年产245万吨的硫磺制酸工艺设计毕业设计(编辑修改稿)

年产245万吨的硫磺制酸工艺设计毕业设计(编辑修改稿)内容摘要：

，既能发电，又能供热。 自动化水平高，便于管理，提高劳动生产率。 在意大利罗马召开的 20xx 年全球硫酸研讨会上，英国硫 酸咨询公司的首席咨询师迈克凯托指出，收受新增产能陆续投产的影响，全球硫酸市场将面临供过于求的局面。 预计 2017 年全球硫酸产品将北京化工大学毕业设计（论文） 9 增加到 3560 万吨 /年，其中 大部分来自中东，加拿大，哈萨克斯坦和中国。 同时，全球硫酸消费量有望增加 2090 万吨 /年，其新增消费量来自东亚，非洲，大洋洲和中东地区。 产能增速 将远超过需求增速，这意味着全球硫酸市场将出现产量过剩情况，即硫酸产品也将会过剩。 现代化的硫酸装置都有生产规模大操作人员少的特点，一旦设备发生故障将会造成重大经济损失。 特别是冶炼烟气制酸厂，硫酸装置的故障，还会影响 有色金属的生产，造成损失更大。 因此，改进设备的结构和材质，保证生产装置的可靠稳定运转，是个各家公司不断努力的方向。 国外生产装置中三废得到妥善的解决，不污染周围环境， 2SO 排放气中含量 kg/h， 3SO 含 208 mg/Nm均符合 60m烟囱大气排放标准中 2SO 排放量不超于 110kg/h, 3SO 600mg/Nm的含量。 生产装置中的高 ,中温余热全面给 予回收后发电供热 ,生产装置中午废水废渣排放。 固体硫磺熔融过程中，基本上在密闭的设备内进行。 生产原料路线，工艺技术路线综合利用以及强化的环境保护技术完全符合清洁生产。 今后生产中应站在全球视野的高度，把握好经济发展的周期，具体问题具体分析，认清形势，抓住机遇，合理预测硫酸未来走势，制定正确发展规范，调整战略，积极开拓硫酸市场，在发展中能够更上一层楼。 北京化工大学毕业设计（论文） 10 第 2 章 硫磺制酸吸收工段简介 空气蒸汽 硫磺焚硫炉废热锅炉过滤器转化器热交换器过热器省煤器 最终吸收塔冷却 器 中间吸收塔成品酸贮罐循环槽循环槽水熔硫槽干燥塔 在接触法制硫酸工业中，普遍采用 “两转两吸 ”的生产系统。 其中 “两吸 ”是指硫酸的干燥吸收工序，也是本次设计的主要内容。 经空气过滤器后的空气进入干燥塔内。 塔内用 w(H2SO4)为 96%吸收空气中的水分，并经塔顶除雾器除去酸沫后进入空气鼓风机，空气经压缩升温后送入焚硫炉。 干燥和吸收系统均采用泵后冷却流程，既塔 ——循环槽 ——泵 ——酸冷却器——塔的循环过程。 循环槽采用子母槽，其中中间吸收塔和最终吸收塔个用一台子母槽，母槽两边分设两台子槽，两台子槽上各设一台循环酸液下泵。 吸收酸的 w(H2SO4)为 98%。 通过引入中间吸收塔酸冷却器后 w(H2SO4)为 98%的硫酸来调 节干在的w(H2SO4),吸收算的 w(H2SO4)通过串入干燥循环酸和加水进行调节。 第 节 三氧化硫吸收原理 三氧化硫与硫酸中的水结合是放热反应： SO3(气 )+H2O(液 )==H2SO4（液） +（ 18℃ ） 北京化工大学毕业设计（论文） 11 大多数硫酸厂都是采用填料吸收塔用浓硫酸吸收三氧化硫。 三氧化硫吸收过程是化学过程。 表面上用硫酸吸收三氧化硫的过程似乎是物理过程，然而实质上三氧化硫被吸收并非单纯的物理溶解，它在生成的同时，放出大量的热，因此也属于化学吸收。 第 节 吸收酸浓度的选择 在浓度低于 %的硫酸液面是 水蒸汽和少量硫酸蒸汽存在，在吸收含气体混合物的同时，气体是与水蒸汽相互作用生成硫酸蒸汽。 硫酸蒸汽生成后，气相硫酸蒸汽分压便大于酸液面上硫酸蒸汽压力，此时硫酸蒸汽会被酸吸收。 由于水蒸汽的做用，故气体中水蒸气含量就会减少，使气相中水蒸汽分压比酸液面上的水蒸气压力低。 因此，酸液中的水份不断向气体中蒸发。 当水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度时，气相中硫酸含量便不断增多，直至超过其饱和含量于是产生硫酸蒸汽过饱和现象。 如饱和度超过临界值，则硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。 硫酸浓度越低，淋洒酸温越高，则由于其中的水蒸气越多，生成 的酸雾就越多。 实践证明，用浓度低于 %很多的硫酸吸收时，当酸温生搞到某一数值（临界值），水的蒸发速度会大到足以使水蒸气和气像中的三氧化硫全部结合成酸雾，于是吸收过程完全终止。 硫酸浓度高于 %的浓硫酸，液面上有硫酸蒸气和三氧化硫蒸气存在，三氧化硫便不能被它吸收完全。 因此，一部分会随尾气排出，与大气中水蒸气化合，形成酸雾。 在实际生产中，不可能在整个过程中自始至终保持同一硫酸浓度。 硫酸吸收了之后浓度相应提高。 这就要求吸收酸浓度保持在某一允许的范围而不是某一个浓度。 因此喷淋酸浓度控制在 98%~%，出塔浓度即使达到 99%也是允许的。 本设计吸收采用 98%的浓硫酸作为吸收剂。 第 节 高温吸收的工艺原理 为了避免吸收过程是酸雾的产生，可以采用高温吸收工艺。 用提高表面温度的办法使塔低酸液面上的硫酸蒸气压力与进塔气体中的硫酸蒸汽分压接近，从而使气体中的硫酸蒸气能较慢地在酸液表面进行冷凝，避免在塔底因硫酸蒸汽过饱和度过大，产生冷凝而形成酸雾。 北京化工大学毕业设计（论文） 12 要判断在吸收过程是否会产生酸雾，要看硫酸蒸汽在过程是的过饱和度 S 值是否大于相应的临界过饱和度值。 硫酸蒸汽的过饱和度可以用式表示 S——硫酸蒸汽过饱和度 ； P——气体中的硫酸蒸汽分压； Ps——酸液面上的硫酸的饱和蒸汽压； 在实际生产中，需要控制过程的最大饱和度小于临界值。 使冷凝过程可以再不产生酸雾的情况下进行。 要对是否会发生空间冷凝进行理论计算是困难的。 幸而生产中以有控制不使吸收过程中形成酸雾的成熟经验。 最有效的降低蒸气最大饱和度的办法是提高冷凝表面温度，即采用提高吸收酸温度的高温吸收工艺。 高温吸收工艺有如下特点： 1 塔气体温度以高于 180 为宜，气温高时，相应的硫酸液膜温度也被提高。 2 高进吸收塔酸温度不低于 75~80，使出塔酸温度达到 105~110，提高进塔酸温度，可以少损失在循环酸中的热量，同时 使酸液面保持较高的酸蒸汽压。 出塔酸温高可以增加酸冷却器的传热温差，减少所续传热面积。 同时有利于低温的硫酸热的回收利用。 北京化工大学毕业设计（论文） 13 第 3 章 主要设备的工艺计算 第 节 中间吸收的工艺计算 年产浓硫酸 245kt 以一年 300 天算 则：日产浓硫酸 820kt 则：每小时产 820∕ 24∕ 98 610 = 510 hmol 假设 2SO 一次转化率为 95% 来自转化工段的气体组成为 SO2 820∕ 24∕ 98 610 5 %= 410 hmol SO3 820∕ 24∕ 98 610 %95 = 401 hmol O2 820∕ 24∕ 98 610 5 % = 401 hmol N2 820∕ 24∕ 98 610  3 79∕ 21=* 610 hmol 表 1 中间吸收塔的进口气组成 )( hmol 温度为 180℃ SO2 SO3 2O N2  401  401  401  610 设 SO3 吸收率为 100%，则中间吸收塔出口气的组成如下： 表 2 中间吸收塔出口气组成 )( hmol SO2 2O N2  401  401  610 喷淋酸为 80℃ 的 98%的浓硫酸 北京化工大学毕业设计（论文） 14 酸喷淋量 q]1[ 三氧化硫的吸收操作，是一项重要的技术参数。 吸收塔的液气比，是指被吸收的SO3 量与喷淋量之比，故液气比可用吨酸喷淋量来表示。 吨酸喷淋量过小则吸收酸浓度被提高的幅度大，温升也过高。 吨酸喷淋量过大，则使塔的喷淋密度太高没有必要。 每生产 1tH2 SO4 ，需要 SO3 L量为。 中间吸收塔的 SO3 量为 t（ η 一次转化率。 吸收率按 100%计）设喷淋量为 3qm 或 , H2 SO4 浓度为 1C ,吸收后H2 SO4 浓度 为 2C ， 根据吸收前后的平衡 : )(80 21   qCqC 根据上式，得 )( )8 16 ( 12 2CC Cq   设 η =， C2=%，则上式简化为 q=∕ （ C2C1 ） 在吸收塔中吸收酸的温升可以推导如下： 1 2 2 42 7 0 0)1 8 0 1 6(  qQcqQt 式中 t ── 吸收酸的温升， ℃ ； Q ── 每生产 1t H2 SO4 ，吸收过程的热效应与气体降温放出显热之和， kJ。 C ── 吸收酸的比热容，等于 ， kJ∕ （ kg℃ ） Q 按  105 计，得到不同的 q 值时的温升时的情况列表于 1。 吸收酸温升的一半范围为 表 3 吨酸喷淋量与温升及浓度变化 吨酸喷淋量 ∕ t(H2 SO4 ) 吸收酸浓度的提高，（ C2C1 ） % 吸收酸的温升 ,t ℃ 北京化工大学毕业设计（论文） 15  C=C2 C1 =% C （ ） q=∕ %= m3 ∕ t(H2 SO4 ) 30t ℃ 表 4 出口的温升和浓度变化 C1 C2 1t 2t 98% % 80℃ 110℃ 中间吸收塔的物料衡算 ]4[ )()( 2121 XXLYYVG SB  （ ） 其中： G ── 被吸收的溶质量。 BV ── 不含溶质的惰气流率，。 hkmol X,Y ── 分别为液相和气相的比摩尔分率，。 hkmol SO3 ── 吸收剂流率 ,。 hkmol 下标： 1── 指塔底 2── 指塔顶 100%的吸收率 hmolG  BV = hm o l410)1 9 (  = 610 hmolY 02  1 6  BVGY q= )( 423 SOHtm hmo lSO 333 1180273 : hm o lSOH 3642 :  北京化工大学毕业设计（论文） 16 hm olSOH SOGL S 53 3542 3  （ ） X 出口酸 浓度 : % 50 1098)(5552 C 则喷淋密度 : )(9 7 . 72 . 2101 . 7 7 8 6 4106 . 6 2323 5 hm。