第四章 無機(jī)大宗化學(xué)品之硫酸(1)

1、教學(xué)要求教學(xué)要求基本要求：基本要求：1. 1. 了解硫酸在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，了解硫酸在國民經(jīng)濟(jì)中的地位及國內(nèi)外發(fā)展?fàn)顩r，熟悉熟悉H H2 2SOSO4 4性質(zhì)及其生產(chǎn)中的幾種重要原料性質(zhì)及其生產(chǎn)中的幾種重要原料2. 2. 掌握硫鐵礦焙燒的基本原理，焙燒的熱力學(xué)和動掌握硫鐵礦焙燒的基本原理，焙燒的熱力學(xué)和動力學(xué)，熟悉沸騰焙燒的原理、設(shè)備和工藝條件的選力學(xué)，熟悉沸騰焙燒的原理、設(shè)備和工藝條件的選擇和流程擇和流程3. 3. 掌握爐氣凈化的基本原理，熟悉濕法流程和文丘掌握爐氣凈化的基本原理，熟悉濕法流程和文丘里除塵，了解酸霧形成原理及控制方法里除塵，了解酸霧形成原理及控制方法4. 4.

2、 掌握爐氣干燥的工藝條件，了解其流程掌握爐氣干燥的工藝條件，了解其流程5. 5. 掌握掌握SOSO2 2催化氧化原理（熱力學(xué)、動力學(xué)），催化氧化原理（熱力學(xué)、動力學(xué)），掌握催化氧化工藝條件的選擇，了解催化氧化工掌握催化氧化工藝條件的選擇，了解催化氧化工藝流程藝流程6. 6. 掌握掌握SOSO3 3吸收的基本原理和工藝條件的選擇，吸收的基本原理和工藝條件的選擇，了解干燥了解干燥- -吸收系統(tǒng)的流程吸收系統(tǒng)的流程重點(diǎn)：重點(diǎn)： 硫鐵礦焙燒的基本原理，爐氣凈化和干硫鐵礦焙燒的基本原理，爐氣凈化和干燥，燥，SOSO2 2催化氧化，催化氧化，SOSO3 3吸收吸收硫酸的物理性質(zhì)：硫酸的物理性質(zhì)：無色，透明

3、，油狀。無色，透明，油狀。10.5 10.5 凝固為晶體。密度凝固為晶體。密度1831Kg/m1831Kg/m3 3。工業(yè)硫酸：工業(yè)硫酸：SOSO3 3與水以任意比例混合的溶液。與水以任意比例混合的溶液。結(jié)晶溫度：結(jié)晶溫度：6 6種結(jié)晶化合物種結(jié)晶化合物-39.6-35.85 -39.6-35.85 沸點(diǎn)：沸點(diǎn)：279.6 279.6 （98.3%98.3%最高恒沸點(diǎn)最高恒沸點(diǎn)338.8338.8）蒸汽壓：濃硫酸平衡水蒸氣壓低，遠(yuǎn)低于同溫蒸汽壓：濃硫酸平衡水蒸氣壓低，遠(yuǎn)低于同溫度下飽和水蒸氣壓，濃度度下飽和水蒸氣壓，濃度90%90%廣泛用作干燥劑。廣泛用作干燥劑。硫酸的化學(xué)性質(zhì)：硫酸的化學(xué)性質(zhì)

4、：與金屬及金屬氧化物反應(yīng)與金屬及金屬氧化物反應(yīng)金屬硫酸鹽金屬硫酸鹽與氨及其水溶液反應(yīng)與氨及其水溶液反應(yīng)硫酸銨硫酸銨與其它酸類鹽反應(yīng)與其它酸類鹽反應(yīng)較弱或易揮發(fā)酸較弱或易揮發(fā)酸與水強(qiáng)烈反應(yīng)與水強(qiáng)烈反應(yīng)碳化（干燥劑或濃縮劑）碳化（干燥劑或濃縮劑）有機(jī)合成工業(yè)中有機(jī)合成工業(yè)中磺化劑（或催化劑）磺化劑（或催化劑）硫酸的用途硫酸的用途-工業(yè)之母工業(yè)之母 硫酸行業(yè)的現(xiàn)狀硫酸行業(yè)的現(xiàn)狀：我國我國95%以上的磷肥以硫酸為原料，以上的磷肥以硫酸為原料，磷肥生產(chǎn)耗用了硫酸產(chǎn)量的磷肥生產(chǎn)耗用了硫酸產(chǎn)量的70%，同時，硫酸還廣泛用于，同時，硫酸還廣泛用于石油化工、輕工、紡織、醫(yī)藥、鋼鐵、有色等行業(yè)。硫酸石油化工、輕工

5、、紡織、醫(yī)藥、鋼鐵、有色等行業(yè)。硫酸工業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展對于我國的農(nóng)業(yè)和整個國民經(jīng)濟(jì)具有工業(yè)的穩(wěn)定健康發(fā)展對于我國的農(nóng)業(yè)和整個國民經(jīng)濟(jì)具有重要意義。重要意義。 產(chǎn)能產(chǎn)能：到：到2010年底，硫酸生產(chǎn)企業(yè)年底，硫酸生產(chǎn)企業(yè)464家，生產(chǎn)能力約家，生產(chǎn)能力約8400萬噸。形成了萬噸。形成了硫黃、硫鐵礦、冶煉煙氣硫黃、硫鐵礦、冶煉煙氣三大原料制酸三大原料制酸的格局，具有國際先進(jìn)水平的大型裝置占總能力的的格局，具有國際先進(jìn)水平的大型裝置占總能力的68%以以上。上。 產(chǎn)量產(chǎn)量：20002010年，是我國硫酸工業(yè)發(fā)展最快的階段，年，是我國硫酸工業(yè)發(fā)展最快的階段，產(chǎn)量年均遞增產(chǎn)量年均遞增11.1%。2010年

6、產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高達(dá)到年產(chǎn)量創(chuàng)歷史新高達(dá)到7033萬萬噸。噸。 產(chǎn)地分布產(chǎn)地分布：我國硫酸主要集中在湖北、云南、山東、貴州、：我國硫酸主要集中在湖北、云南、山東、貴州、江蘇、安徽和四川江蘇、安徽和四川7省，省， 7省產(chǎn)量之和占全國總量的省產(chǎn)量之和占全國總量的62.6% 。礦制酸企業(yè)約礦制酸企業(yè)約235家，分布較分散，產(chǎn)業(yè)集中度低，小型企業(yè)家，分布較分散，產(chǎn)業(yè)集中度低，小型企業(yè)占多數(shù)。占多數(shù)。 市場需求市場需求：磷復(fù)肥是硫酸的最大用戶。近年化肥用酸量占：磷復(fù)肥是硫酸的最大用戶。近年化肥用酸量占總消費(fèi)量的比例一直穩(wěn)定在總消費(fèi)量的比例一直穩(wěn)定在70%左右，左右，2010年磷肥消費(fèi)硫酸年磷肥消費(fèi)硫酸占總消

7、費(fèi)量占總消費(fèi)量65.7%左右。非化肥行業(yè)諸如：化工、輕工、紡左右。非化肥行業(yè)諸如：化工、輕工、紡織、鋼鐵、有色金屬等行業(yè)中大多數(shù)用酸產(chǎn)品的發(fā)展速度都織、鋼鐵、有色金屬等行業(yè)中大多數(shù)用酸產(chǎn)品的發(fā)展速度都在在10%以上，對硫酸需求量增長很快，以上，對硫酸需求量增長很快，20002010年非化肥年非化肥用酸量年均遞增約用酸量年均遞增約11.1%，占硫酸總消費(fèi)量的，占硫酸總消費(fèi)量的30%左右。左右。 我國的硫資源我國的硫資源：我國是硫資源短缺國家。國內(nèi)硫資源主我國是硫資源短缺國家。國內(nèi)硫資源主要有三個來源：一是要有三個來源：一是硫鐵礦硫鐵礦。我國主要硫鐵礦產(chǎn)地集中在。我國主要硫鐵礦產(chǎn)地集中在廣東、安徽

8、、四川、廣西等地。二是廣東、安徽、四川、廣西等地。二是有色金屬冶煉副產(chǎn)硫有色金屬冶煉副產(chǎn)硫酸和選礦副產(chǎn)硫精砂酸和選礦副產(chǎn)硫精砂。我國有色金屬冶煉產(chǎn)地主要分布在。我國有色金屬冶煉產(chǎn)地主要分布在甘肅、安徽、云南、江西、河南、內(nèi)蒙、湖南等地。目前甘肅、安徽、云南、江西、河南、內(nèi)蒙、湖南等地。目前有色金屬礦資源遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，大型冶煉廠，特別有色金屬礦資源遠(yuǎn)不能滿足國內(nèi)需求，大型冶煉廠，特別是銅冶煉所需銅精礦主要依靠進(jìn)口，已占需求量是銅冶煉所需銅精礦主要依靠進(jìn)口，已占需求量60%以上，以上，同時帶進(jìn)硫資源。三是同時帶進(jìn)硫資源。三是石油、天然氣、化工等行業(yè)在凈化石油、天然氣、化工等行業(yè)在凈化過程中回

9、收硫過程中回收硫。 硫資源對外依存度較高硫資源對外依存度較高 ，2010年我國總硫消費(fèi)量年我國總硫消費(fèi)量2661萬萬噸，進(jìn)口硫資源占總硫消費(fèi)量的噸，進(jìn)口硫資源占總硫消費(fèi)量的56% 。 生產(chǎn)工藝技術(shù)生產(chǎn)工藝技術(shù)：近幾年，硫酸裝置大型化、國產(chǎn)化工作取近幾年，硫酸裝置大型化、國產(chǎn)化工作取得突破性進(jìn)展得突破性進(jìn)展 ，大型硫酸裝置的技術(shù)、設(shè)備和管理已達(dá)到或，大型硫酸裝置的技術(shù)、設(shè)備和管理已達(dá)到或接近世界先進(jìn)水平。接近世界先進(jìn)水平。 冶煉制酸和硫鐵礦制酸裝置普遍采用了稀酸洗凈化工藝，降冶煉制酸和硫鐵礦制酸裝置普遍采用了稀酸洗凈化工藝，降低了酸性污水排放量，有效控制了水污染；低了酸性污水排放量，有效控制了水

10、污染； 制酸系統(tǒng)基本采用了兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收的工藝，大中型裝置制酸系統(tǒng)基本采用了兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收的工藝，大中型裝置的的SO2總轉(zhuǎn)化率達(dá)到總轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.8%以上，尾氣排放以上，尾氣排放SO2濃度低于國家濃度低于國家排放標(biāo)準(zhǔn)；排放標(biāo)準(zhǔn)； 針對低濃度針對低濃度SO2引進(jìn)推廣了引進(jìn)推廣了WSA濕法轉(zhuǎn)化、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化等技濕法轉(zhuǎn)化、非穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)化等技術(shù)，提高了冶煉制酸的硫利用率。術(shù)，提高了冶煉制酸的硫利用率。 余熱回收余熱回收：硫酸生產(chǎn)是放熱反應(yīng)過程，目前礦制酸、硫：硫酸生產(chǎn)是放熱反應(yīng)過程，目前礦制酸、硫黃制酸裝置均對高、中溫位熱能進(jìn)行利用，生產(chǎn)次高壓、黃制酸裝置均對高、中溫位熱能進(jìn)行利用，生產(chǎn)次高壓、中壓蒸

11、汽用于發(fā)電，二次蒸汽利用于其它產(chǎn)品生產(chǎn)。中壓蒸汽用于發(fā)電，二次蒸汽利用于其它產(chǎn)品生產(chǎn)。 為提高能源利用率，近年我國引進(jìn)了美國孟莫克的為提高能源利用率，近年我國引進(jìn)了美國孟莫克的HRS技技術(shù)術(shù)(低溫位熱能回收技術(shù)低溫位熱能回收技術(shù))，生產(chǎn)低壓蒸汽。，生產(chǎn)低壓蒸汽。 同時，我國自主創(chuàng)新開發(fā)了低溫位熱能回收技術(shù)、材料、同時，我國自主創(chuàng)新開發(fā)了低溫位熱能回收技術(shù)、材料、設(shè)備等，中國宣達(dá)集團(tuán)與中國石化集團(tuán)南京工程公司先后設(shè)備等，中國宣達(dá)集團(tuán)與中國石化集團(tuán)南京工程公司先后將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的將具有自主知識產(chǎn)權(quán)的DWHS與與DWRHS低溫位熱回收成低溫位熱回收成套技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。套技術(shù)成功實(shí)現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化。

12、能源綜合利用能源綜合利用 ：我國硫酸的三大原料中，硫鐵礦是國土我國硫酸的三大原料中，硫鐵礦是國土資源部確定的資源部確定的13種稀缺資源之一；硫資源不足已成為制約我種稀缺資源之一；硫資源不足已成為制約我國硫酸與磷肥工業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。國硫酸與磷肥工業(yè)健康發(fā)展的瓶頸。 硫鐵礦制酸的礦渣綜合利用使制酸成本大大降低，湖北黃麥硫鐵礦制酸的礦渣綜合利用使制酸成本大大降低，湖北黃麥嶺在硫鐵礦富集入爐，燒渣制球團(tuán)用于鋼鐵工業(yè)方面取得了嶺在硫鐵礦富集入爐，燒渣制球團(tuán)用于鋼鐵工業(yè)方面取得了重大突破，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。重大突破，并實(shí)現(xiàn)了產(chǎn)業(yè)化。 大中型硫鐵礦制酸裝置依托鐵礦渣的回收利用提高了經(jīng)濟(jì)效大中型硫鐵礦制酸裝置

13、依托鐵礦渣的回收利用提高了經(jīng)濟(jì)效益，在國際硫黃價格波動、冶煉副產(chǎn)硫酸低價銷售中，礦制益，在國際硫黃價格波動、冶煉副產(chǎn)硫酸低價銷售中，礦制酸穩(wěn)占硫酸市場一席之地，同時為國內(nèi)提供了大量的鐵資源。酸穩(wěn)占硫酸市場一席之地，同時為國內(nèi)提供了大量的鐵資源。硫酸行業(yè)的發(fā)展趨勢：硫酸行業(yè)的發(fā)展趨勢：(1)控制產(chǎn)能發(fā)展，加快淘汰落后產(chǎn)能控制產(chǎn)能發(fā)展，加快淘汰落后產(chǎn)能 (2)推進(jìn)大型制酸裝置的低溫位熱能回收技術(shù)推進(jìn)大型制酸裝置的低溫位熱能回收技術(shù) (3)加快硫鐵礦山選礦裝置建設(shè)，促進(jìn)燒渣的梯級利用加快硫鐵礦山選礦裝置建設(shè)，促進(jìn)燒渣的梯級利用 (4)降低制酸裝置尾氣降低制酸裝置尾氣SO2排放量排放量 (5)積極尋找

14、硫資源，鼓勵各種硫回收積極尋找硫資源，鼓勵各種硫回收 (6)產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，開展技術(shù)創(chuàng)新產(chǎn)學(xué)研相結(jié)合，開展技術(shù)創(chuàng)新 SO2+N2O3+H2O = H2SO4+2NO 2NO+O2=2NO2 NO +NO2 = N2O3 硝化法也稱亞硝基法，可分為：硝化法也稱亞硝基法，可分為：鉛室法鉛室法塔式法塔式法:直接用直接用SO2,H2O,O2反應(yīng)生成硫酸。反應(yīng)生成硫酸。過程中的副反應(yīng)：過程中的副反應(yīng)：動力學(xué)控制動力學(xué)控制擴(kuò)散控制擴(kuò)散控制沸騰爐中固體平均粒度在0.073.0 mm間。 爐體爐體為鋼殼襯保溫磚，內(nèi)層襯耐為鋼殼襯保溫磚，內(nèi)層襯耐火磚，為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼火磚，為防止冷凝酸腐蝕，鋼殼外有保溫層；

15、外有保溫層；爐子下部爐子下部是風(fēng)室，是風(fēng)室，設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分設(shè)有空氣進(jìn)口管，其上是空氣分布板。布板。爐膛中部爐膛中部為向上擴(kuò)大的圓為向上擴(kuò)大的圓錐體，上部焙燒空間的截面積比錐體，上部焙燒空間的截面積比沸騰截面積要大，以減少固體粒沸騰截面積要大，以減少固體粒子吹出。子吹出。爐頂爐頂設(shè)有防爆孔。設(shè)有防爆孔。圖圖 4-14.1.3.3 硫鐵礦焙燒過程的物料及熱量衡算硫鐵礦焙燒過程的物料及熱量衡算焙燒焙燒 硫鐵礦硫鐵礦 爐渣爐渣 爐氣爐氣 爐氣：爐氣：SO2、O2、N2、H2O爐渣：爐渣：Fe3O4、Fe2O3、不可燃物質(zhì)和未完、不可燃物質(zhì)和未完 全燃燒全燃燒FeS等等1、爐氣組成、爐氣組

16、成設(shè)設(shè)m=參加反應(yīng)參加反應(yīng)O2分子數(shù)分子數(shù)/反應(yīng)生成反應(yīng)生成SO2分子數(shù)分子數(shù) n=空氣或其它含氧氣體中氧含量空氣或其它含氧氣體中氧含量%爐氣中爐氣中C(O2)、C(SO2)、C(SO3) 體積分?jǐn)?shù)體積分?jǐn)?shù)計算以干礦石為基準(zhǔn)計算以干礦石為基準(zhǔn)假設(shè)：無假設(shè)：無SO3生成、且生成生成、且生成100體積干爐氣體積干爐氣所需空氣量：所需空氣量：100- C(SO2) + m C(SO2)所加入空氣中所加入空氣中O2量：量： 100- C(SO2) + m C(SO2) n/100爐氣中剩余爐氣中剩余O2量：量： 100- C(SO2) + m C(SO2) n/100 - m C(SO2) = n +

17、 n (m -1 ) /100 - m C(SO2) m = 11/8 C(O2) = 21-1.296 C(SO2) C(SO2)max = 16.2%2、爐渣量計算、爐渣量計算計算以計算以100Kg硫鐵礦中含硫鐵礦中含F(xiàn)eS2為基準(zhǔn)為基準(zhǔn)p=干礦中硫含量干礦中硫含量% q=礦渣中硫含量礦渣中硫含量%FeS2% = p*120/64=1.875 pKg以以100Kg礦渣中含礦渣中含F(xiàn)eS%=q*88/32=2.75 qKgx表示礦渣產(chǎn)率，則由表示礦渣產(chǎn)率，則由100Kg硫鐵礦所得礦渣中含：硫鐵礦所得礦渣中含： 2.75 q x Kg FeS 3.75 q x Kg FeS2其余部分以其余部分

18、以FeS2%計為（計為（1.875 p- 3.75 q x ） Kg ，并以，并以Fe2O3形式轉(zhuǎn)化入形式轉(zhuǎn)化入礦渣中的礦渣中的Fe2O3質(zhì)量為（質(zhì)量為（1.25 p- 2.5 q x ） Kg 2、爐渣量計算、爐渣量計算所以所以100Kg干硫鐵礦可得礦渣干硫鐵礦可得礦渣FeS= 2.75 q x Kg Fe2O3質(zhì)量質(zhì)量=（1.25 p- 2.5 q x ） Kg脈石等脈石等 =100- 1.875 p Kg 礦渣總量：礦渣總量：100 x =（100-0.625 p +0.25 q x） Kg礦渣產(chǎn)率礦渣產(chǎn)率x=（100-0.625 p ）/（ 100-0. 25 q ）Kg礦渣礦渣/ K

19、g礦石礦石 焙燒每焙燒每1000Kg干硫鐵礦所得爐氣體積和所需空氣量干硫鐵礦所得爐氣體積和所需空氣量3、硫鐵礦中硫的燒出率、硫鐵礦中硫的燒出率%100pqxp%98工業(yè)上4、爐氣體積及燃燒所需空氣量、爐氣體積及燃燒所需空氣量礦石爐氣KgNmV1000/)C(SO700)C(SO32100010004 .221000322礦石爐氣空氣KgNmmVV1000/17)C(SO700100)mC(SO)C(SO10032221. 硫酸生產(chǎn)的工藝條件為：焙燒爐氣硫酸生產(chǎn)的工藝條件為：焙燒爐氣SO2濃度濃度(體積體積分?jǐn)?shù)分?jǐn)?shù))為為13%，SO30.1%；燒渣含硫；燒渣含硫0.4%；硫鐵；硫鐵礦含硫礦含硫3

20、5%，含水，含水5%；凈化收率；凈化收率98%，轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率99.5%，吸收率，吸收率99.95%。計算生產(chǎn)。計算生產(chǎn)1t100%H2SO4時：時：（1）需用礦石多少噸？）需用礦石多少噸？（2）產(chǎn)生多少燒渣？）產(chǎn)生多少燒渣？（3）獲得干爐氣多少立方米？）獲得干爐氣多少立方米？（4）需要干空氣多少立方米？）需要干空氣多少立方米？焙燒過程的熱量衡算焙燒過程的熱量衡算礦石礦石+空氣空氣 t1燒渣燒渣+爐氣爐氣 t0燒渣燒渣+爐氣爐氣 t2礦石礦石+空氣空氣 t0H1HRH2H1、機(jī)架 2、固定顎板 3、活動顎板 4、動顎 5、偏心軸 6、襯板 7、調(diào)整座 腭式破碎機(jī)工作原理腭式破碎機(jī)工作原理：工作

21、時，電動機(jī)通過皮帶輪帶動偏心軸旋轉(zhuǎn)，使動顎周期地靠近、離開定顎，從而對物料有擠壓、搓、碾等多重破碎，使物料由大變小，逐漸下落，直至從排料口排出。腭式破碎機(jī)腭式破碎機(jī)輥式壓碎機(jī)輥式壓碎機(jī)分級篩分級篩選粒度選粒度 硫鐵礦硫鐵礦的破碎的破碎 脫水脫水配礦配礦 尾礦尾礦1518% 塊礦塊礦:5% 空氣空氣 爐氣爐氣思考：思考：從沸騰爐出從沸騰爐出來的爐氣的來的爐氣的成分有哪些成分有哪些? ?是否直接通是否直接通入接觸室？入接觸室？礦渣思考：思考：黃鐵黃鐵礦石為什么礦石為什么要粉碎？為要粉碎？為什么要通入什么要通入強(qiáng)大的空氣強(qiáng)大的空氣流？流？沸騰爐沸騰爐4.1.4.1 爐氣的凈化目的：目的：除去無用雜質(zhì)

22、，提供合格原料氣。除去無用雜質(zhì)，提供合格原料氣。主主要要爐爐氣氣產(chǎn)產(chǎn)物物SO2 O2SO3 水蒸氣水蒸氣 砷和硒的化合物砷和硒的化合物礦塵礦塵使催化劑中毒使催化劑中毒對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響對設(shè)備和生產(chǎn)有不良影響凈化措施：凈化措施： 除塵除塵洗滌洗滌干燥干燥1 1、雜質(zhì)的危害及凈化要求、雜質(zhì)的危害及凈化要求v礦塵；礦塵； As2O3和和SeO2vHF和和SiF4； H2O和和SO3 砷砷Nm3 標(biāo)準(zhǔn)立方米標(biāo)準(zhǔn)立方米2、爐氣除塵、爐氣除塵 依塵粒的大小，可相應(yīng)采用不同的凈化方法依塵粒的大小，可相應(yīng)采用不同的凈化方法 塵粒粒徑塵粒粒徑10m10m 自由沉降室自由沉降室oror旋風(fēng)分離器旋風(fēng)分離器 塵

23、粒粒徑塵粒粒徑0.10.110m10m 電除塵器電除塵器 塵粒粒徑塵粒粒徑0.05m0.05m 液相洗滌法液相洗滌法除塵方法除塵方法機(jī)械除塵機(jī)械除塵電除塵電除塵 機(jī)械除塵機(jī)械除塵 利用重力，慣利用重力，慣性力，離心力性力，離心力的作用，分離，的作用，分離，捕集空氣中粉捕集空氣中粉塵。塵。 如：如：集塵器除塵、集塵器除塵、自然沉降除塵、自然沉降除塵、慣性除塵。慣性除塵。重力降塵室示意圖重力降塵室示意圖離心沉降離心沉降重力沉降重力沉降旋風(fēng)分離器除塵旋風(fēng)分離器除塵旋風(fēng)分離器除塵旋風(fēng)分離器除塵 構(gòu)造：上部一園筒，下部一園錐，內(nèi)有氣管，氣體切向入口 原理：旋風(fēng)除塵器是使含塵氣流作旋轉(zhuǎn)運(yùn)動，利用離心力將顆

24、粒從氣流中分離并捕集下來的裝置。切向入口的旋風(fēng)分離器，顆粒沿圓筒壁旋轉(zhuǎn)下降，通過排塵口進(jìn)入下部的卸塵裝置，凈化的氣體通過排氣管排出。排排氣氣慣性除塵器慣性除塵器 機(jī)理機(jī)理沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊沉降室內(nèi)設(shè)置各種形式的擋板，含塵氣流沖擊在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本在擋板上，氣流方向發(fā)生急劇轉(zhuǎn)變，借助塵粒本身的慣性力作用，使其與氣流分離身的慣性力作用，使其與氣流分離 機(jī)械除塵的特點(diǎn)機(jī)械除塵的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)： 結(jié)構(gòu)簡單，造價低，便于維修；結(jié)構(gòu)簡單，造價低，便于維修； 適用于處理大流量高濃度的含顆粒（固體和液體）適用于處理大流量高濃度的含顆粒（固體和液體）的氣體；的氣體；

25、 動力消耗低；動力消耗低；缺點(diǎn)：缺點(diǎn)： 除塵效率低（除塵效率低（80%-90%），一般作預(yù)除塵器使用。），一般作預(yù)除塵器使用。電除塵電除塵電除塵器電除塵器v構(gòu)成構(gòu)成：除塵室、供電設(shè)備。除塵室、供電設(shè)備。v原理原理：電暈電極電暈電極上電場強(qiáng)度特別大，使導(dǎo)線產(chǎn)生電暈電暈，其周圍氣體被電離，負(fù)電離子充滿電場空間，在從電暈電極電暈電極向沉淀電極沉淀電極移動時，遇到顆粒被其吸附從而帶電。帶電粉塵移向沉淀電極，沉淀電極，在電極上放電，使粉塵變成中性并沉積在沉淀電極沉淀電極上，經(jīng)振動后墜落在吸塵斗中而被清除。靜電除塵器靜電除塵器 電除塵的特點(diǎn)電除塵的特點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn) 凈化效率高，能夠鋪集凈化效率高，能夠鋪集0.

26、01微米以上的細(xì)粒粉塵微米以上的細(xì)粒粉塵 阻力損失小阻力損失小 允許操作溫度高，達(dá)到允許操作溫度高，達(dá)到350400 可以實(shí)現(xiàn)操作自動控制?？梢詫?shí)現(xiàn)操作自動控制。缺點(diǎn)缺點(diǎn): 設(shè)備復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運(yùn)和安裝以及維護(hù)管理水平高。設(shè)備復(fù)雜，要求設(shè)備調(diào)運(yùn)和安裝以及維護(hù)管理水平高。 對粉塵比電阻有一定要求，不能使所有粉塵都獲得很高對粉塵比電阻有一定要求，不能使所有粉塵都獲得很高的凈化效率。的凈化效率。 受氣體溫度、濕度等的操作條件影響較大。受氣體溫度、濕度等的操作條件影響較大。 一次投資較大，臥式的電除塵器占地面積較大。一次投資較大，臥式的電除塵器占地面積較大。6420100 150 200 250 30

27、0T/C*4242/SOHSOHppS 實(shí)驗證實(shí)實(shí)驗證實(shí)：氣體冷卻速度越快，蒸汽的：氣體冷卻速度越快，蒸汽的S 越高，越越高，越易達(dá)到臨界值生成酸霧。故應(yīng)控制一定的冷卻速易達(dá)到臨界值生成酸霧。故應(yīng)控制一定的冷卻速度，使度，使SS臨界臨界。由于硫酸冷凝成霧，霧滴上的飽和蒸汽壓與由于硫酸冷凝成霧，霧滴上的飽和蒸汽壓與平面液上的飽和蒸汽壓不一樣。故實(shí)際判斷平面液上的飽和蒸汽壓不一樣。故實(shí)際判斷條件是條件是臨界過飽和度臨界過飽和度S臨界臨界。rRTMppSSOHSOH2/lnln4242飽和，臨界，臨界清除方法清除方法：靜電沉降：靜電沉降。（1）水分會稀釋進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的酸沫和酸霧，會稀釋沉積）水分會稀

28、釋進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)的酸沫和酸霧，會稀釋沉積在設(shè)備和管道表面的硫酸，造成在設(shè)備和管道表面的硫酸，造成腐蝕腐蝕。（2）水分含量增高，會使轉(zhuǎn)化后的三氧化硫氣體的露點(diǎn)溫）水分含量增高，會使轉(zhuǎn)化后的三氧化硫氣體的露點(diǎn)溫度升高，在低于三氧化硫氣體露點(diǎn)溫度的設(shè)備內(nèi)，都會有度升高，在低于三氧化硫氣體露點(diǎn)溫度的設(shè)備內(nèi)，都會有硫酸冷凝出來，溫度高和濃度不定（接近硫酸冷凝出來，溫度高和濃度不定（接近100%或含有游或含有游離離SO3）的硫酸對設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用。以上兩點(diǎn)形成）的硫酸對設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用。以上兩點(diǎn)形成的腐蝕物，對的腐蝕物，對觸媒觸媒有嚴(yán)重的損壞作用。有嚴(yán)重的損壞作用。（3）三氧化硫會與水蒸汽結(jié)合成硫酸

29、蒸氣，在換熱降溫過）三氧化硫會與水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸氣，在換熱降溫過程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸霧，酸霧不易被捕程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸霧，酸霧不易被捕集，絕大部分隨尾氣排出，排氣筒便會逸出白煙，不但使集，絕大部分隨尾氣排出，排氣筒便會逸出白煙，不但使硫的損失硫的損失增大，更重要的是污染了環(huán)境。增大，更重要的是污染了環(huán)境。（2 2） 干燥原理干燥原理 平衡時平衡時硫酸濃度與液面上的水蒸氣分壓的關(guān)系硫酸濃度與液面上的水蒸氣分壓的關(guān)系如如圖所示。圖所示。硫酸濃度硫酸濃度，平衡水蒸氣分壓，平衡水蒸氣分壓v當(dāng)當(dāng)爐氣中的水蒸氣分壓爐氣中的水蒸氣分壓硫酸液面上的水蒸氣分壓硫酸液面上的水蒸氣分

30、壓時，爐氣即被時，爐氣即被干燥干燥。 從上圖可以看出：在從上圖可以看出：在40時，時，92硫酸溶液上的水硫酸溶液上的水蒸氣分壓蒸氣分壓只有只有2.7Pa2.7Pa. (此時純水的飽和蒸汽壓為此時純水的飽和蒸汽壓為7.9kPa!)。 硫酸濃度大于硫酸濃度大于80%后，后，SO2的溶解度增大很快，氣的溶解度增大很快，氣相中的相中的SO3也容易與水蒸氣形成酸霧。兩方面都使也容易與水蒸氣形成酸霧。兩方面都使S的損失增多。所以也不宜追求過高的硫酸濃度。的損失增多。所以也不宜追求過高的硫酸濃度。通常以通常以93%93%95%95%的硫酸為干燥劑的硫酸為干燥劑?！具@種硫酸【這種硫酸由于冰點(diǎn)低，還可避免冬季低

31、溫時硫酸的結(jié)晶現(xiàn)由于冰點(diǎn)低，還可避免冬季低溫時硫酸的結(jié)晶現(xiàn)象?！肯蟆！浚?）工藝條件的選擇 吸收酸的濃度吸收酸的濃度爐氣中的水蒸氣分壓爐氣中的水蒸氣分壓硫酸液面上的水蒸氣分壓硫酸液面上的水蒸氣分壓A、酸洗流程、酸洗流程：“三塔二電三塔二電”酸洗流程酸洗流程 “二塔二電二塔二電”稀酸洗流程稀酸洗流程 熱濃酸洗流程熱濃酸洗流程典型酸洗流程如三塔二電流程和文典型酸洗流程如三塔二電流程和文- -泡泡- -冷冷- -電酸洗流程電酸洗流程B、水洗流程：、水洗流程：經(jīng)典水洗流程經(jīng)典水洗流程 新型水洗流程新型水洗流程水洗流程排污量大，污水處理困難，已被淘汰。水洗流程排污量大，污水處理困難，已被淘汰。兩類凈化流

32、程的比較兩類凈化流程的比較圖4-9 三塔兩電酸洗流程1-第一洗滌器；2-第二洗滌器；3-第一段電除霧器；4-增濕塔；5-第二段電除霧器； 6-沉淀槽；7-冷卻器；8-循環(huán)槽；9-循環(huán)酸泵去干燥塔電除塵來的SO2氣副產(chǎn)稀酸酸泥一洗二洗一級電沉二級電沉酸30%酸5%酸增濕塔三塔三塔兩電兩電文氏管文氏管泡沫塔泡沫塔冷卻器冷卻器電除霧器電除霧器文泡冷電化學(xué)反應(yīng)：化學(xué)反應(yīng)： SO2(g) + 0.5O2(g) = SO3(g) +Q 反應(yīng)熱反應(yīng)熱 平衡常數(shù)平衡常數(shù)用熱力學(xué)關(guān)系用熱力學(xué)關(guān)系一、一、催化氧化原理催化氧化原理積分可得積分可得平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系200lnRTHdTKp 12

33、283010478. 7108315. 010502. 410.100TTTH 5 . 05 . 000223OSOSOpppppK KJ/mol 在溫度區(qū)間在溫度區(qū)間400700，可用下列簡化經(jīng)驗公式，可用下列簡化經(jīng)驗公式，在工程計算上有相當(dāng)好的結(jié)果。在工程計算上有相當(dāng)好的結(jié)果。23. 210197. 110012. 710284. 2lg8254. 2/3 .4812lg3102730 TTTTTKpTH25. 91013420 J/mol6455. 4/5 .4905lg0 TKp323SOSOSOpppx 200lnRTHdTKp eSOSOSOepppx 332105 . 05 .

34、002321pOesosoeeKppppxx2/1000)/(2OppeppKKx SO2(g) + 0.5O2(g) = SO3(g) +Q 5 . 05 . 000223OSOSOpppppK 反應(yīng)平衡時，平衡轉(zhuǎn)化率反應(yīng)平衡時，平衡轉(zhuǎn)化率 設(shè)原料氣中設(shè)原料氣中SO2和和O2的摩爾分率分別為的摩爾分率分別為a，b,總量為總量為1kmol。則平衡時。則平衡時SO2，O2和和SO3和和的量分別為的量分別為 a(1-xe)， b-0.5axe，axe?？傻闷健？傻闷胶廪D(zhuǎn)化率的計算式為：衡轉(zhuǎn)化率的計算式為：SO2(g) + 0.5O2(g) = SO3(g) +Q2/1000)5 . 0()5 .

35、01( paxbpaxKKxeeppeP=0.1MPa時不同爐氣組成平衡轉(zhuǎn)化率時不同爐氣組成平衡轉(zhuǎn)化率a/%5.06.07.07.59.0b/%13.912.411.010.58.1T/Kp0 xe /%40044699.399.3 99.2 99.198.848017798.398.297.997.897.156017.685.784.783.482.879.0平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系平衡轉(zhuǎn)化率與壓強(qiáng)、溫度的關(guān)系P/MPa0.10.51.05. 0 xe /%T/45097.598.999.299.650093.596.997.899.055085.692.994.997.7經(jīng)經(jīng)熱力學(xué)計

36、算熱力學(xué)計算得到的不同爐氣組成下平衡轉(zhuǎn)化率與得到的不同爐氣組成下平衡轉(zhuǎn)化率與溫度壓力的關(guān)系如下表。溫度壓力的關(guān)系如下表。T xeP xe 從表中可看出：溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率下降；總壓從表中可看出：溫度升高，平衡轉(zhuǎn)化率下降；總壓上升，平衡轉(zhuǎn)化率增加。這些結(jié)論與上升，平衡轉(zhuǎn)化率增加。這些結(jié)論與SO2氧化反應(yīng)氧化反應(yīng)為為放熱反應(yīng)放熱反應(yīng)及及分子數(shù)減少分子數(shù)減少的反應(yīng)得出的結(jié)論的反應(yīng)得出的結(jié)論相符相符。 但壓力增大后，轉(zhuǎn)化率提高幅度不大。常壓下就有但壓力增大后，轉(zhuǎn)化率提高幅度不大。常壓下就有較高轉(zhuǎn)化率，所以工業(yè)上多采用較高轉(zhuǎn)化率，所以工業(yè)上多采用常壓轉(zhuǎn)化方式常壓轉(zhuǎn)化方式。結(jié)結(jié) 論論 溫度溫度：T，有利

37、！取，有利！取420-580 壓力壓力：P，有利！但取常壓，有利！但取常壓（X=95-98%） 最終轉(zhuǎn)化率最終轉(zhuǎn)化率：一轉(zhuǎn)一吸：一轉(zhuǎn)一吸 97.5-98% 二轉(zhuǎn)二吸二轉(zhuǎn)二吸 99.5%v 鉑鉑 活性高；價貴，易中毒?；钚愿?；價貴，易中毒。v 氧化鐵氧化鐵 價廉；價廉；640才有活性。才有活性。v 釩催化劑釩催化劑* 活性高，價中，穩(wěn)定性好?；钚愿?，價中，穩(wěn)定性好。 主催化劑主催化劑 V2O5 助催化劑助催化劑 K2O,Na2O 載體載體 SiO2 *工業(yè)上通常為柱型：工業(yè)上通常為柱型： 410mm，H為為615mm 目前國內(nèi)廣泛使用的是目前國內(nèi)廣泛使用的是S101和和S105。催化劑催化劑S1

38、01S102S105密度密度/kgdm-30.600.650.350.600.600.70孔隙率孔隙率/%505050比表面比表面m2g-13636 68起燃溫度起燃溫度/410420410420380390活性溫度活性溫度/415600420600400550最高操作溫度最高操作溫度/600600500國產(chǎn)釩催化劑的主要性能國產(chǎn)釩催化劑的主要性能催化劑毒物及其危害催化劑毒物及其危害 釩催化劑的主要毒物：釩催化劑的主要毒物：砷、硒、氟和酸霧砷、硒、氟和酸霧。 砷砷的毒害主要體現(xiàn)在的毒害主要體現(xiàn)在兩個方面兩個方面：一是釩催化劑能吸附：一是釩催化劑能吸附As2O3，堵塞催化劑活性表面；二是堵塞催化

39、劑活性表面；二是 500以上高溫以上高溫V2O5能與能與As2O3生生成成V2O5As2O5 ，這是一種易揮發(fā)物質(zhì)，從而造成釩的損失。，這是一種易揮發(fā)物質(zhì)，從而造成釩的損失。 硒硒在溫度較低時對釩催化劑有毒害，但加熱后在溫度較低時對釩催化劑有毒害，但加熱后(400-500)可以可以復(fù)原。復(fù)原。 HF能與二氧化硅生成能與二氧化硅生成SiF4,破壞載體，使催化劑粉碎。破壞載體，使催化劑粉碎。F還能與還能與V反應(yīng)生成反應(yīng)生成VF5, 其沸點(diǎn)低其沸點(diǎn)低(112.2 ),也要造成釩的損失。也要造成釩的損失。 酸霧酸霧腐蝕鋼設(shè)備，腐蝕的粉塵落在催化劑表面上使其活性降低。腐蝕鋼設(shè)備，腐蝕的粉塵落在催化劑表面

40、上使其活性降低。同時積累的同時積累的FeSO4可能使催化劑結(jié)塊?？赡苁勾呋瘎┙Y(jié)塊。2 2、二氧化硫催化氧化反應(yīng)機(jī)理、二氧化硫催化氧化反應(yīng)機(jī)理1 1、催化劑表面活性中心吸附氧分子，且、催化劑表面活性中心吸附氧分子，且使之分解為活潑氧原子使之分解為活潑氧原子（控制步驟控制步驟）2 2、催化劑表面活性中心吸附、催化劑表面活性中心吸附SOSO2 2分子分子3 3、被吸附的、被吸附的SOSO2 2和氧分子化合為和氧分子化合為SOSO3 3分子分子4 4、SOSO3 3分子從催化劑表面脫附進(jìn)入氣相分子從催化劑表面脫附進(jìn)入氣相 不同機(jī)理可得出不同動力學(xué)方程，一種由不同機(jī)理可得出不同動力學(xué)方程，一種由雙釩理論

41、得出的公式為：雙釩理論得出的公式為： 用二氧化硫（用二氧化硫（a）和氧（）和氧（b）的初始濃度代）的初始濃度代入可得：入可得： 注意：上式中注意：上式中a,b應(yīng)為摩爾分率。應(yīng)為摩爾分率。 2233223220021)(18 . 0OSOpSOSOSOSOSOCCKCCCCCkdtdCr )5 . 0)(1(1)2 . 01()5 . 0)(1(22021axbxKxxaaxbxkdtdxrp3 3、 SOSO2 2催化氧化反應(yīng)速度催化氧化反應(yīng)速度1、最適宜溫度、最適宜溫度 放熱反應(yīng)都存在一個最佳溫度問題。最佳溫度公放熱反應(yīng)都存在一個最佳溫度問題。最佳溫度公式與合成氨的一樣。只要由平衡常數(shù)求出平

42、衡溫式與合成氨的一樣。只要由平衡常數(shù)求出平衡溫度，就可求最佳溫度。度，就可求最佳溫度。 不難看出，上式是由平衡常數(shù)與其表達(dá)式結(jié)合導(dǎo)不難看出，上式是由平衡常數(shù)與其表達(dá)式結(jié)合導(dǎo)出的。出的。 6455. 4lg5 . 05 . 05 . 01lg5 . 01lg/5 .4905PaxbaxxxTe12120ln1EEEERTTTee 平衡溫度平衡溫度最佳溫最佳溫度度圖圖4-4 反應(yīng)速度與溫度的關(guān)系反應(yīng)速度與溫度的關(guān)系轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化率率To最佳溫度曲線最佳溫度曲線 圖圖4-5 溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系A(chǔ)B平衡溫度曲線；平衡溫度曲線；CD最適宜溫度曲線最適宜溫度曲線 從前式可看出，從前式可看出，

43、a增加，增加，r降低降低，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率，達(dá)到一定轉(zhuǎn)化率所需的催化劑用量增加。反之所需的催化劑用量增加。反之a(chǎn)減少，減少，r增大，但設(shè)增大，但設(shè)備其它條件不變時，生產(chǎn)能力下降。所以兩方面考備其它條件不變時，生產(chǎn)能力下降。所以兩方面考慮這二個因素，慮這二個因素，r和和a都要適當(dāng)都要適當(dāng)。如圖。如圖4-6所示。所示。SO2最適宜濃度最適宜濃度：爐氣中：爐氣中SO2為為7%左右。左右。 SO2 , 生產(chǎn)能力生產(chǎn)能力，Cat層阻力層阻力 ； SO2 , O2, X轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)。 當(dāng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸時，當(dāng)采用兩轉(zhuǎn)兩吸時，SO2濃度可提高至濃度可提高至89%。aSO2圖圖 4-6 最終轉(zhuǎn)化率與一定的工藝流程和生產(chǎn)條件

44、有關(guān)。通常最終轉(zhuǎn)化率與一定的工藝流程和生產(chǎn)條件有關(guān)。通常有一最佳值，超過此值生產(chǎn)成本會顯著上升。有一最佳值，超過此值生產(chǎn)成本會顯著上升。 一般說來一般說來97.5-98%較合適。但若有較合適。但若有SO2回收裝置，還回收裝置，還可取低一點(diǎn)。如果采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，最終轉(zhuǎn)化率可可取低一點(diǎn)。如果采用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，最終轉(zhuǎn)化率可達(dá)達(dá)99.5%。X轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)，S利用率利用率 ，尾氣，尾氣SO2 采用一轉(zhuǎn)一吸時采用一轉(zhuǎn)一吸時, X轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 97.598% 兩轉(zhuǎn)兩吸時兩轉(zhuǎn)兩吸時, X轉(zhuǎn)轉(zhuǎn) 99.5%最終轉(zhuǎn)化率對成本的影響最終轉(zhuǎn)化率對成本的影響x相對成本相對成本工藝要求：工藝要求： 1、催化劑用量少，設(shè)備強(qiáng)度大、催化劑用

45、量少，設(shè)備強(qiáng)度大 2、使反應(yīng)過程沿最適宜溫度曲線進(jìn)行、使反應(yīng)過程沿最適宜溫度曲線進(jìn)行 3、阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，投資少、阻力小，結(jié)構(gòu)簡單，投資少溫度較低氣體甲溫度較低氣體甲熱氣體乙熱氣體乙熱交換原理熱交換原理一種流體在管道內(nèi)流一種流體在管道內(nèi)流動，另一種流體在管動，另一種流體在管道外流動。兩種流體道外流動。兩種流體通過管壁進(jìn)行熱交換通過管壁進(jìn)行熱交換冷的流體被加熱；冷的流體被加熱；熱的流體被冷卻熱的流體被冷卻。冷氣體乙冷氣體乙溫度較高氣體甲溫度較高氣體甲思考：怎樣選擇適宜的條件思考：怎樣選擇適宜的條件N2思考：思考：從接觸室出來的從接觸室出來的氣體成分是什么？氣體成分是什么？溫度：溫度：400至至

46、500攝氏度攝氏度 壓強(qiáng)：壓強(qiáng)：常壓常壓 催化劑：催化劑：五氧化二礬五氧化二礬接接 觸觸 室室思考思考:此處出來的此處出來的氣體是什么成分氣體是什么成分?說說接觸室中熱說說接觸室中熱交換器的作用交換器的作用?（一）中間冷卻方式（一）中間冷卻方式段間換熱主要有段間換熱主要有間接換熱式間接換熱式和和冷激式冷激式兩種兩種冷卻方式。間接換熱又分為冷卻方式。間接換熱又分為內(nèi)部間接換熱內(nèi)部間接換熱和和外部間接換熱外部間接換熱。Air or SO2AirAir(b) (d) (a)SO2SO2SO2SO2SO2 SO3 SO3 SO3 SO3圖4-7 多段中間換熱式轉(zhuǎn)化器（a）內(nèi)部間接換熱式；（b）外部間接

47、換熱式；（c）冷激式；（d）部分冷激式催化床層；2-內(nèi)部換熱器；3-外部換熱器（c）內(nèi)部間接換熱內(nèi)部間接換熱優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)：整個轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)緊湊、阻力小、熱損整個轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)緊湊、阻力小、熱損失小。失小。缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、維修不便。轉(zhuǎn)化器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、體積大、維修不便。外部換熱外部換熱 優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)簡單。 缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：連接管線長、阻力大、熱損失大。連接管線長、阻力大、熱損失大。1 1、間接換熱式、間接換熱式絕熱操作方程絕熱操作方程反應(yīng)器的絕熱操作，反應(yīng)器的絕熱操作，操作溫度與操作溫度與x x的關(guān)系的關(guān)系： 式中：式中：T To o，TT氣體在催化床入口、某

48、截面處的溫度，氣體在催化床入口、某截面處的溫度，K K x xo o，xx催化床入口、某截面處的催化床入口、某截面處的SOSO2 2轉(zhuǎn)化率，轉(zhuǎn)化率，% 1/ 1/絕熱溫升，絕熱溫升，K K 一般一般 為常數(shù)，其數(shù)值隨原料氣中的為常數(shù)，其數(shù)值隨原料氣中的SO2原始原始含量（含量（a）而變化。）而變化。0 xxTTo 為了盡量接近為了盡量接近最最佳溫度操作佳溫度操作，轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)化器通常為化器通常為多段多段式式。每一段可看。每一段可看成是絕熱反應(yīng)。成是絕熱反應(yīng)。轉(zhuǎn)化器內(nèi)轉(zhuǎn)化器內(nèi)T-xT-x圖圖如右圖。溫度與如右圖。溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系可轉(zhuǎn)化率的關(guān)系可由熱力學(xué)原理求由熱力學(xué)原理求反應(yīng)熱計算。反應(yīng)熱計算。水平

49、線為水平線為冷卻線冷卻線由多段間接換熱式轉(zhuǎn)化器內(nèi)由多段間接換熱式轉(zhuǎn)化器內(nèi)T-x圖可知：圖可知： 所有絕熱操作線斜率所有絕熱操作線斜率值相同值相同（原因：原因： 僅與僅與SO2原始濃度的影響原始濃度的影響） 冷卻線均為水平線，冷卻過程冷卻線均為水平線，冷卻過程SO2轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率不變。不變。 對于多段間接換熱器，各段始末溫度和對于多段間接換熱器，各段始末溫度和x的的分配存在優(yōu)化的必要。分配存在優(yōu)化的必要。優(yōu)化目標(biāo)：使過程優(yōu)化目標(biāo)：使過程更加接近最佳溫度線，更加接近最佳溫度線，Cat用量最小用量最小。 為了過程盡可能遵循最佳溫度曲線，為了過程盡可能遵循最佳溫度曲線， SO2轉(zhuǎn)化需要分段進(jìn)行，每段采用

50、不同轉(zhuǎn)化需要分段進(jìn)行，每段采用不同絕熱方式。絕熱方式。 段數(shù)多，有利于提高段數(shù)多，有利于提高SO2轉(zhuǎn)化率與使過轉(zhuǎn)化率與使過程接近最佳溫度曲線。程接近最佳溫度曲線。但是但是，段數(shù)多，段數(shù)多設(shè)備與操作更為復(fù)雜。設(shè)備與操作更為復(fù)雜。 實(shí)際生產(chǎn)：實(shí)際生產(chǎn)：4-5段。段。2、冷激式、冷激式 特點(diǎn)：特點(diǎn)：采用冷激式可省去換熱器，理論上采用冷激式可省去換熱器，理論上無熱損失，但催化劑用量要多些（原因是無熱損失，但催化劑用量要多些（原因是混合后混合后SO2濃度降低）。所以實(shí)際一般只在濃度降低）。所以實(shí)際一般只在1、2段采用冷激式。段采用冷激式。 概念：概念：冷激冷激指采用冷氣體與反應(yīng)后的指采用冷氣體與反應(yīng)后的

51、熱氣體直接混合，使反應(yīng)物系溫度降低。熱氣體直接混合，使反應(yīng)物系溫度降低。 冷激方式：冷激方式：爐氣冷激、空氣冷激。爐氣冷激、空氣冷激。四段爐氣冷激四段爐氣冷激T-xT-x圖圖四段空氣冷激四段空氣冷激T-xT-x圖圖冷卻線為斜線。因為加入新鮮爐冷卻線為斜線。因為加入新鮮爐氣氣 xSO2下降。下降。要達(dá)到與間接換熱相同要達(dá)到與間接換熱相同xSO2 ，需，需增加增加Cat用量。用量。工業(yè)生產(chǎn)采用部分爐氣冷激。工業(yè)生產(chǎn)采用部分爐氣冷激。冷卻線為水平線。添加空氣不影冷卻線為水平線。添加空氣不影響響 xSO2。O2含量有所提高。含量有所提高。適用于轉(zhuǎn)化器的氣體不需要預(yù)熱適用于轉(zhuǎn)化器的氣體不需要預(yù)熱且且SO

52、2 含量較高的情況。含量較高的情況。工業(yè)生產(chǎn)采用部分空氣冷激。工業(yè)生產(chǎn)采用部分空氣冷激。平衡曲線平衡曲線最適曲線最適曲線絕熱曲線絕熱曲線-、-段間的降溫方式分別是什么？點(diǎn)a,h的物理意義是什么？看SO2氧化過程T-X圖回答問題。Te,Tm線不連續(xù)的原因是什么？（二）一次轉(zhuǎn)化流程（二）一次轉(zhuǎn)化流程 典型流程典型流程：一段爐氣冷激四段換熱轉(zhuǎn)化流程一段爐氣冷激四段換熱轉(zhuǎn)化流程。冷激只冷激只用于用于1-21-2段間段間。2-3,3-42-3,3-4段間都采用外部換熱方式。段間都采用外部換熱方式。4-4-5 5段間用內(nèi)部換熱器，這是因為段間用內(nèi)部換熱器，這是因為4 4段反應(yīng)量少，需要移段反應(yīng)量少，需要移

53、走的熱量少，不致使轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。走的熱量少，不致使轉(zhuǎn)化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)太復(fù)雜。冷激段冷激段內(nèi)部換熱器內(nèi)部換熱器 SO2在轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過二段或三段轉(zhuǎn)化后，送中間吸收塔吸收在轉(zhuǎn)化器中經(jīng)過二段或三段轉(zhuǎn)化后，送中間吸收塔吸收SO3 。二次轉(zhuǎn)化間增加了吸收。二次轉(zhuǎn)化間增加了吸收SO3的工藝，有利于的工藝，有利于SO2更完更完全轉(zhuǎn)化。全轉(zhuǎn)化。 該工藝最終的該工藝最終的SO2轉(zhuǎn)化率可達(dá)轉(zhuǎn)化率可達(dá)99%。（三）（三）“兩轉(zhuǎn)兩吸兩轉(zhuǎn)兩吸”流程流程211)1(xxxxf 反應(yīng)速度快，最終轉(zhuǎn)化率高；反應(yīng)速度快，最終轉(zhuǎn)化率高； 可用可用SO2濃度較高的爐氣；濃度較高的爐氣； 減輕尾氣污染和尾氣處理負(fù)荷；減輕尾氣污染和

54、尾氣處理負(fù)荷； 需增加一換熱器：一次吸收后需要再加熱需增加一換熱器：一次吸收后需要再加熱到到420左右才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)；左右才能進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)； 動力消耗增加。動力消耗增加。兩轉(zhuǎn)兩吸流程的特點(diǎn)兩轉(zhuǎn)兩吸流程的特點(diǎn) 二次轉(zhuǎn)化流程主要有二次轉(zhuǎn)化流程主要有（2+2）和和（3+1）型。型。 （2+2）意思是經(jīng)意思是經(jīng)2段轉(zhuǎn)化后吸收，再經(jīng)段轉(zhuǎn)化后吸收，再經(jīng)2段轉(zhuǎn)化后進(jìn)段轉(zhuǎn)化后進(jìn)行二次吸收。行二次吸收。 （3+1）意思是先經(jīng)意思是先經(jīng)3段轉(zhuǎn)化進(jìn)行中間吸收，再經(jīng)段轉(zhuǎn)化進(jìn)行中間吸收，再經(jīng)1段段轉(zhuǎn)化后進(jìn)行二次吸收。轉(zhuǎn)化后進(jìn)行二次吸收。 - 型流程型流程 - 型流程型流程 - 型流程型流程兩轉(zhuǎn)兩吸換熱組合型式兩轉(zhuǎn)兩吸

55、換熱組合型式（-）SO2 SO3去二吸塔-流程第一換熱器；2-第二換熱器；3-第三換熱器；4-第四換熱器；5-轉(zhuǎn)化器；6-第一吸收塔- 流程第一換熱器；2-第二換熱器；3-第三換熱器； 4-第四換熱器；5-轉(zhuǎn)化器；6-第一吸收塔SO2 SO3去二吸塔（四）二氧化硫轉(zhuǎn)化器（四）二氧化硫轉(zhuǎn)化器轉(zhuǎn)化器設(shè)計一般有以下主要原則：轉(zhuǎn)化器設(shè)計一般有以下主要原則： 滿足最佳溫度要求，以提高催化劑利用率；滿足最佳溫度要求，以提高催化劑利用率； 生產(chǎn)能力大，可以省料、省地、省投資；生產(chǎn)能力大，可以省料、省地、省投資； 壓降小，可省能；壓降小，可省能； 換熱面積足夠大，保證熱量平衡；換熱面積足夠大，保證熱量平衡；

56、催化劑裝填系數(shù)大，體積不變時提高生產(chǎn)能力；催化劑裝填系數(shù)大，體積不變時提高生產(chǎn)能力； 便于安裝檢修更換催化劑。便于安裝檢修更換催化劑。轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)如下圖：轉(zhuǎn)化器的結(jié)構(gòu)如下圖：123SO2SO2SO2中間換中間換熱器熱器冷激段冷激段 SO2催化氧化后，轉(zhuǎn)化氣中含催化氧化后，轉(zhuǎn)化氣中含SO3 7%、 SO2 0.2%，其余為，其余為N2與與O2。 SO2催化氧化成催化氧化成后，送入吸收工序用發(fā)后，送入吸收工序用發(fā)煙硫酸或濃硫酸吸收，吸收過程可寫為：煙硫酸或濃硫酸吸收，吸收過程可寫為：nSO3(g) + H2O(l) = H2SO4(aq) + (n-1)SO3(aq) n1時生成發(fā)煙硫酸時生成發(fā)煙

57、硫酸 n=1時生成無水硫酸時生成無水硫酸 n1時生成含水硫酸時生成含水硫酸*12*21*12*21ln)(pppppppppm p1 p2*p2 p1*T/ 20 30 40 50 60 70 80 90 100游離游離SO3濃度濃度 50 45 42 38 33 27 21 14 7濃硫酸吸收過程的基本原理和影響因素濃硫酸吸收過程的基本原理和影響因素1、吸收酸濃度、吸收酸濃度 用濃硫酸吸收時，不能僅看用濃硫酸吸收時，不能僅看SO3的平衡分壓，其主要的平衡分壓，其主要原因與酸霧生成有關(guān)。原因與酸霧生成有關(guān)。 酸濃度較低時，酸濃度較低時，SO3平衡分壓低，但水的平衡分壓卻平衡分壓低，但水的平衡分

58、壓卻上升。氣相中水含量越高，上升。氣相中水含量越高，SO3與水汽形成酸霧的機(jī)與水汽形成酸霧的機(jī)會就越多。會就越多。 酸霧難于分離，形成后必定要排放，因而造成酸的酸霧難于分離，形成后必定要排放，因而造成酸的損失和環(huán)境污染。損失和環(huán)境污染。 當(dāng)當(dāng)硫酸硫酸98.3%時，水的平衡分壓很低，時，水的平衡分壓很低，接近于零。但接近于零。但SO3平衡分壓很高，平衡分壓很高，吸收不吸收不完全完全。 硫酸硫酸=98.3%，可得到，可得到最大的吸收率。最大的吸收率。 在在25時，時，SO3，H2O，H2SO4的平衡分的平衡分壓均接近壓均接近0，若進(jìn)入吸收系統(tǒng)的氣體干燥，若進(jìn)入吸收系統(tǒng)的氣體干燥，可使吸收率達(dá)到可使

59、吸收率達(dá)到99.95%。 若若酸酸過低，吸收不完全過低，吸收不完全尾氣排放出口出現(xiàn)酸霧。尾氣排放出口出現(xiàn)酸霧。 若若酸酸 過高過高酸霧（尾氣排放口氣體由淺藍(lán)色逐漸變酸霧（尾氣排放口氣體由淺藍(lán)色逐漸變成白色酸霧）。成白色酸霧）。 酸酸=98.3%，無，無酸霧。酸霧。TT，吸收率，吸收率60C80C90C100C120C吸吸收收率率% %10099.599.098.598吸收酸濃度吸收酸濃度/%/%9598.3圖圖4-10 4-10 吸收酸濃度、溫度與吸收率的關(guān)系吸收酸濃度、溫度與吸收率的關(guān)系 溫度與吸收率關(guān)系見上圖：溫度與吸收率關(guān)系見上圖：T，吸收率，吸收率 酸濃度低于或高于酸濃度低于或高于98.3%時，溫度升高使吸收率下時，溫度升高使吸收率下降的幅度大。在降的幅度大。在98.3%附近，幅