硫酸车间工艺规范贵溪

硫酸车间工艺规范贵溪内容摘要：

区为一强烈的湍动区域，其中液体表面更新很快，所以该器既能有效地脱除颗粒，又能有效地清除气态污染物，是一种造价低的急冷器。 动力波洗涤器实际上不止一种，而是有一个系列，每一种均运用泡沫洗涤，并按不同的工艺要求而专门制造。 在此系列中，有两种型号的洗涤器 —— 逆喷型和泡沫塔型，用于硫酸的气体净化上，它们均已通过了考验。 我厂使用的是逆喷型洗涤器。 逆喷型洗涤器是一种环形孔板洗涤器。 在此器中，洗涤液通过一个非节流的圆孔，逆着气流喷进一根竖筒中。 工艺气体与洗涤液相撞击，生成的混合物沿径向甩向筒壁，从而在气 — 液界面区域形成强烈湍动区。 流体动量达到平衡，气液紧密接触而产生稳定的“驻波”，驻波“浮”在气流之上。 随气、液相对动量的大 小而升降。 在泡沫区，由于气体与极大的且经常更新的液体表面接触，便发生颗粒捕集、气体吸收和气体急冷等情况。 江铜贵溪冶练厂作业指导书 文件代码 JC/GYWILS01 工艺规范 修改状态 B0 第 11页共 42 页 逆喷型洗涤器的性能非常可靠，有着无故障操作的良好记录。 对含有 20%固体悬浮物的气体也能正常洗涤。 1． 5． 2 利用电离作用的烟气净化 我们利用电离作用来净化烟气的设备是：用于湿烟气除酸雾的电除雾器。 电除器的原理，从功能上可将集酸过程大致划分如下：如图 2 所示 图 2 静电除雾器原理 1． 5． 2． 1 集尘室发生电晕放电将烟气电离 使集酸极接地，在放电极上施加负的高压电，则放电 极发生剧烈的电晕放电，集酸极室空间会充满负离子和电子。 1． 5． 2． 2 将烟气导入这个集酸极室的空间， 则烟气中的酸雾就会带上负电。 1． 5． 2． 3 集酸、捕集 带电的酸雾粒子伴随着静电凝集，在电力的驱动下往集酸极移动，并附着在集酸极上，进行电性中和。 1． 5． 2． 4 清洗 附在集酸极上的酸雾或烟尘在集酸极上失去负电荷，靠自重和水冲洗经下部漏斗流入密封罐或一级动力波洗涤器。 2 三氧化硫的吸收原理 2． 1 三氧化硫吸收的基本原理 化工生产中的吸收过程，一种是不明显的化 学反应，为单纯的物理过程，称为物理吸收，如发烟硫酸吸收三氧化硫的过程。 另一种是具有明显的化学反应的吸收过程，被称为化学吸收。 如用硫酸水溶液吸收三氧化硫。 江铜贵溪冶练厂作业指导书 文件代码 JC/GYWILS01 工艺规范 修改状态 B0 第 12页共 42 页 在生产硫酸的吸收操作中，这两种吸收过程都存在。 习惯上统称为三氧化硫的吸收。 按下列反应进行。 nSO3（气） +H2O（液） H2SO4+（ n1） SO3+Q 该吸收过程以化学吸收为例大体按下述五个步骤进行： （ 1） 气体中的三氧化硫从气相主体中向界面扩散。 （ 2） 穿过界面的三氧化硫在液相中向反应区扩散。 （ 3） 与三氧化硫起反应的水份，在液相主体中向反应区扩散。 （ 4） 三氧化硫和水在反应区进行化学反应。 （ 5） 生成的硫酸向液相主体扩散。 事实上，气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只有吸收气体中超过硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超过的越多，吸收过程的推动力就越大，吸收速度就越快，吸收率就越高。 一般把被吸收的三氧化硫数量和原来气体中三氧化硫的总数量之百分比称为吸收率。 %10 0 aban 式中： n—— 吸收率， % a—— 进吸收塔的三氧化硫数量，克分子； b—— 出吸收塔的三氧化硫数量，克分子； 目前，我们车间的吸收率在 %以上。 2． 2 影响吸收率的因素 影响吸收率的因素主要有：用作吸收剂的硫酸浓度，吸收温度和循环酸量、设备结构和气速等。 2． 2． 1 硫酸浓度的影响 从三氧化硫吸收反应方程式中可以看出，吸收三氧化硫似乎可以用水，同时三氧化硫又能溶解在任何浓度的硫酸水溶液 中。 因此，从单纯完成化学反应的角度来看，水和任意浓度的硫酸，都可以做为三氧化硫的吸收剂。 但从生产上要求对三氧化硫的吸收要快，要完全，不生产或尽量少生成酸雾，还要保证能够得到一定浓度的硫酸成品（工业硫酸）。 所以使用水和稀硫酸显然是不适宜的。 只有用浓硫酸吸收三氧化硫，才能达到上述要求，而且以 %为最好，当酸的浓度超过或者低于 %时吸收效率都是逐步降低的，只有当浓度为 %江铜贵溪冶练厂作业指导书 文件代码 JC/GYWILS01 工艺规范 修改状态 B0 第 13页共 42 页 时，吸收率最高。 这是什么原因呢。 这是因为，当浓度高于 %时，以 %的硫酸液面上的水蒸汽分压为最低。 选择 %的硫酸作吸收剂、是兼顾了这两个特性。 在此浓度下，大部分三氧化硫能直接穿过界面与酸液中的水份结合生成硫酸。 少部分三氧化硫在气相中与水蒸汽反应，生成硫酸蒸汽后再进入酸液中。 当吸收酸浓低于 %时，硫酸液面上的水蒸汽含量，随着硫酸浓度的下降而增加。 气态三氧化硫与这种浓度的硫酸接触时，除直接被吸收的以外，还有相当一部分三氧化硫与水蒸汽作用生成硫酸蒸汽。 由于水蒸汽不断与三氧化硫反应，气相中水蒸汽含量就将不断减少，气相中的水蒸汽分压就会比酸液面上的水蒸汽平衡分压低，因此酸液中的水份就将不 断被蒸发。 又因水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度，故气相中硫酸蒸汽的含量逐渐增多，甚至会超过其平衡含量，引起硫酸蒸汽的过饱和现象。 如果过饱和度超过了临界值，硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。 酸雾颗粒是一种比硫酸分子大得多的悬浮粒子，运动速度比硫酸分子慢，不易穿过界面进入酸液中，极易被气流带走。 带有酸雾的气体排入大气中，就能见到烟囱冒白烟。 实践证明，用于吸收三氧化硫的硫酸浓度越低吸收三氧化硫就越不完全，尾气烟囱冒出的白烟就越多。 当酸浓度超过 %时 ,随着酸浓度的升高，液面上的硫酸和三氧化硫蒸汽压力也相应增 大。 当通入转化气时，相对来说 ,吸收推动力就要减小，吸收率就会降低。 当酸浓度高到一定程度，将出现酸液上的三氧化硫平衡分压与进塔气体三氧化硫分压相当的现象，此时吸收过程已停止、吸收率等于零。 因此，在吸收酸浓度超过 %时，其吸收率是随着酸浓度升高而降低的。 吸收酸浓度过高或过低引起的吸收率下降，可以从尾气颜色的变化上加以判断。 如果尾气出烟囱时颜色较暗，随着与烟囱距离的增大而变淡而消失，通常是由于吸收酸浓度过高引起的。 若尾气出烟囱口时呈白色，随着烟囱距离的增大而变淡消失，往往是吸收酸浓度过低引起的。 2． 2． 2 吸收温度的影响 影响吸收温度的主要因素是酸温和气温。 任何浓度的硫酸，随着酸温的升高，液面上的三氧化硫、水蒸汽、硫酸蒸汽的平衡分压都跟着相应增加。 对吸收过程来说，在进塔气体条件不变的情况下，则意味着随着酸温的不断升高，推动力越江铜贵溪冶练厂作业指导书 文件代码 JC/GYWILS01 工艺规范 修改状态 B0 第 14页共 42 页 来越小， 收率越来越低。 同酸浓度升高一样、酸温无限制地升高也会出现液面上三氧化硫的平衡分压（ Pso3）和进塔气体中三氧化硫分压（ Pso3）成为相当的状态，这时三氧化硫的吸收过程停止、吸收率等于零。 因此，要有较高的吸收率，酸温不能过高。 酸温的控制是不是越低越 好呢。 实际上并不是这样。 原因有两个： 第一、生产条件下，进塔气体不易绝对干燥的，一般都含有一定量的水份（规定 克 /标准米 3），尽管进塔气温较高，如果酸温很低，在传热传质过程中。 不可避免地会发生局部温度低于露点。 那么，气体中的三氧化硫就会有相当数量变成酸雾随气流带走，这无疑是降低了吸收率。 第二、为保持低的酸温，需要庞大的冷却设备和大量的冷却水，这样会造成硫酸成本不必要的升高。 此外，过低的酸温还会造成输送困难，甚至冻结。 生产中，三氧化硫在塔内被吸收的过程是绝热进行的，酸温随着吸收过程的 进行逐步升高。 酸温升高的主要原因是： （ 1）气体带入塔内的热量。 气体带入塔内的热量直接与气体温度、气体量和气体成份有关。 当温度高，气量大和三氧化硫含量高时，其热量就多。 在一般的操作条件下，随着两相传质传热的进行，约有 70%气体带入塔内的热量传给液相硫酸，使酸温升高。 （ 2） 吸收反应热。 吸收三氧化硫过程中，反应热的情况是比较复杂的。 目前一般认为，该反应热包括了三氧化硫生成 100%硫酸（液）的反应热、当 100%硫酸稀释到出塔酸浓度时的稀热，进塔酸浓度提高到出塔酸浓度时的浓缩热。 其中，浓缩热是负 值，其它都是正值，它们的代数和即为吸收过程的反应热。 反应热的多少，最终还是决定于吸收三氧化硫的总量。 在一般的操作条件下，引起出塔酸温上升的因素中，反应热约占 60%左右。 因此，出塔酸温一定高于进塔酸温，如果不对吸收酸进行冷却，随着吸收三氧化硫过程的进行，酸温将越来越高，必将引起吸收率下降，甚至使吸收完全停止。 所以必须使进塔酸通过冷却器降温。 影响吸收温度的另一个因素是进塔气温。 从气体吸收的一般情况来看，进塔气温控制得低一些对吸收率有利，但对三氧化硫来讲，它是有限度的。 进塔气温江铜贵溪冶练厂作业指导书 文件代码 JC/GYWILS01 工艺规范 修改状态 B0 第 15页共 42 页 不能太低，原因有 三：（ 1）需要增大气体冷却设备和动力消耗；（ 2）低于露点温度时会产生酸雾，引起吸收率下降并造成烟害和腐蚀设备；（ 3）不利于热能的合理利用。 既能气体进塔温度不能太低，那么提高气体进塔温度行不行呢。 过高地提高温度肯定是不行的。 实践证明，适当提高进塔气体温度，非但不会降低吸收率，反而对吸收有利。 总的来说，为了达到较高的吸收率，必须在操作上对影响吸收温度的因素实行控制。 通常的办法是：（ 1）调节进塔气体温度；（ 2）调节进塔酸温；（ 3）调节喷淋酸量。 我们对吸收系统采用的工艺是高温吸 收工艺，所谓高温吸收不是单纯指入口气体温度高或吸收酸温度高，而是入口气体温度与吸收酸温同时高。 高温吸收工艺具有下列特点： （ 1）综合考虑了影响吸收温度的条件因素，提高了吸收温度，从而避免了生成酸雾，有利于提高吸收率。 在前面曾讨论了酸雾的成因，可知生成到酸雾的先决条件是烟气温度低于露点温度。 凡是发生整个或局部气体温度低于露点温度，就会发生硫酸蒸汽的冷凝。 冷凝量和酸雾的生成量，主要取决于三氧化硫和水蒸汽含量的多少，冷却速度和其它工艺设备等各种条件。 这样，避免生成酸雾，要求注意如下几点： a. 尽量降低干燥后的气体含水量，从而达到有效地降低气体的露点温度； b. 提高吸收塔气体的进塔温度，使进塔前的气体不发生局部冷凝成酸雾，并使塔内的吸收温度保持在露点以上； c. 提高进塔酸温。 从吸收温度上看，即使提高了进塔气体温度，若吸收酸温较低，吸收温度仍可能在露点以下，这样就会在塔内的局部范围产生酸雾。 所以，在提高进塔气体温度的同时还要提高进塔酸温，如果能保证出塔酸温也在露点以上，那是完全可以避免生成酸雾的。 高温吸收工艺，就是巧妙的利用了 %的硫酸在 100℃左右时，液面 上的三氧化硫分压和水蒸汽分压仍然接近于零，以及酸雾生成条件的可控性，改变了两相温度的控制。