年產(chǎn)30萬噸硫酸畢業(yè)設(shè)計說明書

1、1 文獻(xiàn)綜述1.1 概述近十幾年以來 , 我國硫酸工業(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 項目多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益和社會效益顯著。我國自行設(shè)計、自己建設(shè) 的中、小型硫酸工程遍及全國 , 還承擔(dān)了許多大型硫酸工程設(shè)計。 此外 , 從國外引進(jìn) 了一些先進(jìn)的硫酸技術(shù)。 硫酸工程設(shè)計的進(jìn)步， 大大改變了我國硫酸工業(yè)的技術(shù)狀況。硫酸工程設(shè)計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。以前我國以硫鐵礦生產(chǎn)硫酸為主體， 在今相當(dāng)長的時期內(nèi)， 這種情況不會有較 大的變化；以重有色冶金工業(yè)的冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸， 是我國硫酸工業(yè)的重要組成部分； 隨著硫磺供應(yīng)的增加

2、, 愈來愈多的新建工程從治理環(huán)境、生產(chǎn)簡便和經(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，硫磺制酸過程簡便些。硫酸工程設(shè)計與消費(fèi)有關(guān) , 因為硫酸產(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

3、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)計不應(yīng)喧賓奪主 , 而應(yīng)為主體裝置“服務(wù)”。裝置的設(shè) 計要有其適應(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)計都在不同程度上考慮了其配套的地位。硫酸工程設(shè)計廣泛采用了先進(jìn)的技術(shù)和裝備。在許多工程設(shè)計中，應(yīng)用我國自己 開發(fā)的新技術(shù)， 也引進(jìn)了國外一些新技術(shù)； 大量使用國內(nèi)研

4、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)，延長了裝備的使用壽命， 減少了維修。 我國是世界上使用硫鐵礦生產(chǎn)硫酸最多的 國家，在礦制酸方面也是最成熟和最富有經(jīng)驗的國家。 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。 對裝置的機(jī)械化和自動化作了 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?？刂品矫?，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)計的自控水平。工程設(shè)計的組織體制逐步與國際接軌，推廣了以項目經(jīng)理負(fù)責(zé)制為中

5、心的新體 制，提高了管理水平， 適應(yīng)了進(jìn)入國際市場的需要。 許多設(shè)計單位的裝備不斷地改善 和提高，應(yīng)用了 CAD輔助設(shè)計系統(tǒng)，開發(fā)和引進(jìn)了許多應(yīng)用軟件，計算、方案選擇、 出圖均由微機(jī)完成， 確保了設(shè)計質(zhì)量， 加快了設(shè)計進(jìn)度。 設(shè)計單位的設(shè)計質(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)計單位還通過 IS09001質(zhì)量體系認(rèn)證，取得了向國際市場進(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)最近國際硫研究所和加拿 大棱鏡硫磺公司

6、的資料， 對世紀(jì)年代以來世界硫磺供應(yīng)總量和需求總量的統(tǒng)計和未來 的預(yù)測至年表明， 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。 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 磺制酸的量凈增加了世界硫的消費(fèi)， 而其余增加的硫磺制

7、酸大部分用于增產(chǎn)磷肥， 并 且主要是以產(chǎn)抵進(jìn)， 這樣就減少了國外磷肥的生產(chǎn)， 即減少了國外硫的消費(fèi)量。 所以， 我國使世界硫磺消費(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格逐漸抬高， 原因何在目 前硫磺生產(chǎn)主要地區(qū)是美國、加拿大、中東、前蘇聯(lián)，世界硫磺貿(mào)易最大進(jìn)口國是中 國占最大出口地區(qū)是加拿大和中東總和。 以下幾個因素影響國際市場硫的供需平衡和 價格：我國以及印度近幾年強(qiáng)勁的需求；中東局勢動蕩影響；中東產(chǎn)油國硫磺貿(mào)易； 前蘇聯(lián)國家是硫磺生產(chǎn)大國， 因存在儲運(yùn)困難， 近年進(jìn)入貿(mào)易市場的量還不夠大世界 運(yùn)輸保險費(fèi)大幅度增加世界海運(yùn)費(fèi)大幅度增加加拿大鐵路

8、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、 中東出口方和中國進(jìn)口方， 因中東不穩(wěn)定的局勢和費(fèi)用上 漲，加拿大隨之漲價的可能性也是存在的， 受影響最大的是我國。 目前的高價位應(yīng)該能促使我國硫磺制酸增長的勢頭下降如果我國進(jìn)口硫磺的增長率逐步減小，上述其它幾項不利因素逐步緩解，市場供 應(yīng)量增加， 在市場經(jīng)濟(jì)的環(huán)境下價格有望不再增加而有小幅度回落， 但不可能再回到 年以前的低價位。未來幾年我國硫磺制酸在現(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的自有資源，從我國這個人口，大國的安全和經(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

9、能力是需要的。 同時，從我國硫鐵礦資源狀 況上考慮又應(yīng)該節(jié)約使用， 恰當(dāng)?shù)乩脟獾牧蛸Y源。 我國已是國際市場中重要的一 員，因而特別需要研究和把握好國際市場， 為硫酸的長期發(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 界硫磺的消費(fèi)需求，維持現(xiàn)有硫鐵礦原料能力并穩(wěn)步增長不但對國家經(jīng)濟(jì)安全有利， 而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場， 反過來對我國進(jìn)口硫磺有利， 總體上對我國硫酸工業(yè)的 長期發(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)劃和評價、 資源合理 利用

10、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屬硫化礦物冶煉時產(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)量占全國總產(chǎn)量的左右。 石膏、磷石膏是我國硫酸 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

11、期大規(guī)模發(fā)展的條件還不 夠成熟。我國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)原料到廠價格約為 450-550元/噸，國內(nèi)硫鐵礦到廠價格為 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

12、也比硫鐵礦制酸裝置簡單，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。由于我國硫鐵礦資源較豐富 ,國內(nèi)的硫酸企業(yè)基本采用礦石制酸工藝。但隨著社 會對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提高， 人們的環(huán)保意識越來越強(qiáng)， 礦石制酸工藝存在的對環(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，

13、 對里邊雜質(zhì)的清除 就比較簡化， 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。但隨著我國磺制酸工藝的普及，我國對硫磺需求量也不 斷加大， 2009 年我國硫資源消費(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）占國內(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。中國硫酸

14、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%。 目前我國硫酸生產(chǎn)問題之一是我國硫磺需求量的 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， 因此我國磷肥生產(chǎn)嚴(yán)重地受控于國際硫磺市場。 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 是硫鐵礦制酸受制于硫磺價格， 2008 年國際市場硫磺價格暴漲，我國硫鐵礦制酸產(chǎn) 能擴(kuò)張；目前國際市場硫磺價格回落到合理

15、價位，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豐富的硫鐵礦資源， 但是硫鐵礦制酸沒有競爭力， 依靠硫 鐵礦資源并不能保障我國硫供應(yīng)平穩(wěn)。表1中國硫酸產(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%22.7122.3122.1521.2423.11其他制酸%1.341.631.3350.82硫磺中雜質(zhì)對制酸工藝

16、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 僅影響熔硫時的蒸汽消耗量。與完全沒有水分時比較，每含1%水分,熔硫蒸汽的理論 消耗量（指完全沒有熱損失時）增加1

17、6.6%。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）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，它積聚在液硫表面而被分離出來，不會影響焚 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)硫會通過下列緩慢的反應(yīng)而產(chǎn)生少量的硫化氫：8C5H12+13S 5CHi4 +13H2S美國Texasgulf公司曾對硫磺貯槽中發(fā)生H2S爆炸事故進(jìn)行過研究,對硫磺貯槽 上部空間的氣體進(jìn)行分析，氣體中除經(jīng)常含有濃度

18、不等的 H?S外,還存在濃度恒定為 0.01%（mol計）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 C下為3.4%）。但回收硫中，烴類含量少，不會達(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138C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）是一種無色透明的油狀液體，相對密度為 1.8269,幾乎比水 重一倍。工業(yè)生產(chǎn)的硫酸是指S

19、O3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%勺硫酸叫做濃硫酸，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H2SO4SO3/組成，%名稱H2SO4SO3/組成，%重量%H2OSO3H2O重量%H2OSO3HO293%硫酸93.000.71375.9224.0820%發(fā)煙硫

20、酸104.501.3085.3014.7098%硫酸98.000.90380.0020.0065%發(fā)煙硫酸114.623.2993.576.43無水硫酸100.001.0081.6318.37相對密度相對密度即單位體積硫酸的重量與同體積 4°C水的重量之比。相對密度與密度在 概念上是不同的，密度即單位體積硫酸的質(zhì)量， g/cm3但對于同一條件下的同一硫 酸的相對密度與密度在數(shù)值上是同一的。硫酸相對密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。當(dāng)固定溫度，硫酸的相對密度隨濃度升高 而升高。當(dāng)固定硫酸濃度，相對密度則隨溫度升高而下降。此屬于一般的變化規(guī)律。 此外當(dāng)酸濃度在0100%范圍內(nèi)，在任何溫度下，以9

21、8.3%濃度下的相對密度為最 大。當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時，以含游離SO3在50%65%濃度下的相對密度 為最高。SO3%游離量低于此區(qū)域，相對密度隨游離 SO3%增加而升高。游離SQ% 高于此區(qū)域，相對密度隨游離SO3量增加而下降。硫酸的結(jié)晶溫度液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時的溫度稱為結(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。市場上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表1-2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C硫酸濃度 （重量）結(jié)晶溫度C10.04.7100+10.37176.022.2游離SO3101.593.027.0游離SO320+2.59

22、8.5+ 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)。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1C時，所引起的熱量變化。以摩爾為單位，即摩爾熱容KJ/ （mol K）， 以質(zhì)量千克為單位即為比熱KJ/ （mol K）。從實(shí)驗上得知，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?容，為了使用上的方便，在工程計算中采用平均熱容

23、。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)。硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成H2O SQ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%時達(dá)最大值（3368C），此后則下 降，至100%H2S04時為2962C。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44.7C。常壓下加熱濃縮稀硫酸，當(dāng)酸濃達(dá)到98.3%時，液面上的氣相組成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，

24、液相組分不變，這時沸點(diǎn)（338.8C ）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，液體中的硫酸含量不是增加而是降低， 一直降到98.3%時為止。此時沸點(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，其量用總蒸氣壓表示。各種溫

25、度下不同濃度硫 酸的總蒸氣壓，可有下式計算：logp = A B/T式中p蒸氣壓，PaT絕對溫度，KA、B與酸濃度有關(guān)的常數(shù)當(dāng)溫度一定時，硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低，且在98.3%時總蒸氣壓最低。當(dāng)酸濃超過 98.3%時，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1 3各種濃度硫酸的 A、B常數(shù)值H2SO4%204060809098.3100A8.9228.8448.8419.2939.2559.7809.805B2268229924583040339042113914硫酸的粘度硫酸粘度是表示流體硫酸內(nèi)部阻礙其相對流動的一種特性。粘度的大小不僅對輸送管

26、路的阻力和泵的動力消耗有很大影響，而且對傳熱、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 數(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

27、對尾氣進(jìn)行回收 , 尾氣回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，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

28、料和氯化劑（如CaCD）進(jìn)行氯化 熔燒處理回收澆渣中大部分有色金屬和貴金屬， 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)計依據(jù)年產(chǎn) 30 萬噸硫酸干燥焚燒工段工藝初步設(shè)計及干燥塔設(shè)計任務(wù)書2.2設(shè)計條件2 .2.1 年產(chǎn)量設(shè)計規(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)行中華人民共和國工業(yè)硫酸標(biāo)準(zhǔn)(GB / T534-2002) 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%硫酸（H2SC4） >98.00灰分%0.03鐵(Fe)含量<0.01砷(As)含量%

29、0.005年工作日：300天300X1000000小時產(chǎn)量：i I ''-其中含h2S04 匚 -二.二：m10*n = = 4083334 x = 416.67 kmol/h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)計溫度 ：17.0(；空氣平均相對濕度:79.0%；年平均大氣壓：101.325 kPa反應(yīng)方程式S+O2 =SO23S+ O2 =SO3SO3 +H2 O=H2 SO4硫磺轉(zhuǎn)化率與吸收率設(shè)計采用塔前流程，兩轉(zhuǎn)兩吸 3+T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=9

30、3.5%，X2=96.9% ， 吸收率：99.98%總轉(zhuǎn)化率：x=X1+(1-x"X2=99.8%=13362.74 kg/hS的利用率=總轉(zhuǎn)化率X吸收率=99.8% y 99.99% = 99-78%原料硫磺：含S99.50%含H200.45%含灰分0.05%得到利用的S量=40833.34X32=13333.34 kg/h98225原料硫磺組成原料含精S量=得到利用的寫量13332.X4帚I利肩牽99 .78?tS 量 n =巴以=417.59 kmol/h原料硫磺=»sa13362.74«.5O%=13429.89 kg/h原料含水量=0.45% I 】：=

31、60.43 kg/h 原料含灰分量=0.05% 乂 13429-89=6.72 kg/h3S豆023氧氣消耗量 n= & X417.59=626.39 kmol/hV=n =; Vm =626.39 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 m=p V=1.29： 90200.22=116358.28 kg/h實(shí)際干空氣中 N2 量 實(shí)際干空氣中。2 量 V=90200.22£ 0.21 = 18942.05

32、Nnf/h2.3熔硫槽的物料衡算流程示意圖232已知條件熔硫溫度130150 1，取140 :原料硫磺帶入水量=60.43 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_ 13362.74 K (1-995=門？眾胖=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流程示意圖已知條件液硫經(jīng)過過濾機(jī)，灰分全部被過濾掉物料衡算過濾機(jī)的物料衡算-質(zhì)量流量kg/h組分S

33、H2 O灰分總量進(jìn)料13362.746.696.7213376.15出料13362.746.690.0013369.432.5干燥塔的物料衡算流程示意圖干空氣98unILSOi空氣干燥塔已知條件年平均氣溫:17.0 !;年平均相對濕度：79.0%;年平均大氣壓：101.325kpa;17.0 水飽和蒸汽壓 Ps=1.93714KPa2計算空氣中濕含量0.622 =OxPsP-xPs0.009538 (kg/kg)空氣帶入水量二H 絕干空氣量=0.00953 116358.28=1109.83 kg/h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

34、.83 99.95%= 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每小時進(jìn)入干燥塔的量為 X，貝U：98% H2 SO4 97.51% H2 SO4(1-98%) X + 1109.28= (1-97.51%) X解得：X = 228177.52 kg/h出干燥塔的 97.51% H2 SO4 量=228177.52+1109.83-0.55=229286.80 kg/h物料衡算表干燥塔的物料衡算組分N2O2H2 O98%H2 SO4質(zhì)量流量kg/h1109.83228177.52進(jìn)料摩爾流量kmol/h3181.1

35、7845.63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Nm3/h71285.1718942.052.6焚硫爐的物料衡算流程示意圖干空臺液硫焚朋混合氣侏反應(yīng)方程S+O2 =S021SO2+ O2 =SO3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。2：18924.05 Nm3/h干空氣中含 2 : 71285.17 Nm3/h進(jìn)料中總水量 m=6.69+0

36、.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%計算SO2量:丄存艾-:- ：' Nm3/hSQ 量：V=-：'=一 一 一、 t Nm3/hO2 剩余量：V=18924.05-8990.75北£26 X： =9388.41 Nm3/h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

37、論氧氣量理論氮?dú)饬縎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/hN23181.1771285.170.7915108159.78O2419.209389.980.104313414.4H2O0.4031.360.00037.27SO2401.538993.90.099925697.92SO316.08360.120.00401286.490060.521.0000148565.773熱量衡算3.1熔硫槽的熱料衡算流程示意圖固體琉磺

38、1;=c=熔硫槽*液硫計算依據(jù)液硫中精S量：13362.74 kg/h液硫中水量：60.43 kg/h液硫溫度：130-150C 平均 140C17.0C95.4弋2.992 kcal/kg9.2 kcal/kg1大氣溫度：正交晶硫變?yōu)閱涡本Я驕囟?轉(zhuǎn)變熱：硫融化熱：熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量Q'：Q'=Q<I +Q2 +Q3+Q4 +Q5式中，Qi正交晶硫從17.0（加熱到95.4時的顯熱；Q2正交晶硫在95.41時轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱；Q3單斜晶硫95.41加熱到1189 ;Q4單斜晶硫在118.3時的溶解熱；Q5液硫從1189 加熱到1401時的顯熱。1）正

39、交晶硫加熱到95.4,所需的顯熱Q1:Q1=mCp T17.0 + 95.4 T =+ 273.15 = 329.36 Ku c 4.1 耐Cp = 2.9863+0.01058T+0.8160 10尖XT2 >- =0.9714kJ/ （kg.k）Q1 = 13362.74 >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:Q2 = 13362.74 >992 >.1868=167393.78kJ/h3）單斜晶硫從95.4!加熱到118.9（所需的熱量Q3：T=118.9+95.42+273.15=380.3K0

40、.0803514.1H6HCp = 3.388 + 0.006854 xT +(3 賊斫_ 盯 x= 0*7845 kJ/ (kg.K)Q3=13362.74 0.7845 (118.9-95.4)=246352.13kJ/h4）單斜晶硫熔解熱Q4：Q4=13362.74 9.2 4.1868=514713.50 kJ/h5）液硫從118.9（加熱到140【時的顯熱Q5：118.9+140T'=+273.15=402.6K2取液硫熱谷為1.0174； ” (kg.K)【1 】0.0803514.1068Cp = 3.388 + 0.006854 XT + (而藹 x W 二 07845

41、 叫(kg.K)Q5=13362.74 X.0174 也40-118.9)=286859.81kJ/h6）熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量QQ'=Qi+ Q2+ Q3+ Q4+ Q5=2232995.54kJ/h硫磺中水分所消耗熱量Q1）水從17.01加熱到100C的顯熱:Qi=60.43 4.1868 (100-17.0) 4M868=20999.69kJ/h2)水在100 l下蒸發(fā)潛熱為2256.7kJ/kg3水蒸發(fā)的潛熱：Q2=60.43 2256.7=136372.38 kJ/h3）硫磺中水分所消耗熱量Q =Q1+Q2=20999.69+136372.38=157372.07

42、kJ/h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Q232995.54 + 157372.07Q 總=*| 一 二逬=2516176.43 kJ/hQ 損=2516176.43 >5%=125808.82 kJ/h液硫帶出熱量Q=2516176.43 ( 1-5%) =2390367.61 kJ/h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)空PM WBlPa亠- 丄空氣陀屯241MPa空氣鼓風(fēng)機(jī)=Ok -)T2=T

43、q(算)丁，取 k=1.4已知：空氣進(jìn)口溫度T仁17.0C解得：T2=21.8(3.3干燥塔的熱量衡算流程示意圖I干空氣.宀一一_干燥塔Z97JIHHJSO41=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/h71285.1718942.05計算1) 空氣

44、帶入熱空氣進(jìn)口溫度：21.80、02 C p=6.919+0.000109T+9.3 10-812=6.9214 kcal/(kmol ( )N2Cp=6.953+0.001163T-2.57 10-7T 2=6.9782 kcal/(kmol ()H2O Cp =6.87+0.001051T-2.04 10-7丨 2=6.8928 kcal/(kmol卜：|) 3Q 氧=845.63 X 21.8 x 6.9214 * 4.1868=534211.26 kJ/hQ 氮=3181.1721.86.97824.1868=2026137.90 kJ/hQ 水=61.6621.8 - 6.89284

45、.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。： 98%硫酸熱含量：65.18kJ/kgQ 酸入=228177.5265.18=14872610.75 kJ/h3）酸稀釋熱湯姆生式計算17860X n1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)(100-98)/18n1=0.1111匕=0.4098i i i i 17860 X ().10(17HGOX0411I 小小“，,H 1-H 2= 0.4098 + 1 加83 _ illlLl + 17983 =3314.63 kcal/km

46、76;l,221B5.60X9H%酸稀釋熱 Q 稀釋=而X 3314.63 X 4.1868 =3078849.43 kJ/h4熱損失：因干燥塔中溫度與外界溫度相差不大，故忽略不計5空氣帶出熱空氣出口溫度為30°CO2C p=6.919+0.000109T+9.3x 10-8 x T2=6.9224 kcal/(km°PC) N2Cp=6.953+0.001163T-2.57 10-7T 2=6.9877 kcal/(km°l ； )H2O Cp =6.87+0.001051T-2.04 10-7 丨 2=6.9013 kcal/(kmol| ；：|) 2Q 氧=

47、845.63 X 30 X 6.9224 x 4.1868=743084.66 kJ/hQ 氮=3181.17306.8774.1868=2792059.05 kJ/hQ 水=0.03 x 30 x 6.9013x 4.1868=26.00 kJ/h空氣帶出熱 Q空出=Q氧+ Q氮+ Q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/h334干燥塔熱量衡算表干燥塔熱量衡算（kJ/h）組分進(jìn)口出口N22026137.90279

48、2059.05O2534211.26743084.66H2O38791.6226.00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焚硫爐的熱量衡算流程示意圖干空氣焚硫爐反應(yīng)方程式S（正交晶）S正交晶）Qg）SO2（g）H13嚴(yán)）SQg） H2 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/hN23181.1771285.17108159.7841666.6713362.73 HO2845.6318924

49、.0527060.16理論氧氣量理論氮?dú)饬縎P 417.5913362.7414017.8152803.83H2O0.407.27實(shí)際氧氣與理論氧氣比148589.951.35出料1組分摩爾流量體積流量體積百分含量質(zhì)量流量kg/hkmol/hNm3/hN2P 3181.1771285.170.7915P 108159.78O2419.209389.980.104313414.4H2Or 0.4031.360.00037.27SO2401.538993.90.099925697.92SO3r 16.08360.120.0040P 1286.490060.521.0000148565.77344計

50、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入二Q1+Q2=5925537.32 kJ/h2 )反應(yīng)燃燒熱查資料得：25 i 時，SO2 燃燒熱：296.83kJ/mol; SO3燃燒熱：296.83kJ/mol 經(jīng)過推算得：930 l 時，SO2 燃燒熱：286.54kJ/mol; SO3燃燒熱：385.54kJ/mol 反應(yīng)燃燒熱 Q 反=401.53 X 286.54+16.08X 385.54)x 1000=1121253889kJ/h3) 混合氣體帶出熱量氣體進(jìn)口溫度 T1 = 18.66

51、+273.15=291.81K氣體出口溫度 T2=930+273.15=1203.15KQ氮=3181.17 X(27.32 x(T2-T1)+0.003113 x(T22 - D?)-0.0000003167 x( T2 - ?13)= 90676196.61 kJ/h 2Q氧=419.2 x 28.17 X (T2-T1)+0.0031485 X (T，- TW)-0.0000002498 X ( T23 - ri3)= 12340874.77 kJ/h 2Q二氧化硫=401.53(25.76(T2-T1)+0.028955(丁嚴(yán) ? 1)-0.000012697 (T2：'- T

52、0+0.0000000021515 x (F2帀-卩)= 18267569.75 kJ/h Q三氧化硫=16.08乂 50.67 X ( T2-T1)= 739977.3835 kJ/h 20.04x(29.16 x(T2-T1)+0.007245 x(T22-71?)-0.000000674 x(T23 - Tl3)= 1407.356007 kJ/h 2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=Q 入+Q 反-Q 出=5153400.849 kJ/h熱損失率w二霜 X 100%=4.25%焚硫爐熱量衡算表焚硫爐熱量衡算

53、（kJ/h）進(jìn)口液硫2390367.61干空氣P 3535169.71總量5925537.32燃燒熱:112125388900出口N290676196.61O212340874.77SO2P 18267569.75SO3739977.38H2O1407.36總量P 122026025.9熱損失件 25%)5153400.8493.5余熱鍋爐的熱量衡算流程示意圖余熱鍋爐混合氣體430°C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 T2=430+273.15=703.15K混合氣體中各組分含量如下圖：組分N202SO2SO3H2O摩爾流量（kmol/h）3181.17419.20401.5316.080.40計算1) 混合氣體放出熱量Q放Q氮二3181.17(27.32(T2-T1)+0.003113 (' 1 )-0.0000003167 (材- 丁!？)二51489395.07 kJ/h 2Q氧二419.2(28.17(T2-