積流量nm3/h體積百分含量質(zhì)量流量kg/hn23181.1771285.170.7915108159.78o2419.209

47、389.980.104313414.4h2o0.4031.360.00037.27so2401.538993.90.099925697.92so316.08360.120.00401286.490060.521.0000148565.773.4.4計(jì)算1） 進(jìn)口物料帶入熱量液硫帶入熱量 q1=2390367.61 kj/h 干空氣帶入熱量 q2=3535169.71 kj/h物料帶入總熱量 q入=q1+q2=5925537.32 kj/h2 ）反應(yīng)燃燒熱查資料2得：25時(shí)，so2燃燒熱：296.83kj/mol; so3燃燒熱：296.83kj/mol經(jīng)過推算得：930時(shí)，so2燃燒熱：286

48、.54kj/mol; so3燃燒熱：385.54kj/mol反應(yīng)燃燒熱q反=401.53286.54+16.08385.54）1000=1121253889kj/h3） 混合氣體帶出熱量氣體進(jìn)口溫度t1=18.66+273.15=291.81k氣體出口溫度t2=930+273.15=1203.15kq氮= 3181.17(27.32(t2-t1)+0.003113(t22-t12)-0.0000003167(t23-t13)= 90676196.61 kj/h2q氧=419.228.17(t2-t1)+0.0031485(t22-t12)-0.0000002498(t23-t13)= 1234

49、0874.77 kj/h2q二氧化硫=401.53(25.76(t2-t1)+0.028955(t22-t12)-0.000012697(t23-t13)+0.0000000021515(t24-t14)= 18267569.75 kj/h2q三氧化硫=16.0850.67( t2-t1)= 739977.3835 kj/h2q水= 0.04(29.16(t2-t1)+0.007245(t22-t12)-0.000000674(t23-t13)= 1407.356007 kj/h2氣體帶出總熱量q出= q氮+q氧+q二氧化硫+q三氧化硫+q水= 122026025.9 kj/h4）熱損失q損=

50、q入+q反-q出=5153400.849 kj/h熱損失率 w= q損q反 100%=4.25%3.4.5焚硫爐熱量衡算表焚硫爐熱量衡算（kj/h）進(jìn)口液硫2390367.61干空氣3535169.71總量5925537.32燃燒熱1121253889.00出口n290676196.61o212340874.77so218267569.75so3739977.38h2o1407.36總量122026025.9熱損失(4.25%)5153400.8493.5 余熱鍋爐的熱量衡算3.5.1流程示意圖3.5.2 已知條件進(jìn)口混合氣體溫度t1=930+273.15=1203.15k 出口混合氣體溫度t

51、2=430+273.15=703.15k 混合氣體中各組分含量如下圖：組分n2o2so2so3h2o摩爾流量（kmol/h）3181.17419.20401.5316.080.403.5.3計(jì)算1） 混合氣體放出熱量q放q氮= 3181.17(27.32(t2-t1)+0.003113(t22-t12)-0.0000003167(t23-t13)=-51489395.07 kj/h 2q氧= 419.2(28.17(t2-t1)+0.0031485(t22-t12)-0.0000002498(t23-t13)= -14153963.39 kj/h 2q二氧化硫=401.53(25.76(t2-t1)+0.028955(t22-t12)-0.000012697(t23- t13)+0.0000000021515(t24-t14)= -10746941.97 kj/h2q三氧化硫=16.0850.67( t2-t1)= -411071.7758 kj/h2q水= 0.04(29.16(t2-t1)+0.007245(t22-t12)-0.000000674(t23-t13)= -821.8408353 kj/h2 混合氣體放出總熱量q放= -（q氮+q氧+