年產(chǎn)32萬噸硫酸工程項目工藝設計畢業(yè)設計

1、<p>　　論文（設計）題目：年產(chǎn)32萬噸硫酸工程項目工藝設計</p><p>　?。ㄖ攸c設計：轉化工序）</p><p>　　學 院：化學與化工學院</p><p>　　專 業(yè)：化學工程與工藝</p><p>　　班 級：0 7 2 班 </p><p>　　學 號:

2、 </p><p>　　學生姓名: </p><p>　　指導教師: </p><p>　　2011年 5月 25 日</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　摘要3</b></p>&

3、lt;p>　　Abstract4</p><p><b>　　第一章 總論5</b></p><p>　　1.1 設計對象5</p><p>　　1.1.1設計規(guī)模5</p><p>　　1.1.2原料和產(chǎn)品規(guī)格5</p><p>　　1.1.3工業(yè)硫磺的性質(zhì)及用途5</p

4、><p>　　1.1.4硫酸的性質(zhì)及用途5</p><p>　　1.1.5硫酸工業(yè)的概況及其發(fā)展趨勢6</p><p>　　1.2 硫酸廠址位置的選擇8</p><p>　　1.2.1所選廠址位置的優(yōu)勢9</p><p>　　1.3 硫酸生產(chǎn)路線的選擇和論證10</p><p>　　1.3

5、.1硫酸工業(yè)的原料及生產(chǎn)工藝10</p><p>　　1.3.2硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點比較14</p><p>　　1.3.3硫磺中的雜質(zhì)對制酸工藝的影響15</p><p>　　1.4 年工作日的制定和工作制度16</p><p>　　1.4.1年工作日的確定16</p><p>　　1.4.2年工作

6、制度的確定16</p><p>　　第二章 工藝部分17</p><p>　　2.1重點工序的基本反應原理17</p><p>　　2.1.1二氧化硫氧化熱力學17</p><p>　　2.1.2最佳溫度的選擇19</p><p>　　2.1.3二氧化硫濃度的最佳范圍20</p><p&

7、gt;　　2.1.4二氧化硫氧化反應動力學20</p><p>　　2.1.5催化劑的選用22</p><p>　　2.2 二氧化硫轉化工序的論證23</p><p>　　2.2.1“兩轉兩吸”工藝選擇論證24</p><p>　　2.3 設備選擇論證27</p><p>　　2.3.1 空氣鼓風機的選擇2

8、7</p><p>　　2.3.2 焚硫爐的選擇27</p><p>　　2.3.3廢熱鍋爐的選擇28</p><p>　　2.3.4 轉化器的選擇28</p><p>　　2.3.5干吸塔的選擇29</p><p>　　2.3.6液硫過濾器的選擇30</p><p>　　2.4 工藝

9、操作條件的確定30</p><p>　　2.4.1轉化器入口氣體中二氧化硫含量30</p><p>　　2.4.2最終轉化率31</p><p>　　2.5填料的選擇原則31</p><p>　　2.6填料的支撐形式32</p><p>　　2.7 工藝計算32</p><p>　　

10、2.7.1 已知條件32</p><p>　　2.7.2 系統(tǒng)物料衡算33</p><p>　　2.7.3 熔硫35</p><p>　　2.7.4 空氣干燥39</p><p>　　2.7.5 焚硫46</p><p>　　2.7.6 焚硫爐47</p><p>　　2.7.7 副

11、產(chǎn)蒸汽量48</p><p>　　2.7.8一次轉化49</p><p>　　2.7.9二次轉化66</p><p>　　2.8.0各段觸媒用量計算71</p><p>　　2.8.1換熱器計算77</p><p>　　2.8.2吸收水平衡82</p><p>　　2.8.3排氣筒高

12、度的確定82</p><p>　　第三章 非工藝部分83</p><p>　　3.1環(huán)境保護83</p><p>　　3.1.1廢氣處理83</p><p>　　3.1.2廢水處理84</p><p>　　3.1.3廢渣處理84</p><p>　　3.1.4噪聲處理84</

13、p><p>　　3.2消耗定額與技術經(jīng)濟指標84</p><p><b>　　參考文獻85</b></p><p><b>　　致謝85</b></p><p>　　年產(chǎn)32萬噸硫酸工程項目工藝設計</p><p>　?。ㄖ攸c設計：轉化工序）</p><

14、p><b>　　摘要</b></p><p>　　硫酸用途非常廣泛，無論在工業(yè)部門，還是在發(fā)展農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、滿足人民物質(zhì)生活需求、加強國防力量，都起著重要的作用。硫酸在大宗生產(chǎn)的化學品中產(chǎn)量居于前列，是重要的化工原料之一。本設計包含總論部分、工藝部分和非工藝部分。總論部分首先通過分析國內(nèi)外硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，從而對建廠位置和生產(chǎn)路線作出選擇。經(jīng)過硫磺制酸、硫鐵礦制酸和冶煉煙道氣制酸的

15、比較，最終選用硫磺制酸方案。工藝部分主要包括設備的選型和論證，比如：焚硫爐選用圓桶型臥式焚硫爐，干吸工藝采用三塔一槽，轉化工藝選用兩轉兩吸的3+1流程。接著對相應的設備進行物料衡算和熱量衡算。而非工藝部分主要包括環(huán)境保護，例如廢水、廢氣、廢渣的治理和噪聲污染的防治。最二氧化硫總轉化率達到99.8%以上，所排放的尾氣中二氧化硫含量為458.6683mg/m3，酸霧濃度為2.9361mg/m3，煙囪高度為60米，完全達到了國家標準；選用的設

16、備和材料也全部實現(xiàn)了國產(chǎn)化。</p><p>　　關鍵詞：硫磺, 硫酸 , 轉化, 催化劑 ,環(huán)境保護 </p><p>　　Annual output of 32 million tons of sulfuric acid process </p><p>　　design project (Key Design: Transforming

17、Processes) Abstract Very extensive use of sulfuric acid, both in the industrial sector, or in the development of agricultural production to meet the needs of the people's material

18、life, strengthen national defense forces, plays an important role.Sulfuric acid in the bulk production of chemicals produced by living in the forefront, is an important chemical raw material.The design includes general p

19、art, technolog</p><p><b>　　第一章 總論</b></p><p><b>　　1.1 設計對象</b></p><p>　　1.1.1 設計規(guī)模：32萬噸/年</p><p>　　1.1.2 原料和產(chǎn)品規(guī)格</p><p><b>　　

20、原料：硫磺 </b></p><p>　　規(guī)格：含硫98.96%，0.11%，灰分0.93%。</p><p>　　產(chǎn)品：98%的濃硫酸</p><p>　　規(guī)格：產(chǎn)品質(zhì)量標準執(zhí)行中華人民共和國工業(yè)硫酸標準（GB/T534－2002)一等品 規(guī)格,硫酸質(zhì)量符合以下要求：H2SO498.0%，鐵含量0.01%，As含量0.005%，透明度50mm，色度2

21、.0mL。</p><p>　　1.1.3工業(yè)硫磺的性質(zhì)及用途</p><p>　　工業(yè)硫磺是一種重要的化工產(chǎn)品和基本工業(yè)原料，工業(yè)硫磺有塊狀、粉狀、粒狀和片狀等，呈黃色或者淡黃色，產(chǎn)品質(zhì)量標準執(zhí)行GB/T2449－2006.</p><p>　　工業(yè)硫磺分子量為32.06，蒸汽壓為0.13kpa，閃點為207℃，熔點為119℃。它不溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化

22、碳。屬于二級易燃物，自然點205℃，其粉塵或蒸汽能與空氣形成爆炸性混合物,屬易燃固體危險品。</p><p>　　硫磺主要用來生產(chǎn)硫酸、染料、煙花爆竹及橡膠制品，還可用于軍工、醫(yī)藥、農(nóng)藥等部門。食品硫磺在食品工業(yè)中可用來防腐、殺蟲、漂白、熏染等，還可用于淀粉工業(yè)軟化玉米及其它原料用。</p><p>　　1.1.4硫酸的性質(zhì)及用途[1]</p><p>　　硫酸，H

23、2SO4,相對分子質(zhì)量為98.078，是指SO3與H2O摩爾比等于1的化合物，或指100%H2SO4，外觀為無色透明油狀液體，密度(20℃)為1.8305g/cm3。工業(yè)上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即SO3與H2O摩爾比小于或等于1的物質(zhì)。發(fā)煙硫酸是SO3與H2O的摩爾比大于1，亦為無色油狀液體，因其暴露于空氣中，逸出的與SO3空氣中的水分結合形成白色酸霧，故稱之為發(fā)煙硫酸。</p><p>　　硫酸或發(fā)煙硫酸的

24、濃度都可用H2SO4質(zhì)量分數(shù)表示。但發(fā)煙硫酸的濃度常用其中所含的游離SO3或全部SO3質(zhì)量分數(shù)表示。常用的硫酸組成可分為：92%硫酸，98%硫酸、100%硫酸、20%發(fā)煙酸、65%發(fā)煙酸。硫酸是強酸之一，具有酸的通性。但濃硫酸有其特殊的性質(zhì)。在物理性質(zhì)方面，有相對密度大，沸點高，液面上水蒸氣的平衡分壓極小等特性；在化學性質(zhì)方面，有氧化、脫水和磺化的特性。硫酸與水可以任意比例混合，同時放出大量的熱，會飛濺傷人或引起爆炸；硫酸的密度是隨溫度

25、的降低及含量的增加而增加，但是硫酸的冰點并不是隨其溫度的增加而降低的，濃度低于76%的硫酸與金屬反應會放出氫氣。</p><p>　　硫酸用途非常廣泛，無論在工業(yè)部門還是在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、滿足人民物質(zhì)生活需要、加強國防力量，都起著重要的作用。硫酸在大宗生產(chǎn)的化產(chǎn)品產(chǎn)量位居前列，是最重要的化工原料之一。</p><p>　　硫酸的最主要用途是生產(chǎn)化學肥料，用于生產(chǎn)磷銨、重過磷酸鈣、硫胺等。在中國，

26、硫酸產(chǎn)量的60%以上用于生產(chǎn)磷肥和復肥。</p><p>　　在化學行業(yè)中，硫酸是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料，是塑料、人造纖維、染料、油漆、藥物等生產(chǎn)中必不可少的原料。在農(nóng)藥、除草劑的生產(chǎn)中亦需要硫酸。</p><p>　　在石油行業(yè)中，石油精煉需要使用大量硫酸作為洗滌劑，以除去石油產(chǎn)品中的不飽和烴和硫化物等雜質(zhì)。</p><p>　　在冶金行業(yè)中，鋼材加工及成品的酸

27、洗都需要硫酸；電解法精煉銅、鎘時，電解液需使用硫酸；某些貴金屬的精煉亦需用硫酸溶去夾雜的其他金屬。</p><p>　　在火炸藥及國防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、硝化纖維等炸藥。原子能工業(yè)中用于濃縮鈾。運載火箭所用燃料亦離不了硫酸。</p><p>　　1.1.5硫酸工業(yè)的概況及其發(fā)展趨勢</p><p>　　中國硫酸工業(yè)的概況及發(fā)展趨勢[2,3,4]</

28、p><p>　　硫酸工業(yè)是中國化學工業(yè)中建立較早的一個部門。中國是硫鐵礦資源比較豐富，硫鐵礦產(chǎn)量居世界首位。相對而言，天然和再生硫磺要少得多，因此硫鐵礦是中國硫酸生產(chǎn)的主要原料。用它生產(chǎn)的硫酸占硫酸總產(chǎn)量的80%以上，其他原料在20%以下，其中冶煉煙氣占16%左右。根據(jù)中國硫資源的特點，今后中國的制酸原料仍以硫鐵礦為主，同時大力發(fā)展冶煉煙氣制酸，穩(wěn)健地發(fā)展硫磺制酸、石膏制酸。</p><p>

29、　　80年代以前，中國硫酸工業(yè)的裝置數(shù)多而規(guī)模小，工藝陳舊，三廢排放嚴重，所采用工藝基本都是水洗凈化、一次轉化，設備效率低，開工率低，能耗大。但是隨著國家相關政策的進一步實施，近年來，引進了一大批大型先進生產(chǎn)裝置，使得硫酸產(chǎn)量有進一步增加。目前，中國硫酸企業(yè)總生產(chǎn)能力為22Mt/a。同時，在技術上也有明顯提高。主要表現(xiàn)在：</p><p>　　裝置大型化，相續(xù)新建一批200kt/a及280kt/a裝置，更大規(guī)模的

30、具有世界水平的硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸裝置正在建設中。</p><p>　　利用新工藝改造舊裝置，目前多數(shù)水洗凈化已改為酸洗，仍未改造的裝置，其廢水基本得到治理，兩次轉化技術得到推廣，裝置的能力已超過一次轉化裝置的能力，一次轉化裝置的尾氣多數(shù)得到治理；在提高裝置熱利用率方面，大中型裝置基本做到了利用高、中溫熱能發(fā)電，在建或新建大型裝置還利用低溫熱能，使熱回收率接近90%。</p><p>

31、　　廣泛采用新結構、新材質(zhì)的高效設備代替老舊設備，很多進口設備，如酸泵、酸冷器、轉化器、電除霧器等已基本國產(chǎn)化。</p><p>　　使用環(huán)狀催化劑，積極引進和開發(fā)高活性低溫催化劑。</p><p>　　隨著設計技術、設備制造及安裝技術的不斷提高，中國硫酸工業(yè)必將大型化、自動化、低排放、低能耗等方面取得更大進展。</p><p>　　國外硫酸工業(yè)的概況及發(fā)展趨勢[3

32、,4,5]</p><p>　　接觸法制酸幾乎是目前世界上硫酸工業(yè)的唯一生產(chǎn)方法。其原料為能夠產(chǎn)生二氧化硫的含硫物質(zhì)，一般有硫磺、硫化物、硫酸鹽、含硫化氫的工業(yè)廢氣等。在不同國家中，由于本國含硫資源的不同，生產(chǎn)硫酸的原料路線有很大的差異，且所用原料的比重隨硫資源的供給情況也有所調(diào)整。相對而言，硫磺資源較豐富，制酸過程簡單，且經(jīng)濟效益好，以硫磺為原料制酸占酸總量的絕大多數(shù)。近年來全世界的硫酸產(chǎn)量中，硫磺制酸約占65

33、%，硫鐵礦制酸約占16%，其他原料制酸約占19%。</p><p>　　自從接觸法硫酸生產(chǎn)工藝出現(xiàn)兩轉兩吸技術以來，硫鐵礦制酸的基本工藝過程沒有大的變化，仍為沸騰焙燒、電除塵、酸洗凈化、電除霧、塔式干吸、兩轉兩吸。</p><p>　　硫酸工業(yè)提高勞動生產(chǎn)率、降低成本、減少污染的進展主要在以下幾個方面：</p><p>　　裝置大型化。裝置大型化可以顯著的降低成本和

34、提高勞動生產(chǎn)率。因此，小型工廠正逐漸被大型化工廠取代，發(fā)達國家新建裝置規(guī)模一般為300～900kt/a。目前，硫酸大部分的產(chǎn)量由300kt/a以上的裝置生產(chǎn)。</p><p>　　設備結構和材質(zhì)的改進。改進設備結構可增強設備生產(chǎn)強度、延長壽命、降低建設投資和運行費用。其中新材質(zhì)的應用為設備性能的提高、結構的改進和新技術應用提供保證。這方面的進展是近20年來硫酸工業(yè)技術發(fā)展的表現(xiàn)。</p><p

35、>　　節(jié)能與廢熱的利用。20世紀70年代廣泛利用了含硫原料燃燒熱，以及二氧化硫轉化的反應熱產(chǎn)生蒸汽發(fā)電，其電量除滿足本身需求外，還向外輸送。對于硫磺制酸裝置，熱利用率可達65%到75%。現(xiàn)在為了節(jié)省系統(tǒng)動力，普遍提高了原料氣中的二氧化硫濃度，并且廣泛采用環(huán)狀催化劑、大開孔率填料支承結構、新型填料等技術。</p><p>　　生產(chǎn)的計算機管理。在新建廠中，普遍采用DCS和計算機管理系統(tǒng)，以確保裝置運行穩(wěn)定和達

36、到最優(yōu)操作狀態(tài)。</p><p>　　減少污染物排放，保護環(huán)境。目前，國外除了廣泛采用兩轉兩吸工藝提高二氧化硫轉化率，以及凈化幾乎全部為酸洗外，為了進一步使轉化率到達99.9%以上，愈來愈多的裝置使用高活性含銫催化劑和“3+2”五段催化床層。據(jù)稱，這樣既能降低成本又能達到嚴格的排放標準。</p><p>　　可以預見，接觸法硫酸生產(chǎn)將向增加能量回收、減少排放和降低成本的方向發(fā)展，其手段仍然

37、主要依賴以上五個方面。</p><p>　　此外，多年來在二氧化硫沸騰轉化、加壓轉化、非穩(wěn)態(tài)轉化等方面的研究成果，為接觸法硫酸生產(chǎn)技術的發(fā)展提供新的契機。 </p><p>　　1.2硫酸廠址位置的選擇[6]</p><p>　　硫酸企業(yè)廠址的選擇是一項十分復雜的工作，必須根據(jù)擬建項目的技術經(jīng)濟要求，結合建廠地區(qū)的自然地理特征，交通運輸條件、水源和動力供應條件、

38、建筑施工條件以及工人住宅區(qū)布置條件等進行多方案的技術經(jīng)濟比較，選擇一個能最大限度滿足建設和生產(chǎn)經(jīng)營要求的、建廠費用和經(jīng)營費用最省的建廠位置。廠址選擇的一般要求如下：</p><p>　　（1）廠址應當靠近主要原材料供應地區(qū)或產(chǎn)品銷售地區(qū)。</p><p>　?。?）廠址應當有較好的交通運輸條件，包括公路、鐵路、水路等。年運輸量超過某個數(shù)值時（按國家規(guī)定），應鋪設專用線并和鐵路正線連接。&l

39、t;/p><p>　?。?）必須有充足的水源保證供應，如有溫度較低的充足水源則更好，這樣可以 節(jié)省冷卻設備，節(jié)約投資。</p><p>　　（4）最好靠近熱電站以獲得大量蒸汽和電力。</p><p>　?。?）廠址最好選在已有居民的附近地區(qū)，離

40、城市不遠或靠近已建成投產(chǎn)的其他 企業(yè)，這樣可以利用城市或企業(yè)的各種設備。</p><p>　?。?）應在居民區(qū)的下風向和江河下游，但又不受其他企業(yè)產(chǎn)生的煙氣的影響的地方建設工廠。</p><p>　?。?）廠址面積與外形應適應工廠總平面布置，并有留有一定的發(fā)展余地，一般要求地勢要平坦，稍能向外傾斜，有一定的坡度，以利于雨水排除。</p><p>　?。?）為了節(jié)

41、約土地資源，盡量不占或少占用農(nóng)田。</p><p>　?。?）化工廠排出的污水應有一定的處理能力，達到國家規(guī)定的排放標準。</p><p>　?。?0）有些化工廠有大量的廢渣產(chǎn)生，要有足夠的洼池堆放和填埋，或者要有利用廢渣開發(fā)下游產(chǎn)品的相關技術，以期達到資源的最佳利用。</p><p>　?。?1）廠址應不受洪水淹沒，地下水位最好在4m以下或低于地下建筑物的深度。&

42、lt;/p><p>　?。?2）廠址盡量不選在7度以上的地震區(qū)，9度以上不能建廠。</p><p>　?。?3）化工廠的高層建筑物及地下管道較多，在下沉性二級以上大孔性黃土上不宜建廠。</p><p>　　（14）地址情況要好，地耐力一般要求在147kPa以上。</p><p>　?。?5）在具有喀斯特地貌的地區(qū)，土崩地段和地下有淤泥或流沙處不宜

43、建廠，已采沙坑上面不宜建廠。</p><p>　?。?6）有用礦藏的上部不宜建廠。</p><p>　　1.2.1所選廠址位置的優(yōu)勢</p><p>　　福泉市位于貴州省中部，黔南布依族苗族自治州北部，介于東經(jīng)107°14′24″--107°45′35″和北緯26°32′28″ --27°02′23″之間。東臨凱里市和黃平縣，

44、南與麻江縣接壤，西界貴定，龍里，開陽三縣。北和甕安縣相連。南北最長55.2千米，東西最寬52.1千米?？偯娣e1690.8平方千米。馬場坪鎮(zhèn)是福泉市的一個重要工業(yè)基地，面積130平方公里。交通非常便利， 西離貴陽120km，南至都勻45km，湘黔鐵路、貴新高等級公路穿過該鎮(zhèn)并且馬場坪火車站準備擴建為二級火車站，湘黔、黔桂、馬遵公路穿過該鎮(zhèn)，是貴州南下北上、東進西出重要的交通樞紐和物資集散地；礦產(chǎn)資源豐富，現(xiàn)已探明具有開采價值的礦產(chǎn)多達20

45、余種。主要包括磷礦、重晶石、鐵、硅石、煤等；全國最大的磷化工業(yè)基地——甕福集團座落于該鎮(zhèn)。當前，以磷化工為龍頭，煤炭、冶金、建材等多行業(yè)體系已經(jīng)形成，工業(yè)化水平較高。</p><p>　　福泉市境內(nèi)地勢西部和北部較高，東部次之，中部和南部較低，最高海拔1715.8米，最低海拔614米，平均海拔1020米。地貌類型以山地為主，丘陵次之，壩地較少。土壤類型以石灰土最多，黃壤次之，水稻土和紫色土較少。在氣候分布區(qū)上，屬

46、亞熱帶季風氣候華中濕潤區(qū)，熱量豐富，雨量充沛，無霜期長，年均溫度14攝氏度，年積溫4574～5609攝氏度，無霜期245～278天。年均降水量1033～1220毫米。</p><p>　　綜合上述，依據(jù)以上建廠的選擇要求，本設計擬建廠址位于貴州省福泉市馬場坪鎮(zhèn)，馬場坪位于福泉南部，貴新高等級公路、株六復線鐵路、湘貴鐵路交匯于此，所以交通十分便利，有利于原料及產(chǎn)品的輸送，而且靠近劍江，水資源豐富，從而保障了充足的水

47、源供應。附近有甕福磷礦等大型國有化工企業(yè)，這樣不僅有利于利用其生產(chǎn)的設備和公用工程，而且它們還是最重要的硫酸用戶之一。再者硫酸是一種腐蝕性液體，不能像普通固體化學產(chǎn)品那樣可以多儲存，需隨產(chǎn)隨銷。硫酸的運輸費用較高，這就決定硫酸廠址不能離消費中心太遠。最后，硫酸廠不宜建在人口稠密和對環(huán)境保護要求較高的地區(qū)并且廠址位于山地和丘陵區(qū)，不占農(nóng)田，符合國家土地政策。</p><p>　　所以廠址決定選擇在貴州省福泉市南部的

48、馬場坪，馬場坪地理位置如下圖所示：</p><p>　　圖1.1 福泉市地理位置圖</p><p>　　1.3硫酸生產(chǎn)路線的選擇和論證</p><p>　　1.3.1硫酸工業(yè)的原料及生產(chǎn)工藝</p><p>　　硫酸生產(chǎn)原料有硫鐵礦、硫磺、冶煉煙氣、磷石膏、石膏、硫化氫、含硫廢液等。硫鐵礦是我國主要的硫資源，所以長期以來我國硫酸生產(chǎn)基本上都是

49、以硫鐵礦為主要原料。遺憾的是硫鐵礦不是硫酸生產(chǎn)的最理想原料，它具有生產(chǎn)工藝復雜、管理要求高、操作環(huán)境差以及要處理大量的固體和液體等缺陷。近年來，隨著大量硫磺的進口及有色冶煉行業(yè)的迅速發(fā)展，使得我國硫酸生產(chǎn)的原料結構得到不斷的優(yōu)化和調(diào)整——硫鐵礦制酸份額逐年下降，硫磺制酸產(chǎn)量迅速增加，冶煉煙氣制酸產(chǎn)量穩(wěn)定增長，形成了以硫磺、硫鐵礦、冶煉煙氣制酸三分天下的原料格局。</p><p>　　根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工

50、業(yè)制法可分為接觸法和硝化法。</p><p>　　硝化法（包括鉛室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中鉛室法在1746年開始采用，反應是在氣相中進行的。由于這個方法所需設備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設備，反應緩慢，成品且為稀硫酸，所以，這個方法后來逐漸地被淘汰。</p><p>　　在鉛室法的基礎上發(fā)展起來的塔式法，開始于本世紀初期。1907年在奧地利建成了世界上

51、第一個塔式法制硫酸的工廠，其制造過程同樣是使氮的氧化物起氧的傳遞作用，從而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，不同的是該過程在 液相中進行，生產(chǎn)成本及產(chǎn)品質(zhì)量都大大優(yōu)于鉛室法。塔式法制出的硫酸濃度可達76％左右，目前，我國仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。</p><p>　　接觸法是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于1831年，在本世紀初才廣泛用于工業(yè)生產(chǎn)。到20年代后，由于釩觸媒的制造技術和催化效能不斷提高，已

52、逐步取代價格昂貴和易中毒的鉑觸媒。目前，世界上絕大多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)，因為該法可以生產(chǎn)濃度為98%以上的硫酸。</p><p>　　接觸法中二氧化硫在固體觸媒（五氧化二釩）表面跟氧反應，結合成三氧化硫，然后用98.3％的硫酸吸收為成品酸。這種方法優(yōu)于塔式法的是成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物）。以下是采用不同原料為基礎進行接觸法生產(chǎn)硫酸：</p><p><b>　?。?/p>

53、1）硫鐵礦制酸</b></p><p>　　硫鐵礦按其來源不同分為普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和尾砂、含煤硫鐵礦三種。沸騰焙燒爐所用的硫鐵礦指標為：S>20%;As<0.05%;C<1%;Pb<0.6%;F<0.05%;H2O<8%[7]。</p><p>　　硫鐵礦制酸的生產(chǎn)工藝過程包括以下六個工段：原料預處理、焙燒、凈化、干吸、轉化、成品。分述

54、如下：</p><p>　　在倉庫貯存的硫鐵礦，由裝載機送入加料斗，經(jīng)圓盤給料機、膠帶輸送機送入籠式破碎機，將成球的尾沙打散，再由膠帶輸送機送入振動篩篩分，篩上粗顆粒礦經(jīng)膠帶輸送機返回倉庫，篩下粒度合格的成品礦由給料系統(tǒng)送至沸騰焙燒爐，在焙燒爐內(nèi)，硫鐵礦中的二硫化鐵與空氣中的氧反應，生成SO2爐氣，除含SO2外，爐氣中還含有大量SO3、Fe3O4、Fe2O3、氮化物，空氣則由焙燒風機送入焙燒爐內(nèi)。焙燒工段產(chǎn)生的9

55、00℃高溫爐氣先經(jīng)過廢熱鍋爐回收熱量將爐氣溫度降至350℃，同時爐氣中的部分礦塵沉降。，回收的熱量經(jīng)汽包由循環(huán)泵送回焙燒爐和熱電廠循環(huán)使用。從廢熱鍋爐出來的爐氣經(jīng)電除塵器除去爐氣中的微粒和液滴，再送去洗滌塔（濕法凈化），爐氣從塔底進入，與從塔頂噴淋下來的稀硫酸（18%-20%酸）逆流接觸，洗去爐氣中的礦塵和有害雜質(zhì)，并降低爐氣溫度至65℃，酸洗塔為空塔。爐氣再經(jīng)冷卻塔冷卻至40℃，送去電除霧器（一、二級）除去酸霧。</p>

56、<p>　　經(jīng)洗滌降溫和除霧后的爐氣，雖然已除去砷、硒、氟和酸霧，卻被水蒸氣所飽和。這些水蒸氣如果進入二氧化硫轉化器，會與三氧化硫再次形成酸霧，且會造成對五氧化二釩催化劑的破壞。因此爐氣在進入轉化工序前必須進行嚴格的干燥，使爐氣中水蒸氣含量＜0.1g/m3(爐氣)。</p><p>　　干燥塔采用53℃、98%的濃硫酸自塔頂噴淋下來，與從塔底進來的爐氣逆流接觸。其干燥原理是由于濃硫酸具有強烈的吸水性，

57、且在同一溫度下，硫酸的濃度越高，其液面上水蒸氣的平衡分壓越小。當爐氣中的水蒸氣分壓大于硫酸液面上的水蒸氣分壓時，爐氣即被干燥。但是由于硫酸濃度超過98.3%時，硫酸液面上有三氧化硫存在，可與爐氣中的水蒸氣生成酸霧，故硫酸濃度不得超過98.3%。</p><p>　　干燥過后的爐氣由二氧化硫主風機送去換熱器簡介換熱是爐氣升溫至430℃左右，再送去轉化器一、二段，在五氧化二釩的催化下轉化成SO3。該反應為放熱反應，故

58、從轉化器一、二段出來的氣體溫度過高，需換熱降溫，并進行第一次吸收，吸收介質(zhì)為濃硫酸，為放熱反應。由于從一吸塔出來的氣體除含有SO3、酸霧及惰性氣體外，還含有大量SO2,故需要將其換熱升溫后送去轉化器三、四段，使SO2轉化為SO3，最終轉化率可達99.80%。轉化氣經(jīng)換熱降溫后進行二次吸收，吸收液送往成品酸塔，濃度為98%，再去硫酸儲罐。吸收尾氣去煙囪直接排放。</p><p><b>　?。?）硫磺制酸

59、</b></p><p>　　在所有的硫酸工藝中，除了以硫磺為原料不需要凈化爐氣外，以硫鐵礦與有色金屬冶煉煙氣為原料時均需要將爐氣凈化。所以與上述硫鐵礦制酸相比，硫磺制酸具有流程簡單，生產(chǎn)過程無廢渣、污水排出等優(yōu)勢，故對建廠地區(qū)適應性廣。</p><p>　　原料硫磺在熔硫系統(tǒng)中，經(jīng)0.35Mpa、150℃-160℃的低壓蒸汽熔融后，送去液硫儲罐，再經(jīng)液硫地下槽由液硫泵送去焚硫

60、爐。在焚硫爐內(nèi)，硫與由風機送入的干燥空氣接觸，與空氣中的氧反應生成SO2、SO3。爐氣經(jīng)廢熱鍋爐回收廢熱并降溫后直接送去轉化器的一、二、三段轉化，轉化器各段均設有冷/熱換熱器，從轉化器三段才來的氣體，經(jīng)過一個冷換熱器冷卻后再經(jīng)省煤器回收低溫余熱（以加熱脫鹽水）后，送去一吸塔進行吸收，吸收原理同硫鐵礦制酸吸收原理。從一吸塔出來的氣體中含有大量未完全轉化的SO2及SO3,經(jīng)換熱升溫后送去轉化器四段再次轉化。轉化氣經(jīng)低溫過熱器冷卻后在經(jīng)過省煤

61、器Ⅱ并送去二吸塔。吸收液由循環(huán)酸泵送去成品酸槽，尾氣去煙囪直接排放。</p><p>　?。?）冶煉煙氣制酸[8]</p><p>　　有色金屬礦多以硫化物形態(tài)存在，在冶煉過程中有二氧化硫煙氣產(chǎn)生。因此，冶煉煙氣亦是一種制酸原料。</p><p>　　從冶煉煙氣數(shù)量的多少及能否直接用于制造硫酸等多方面考慮，最理想的氣源是煉銅和煉鋅煙氣。由于冶煉設備和操作技術水平所限

62、，過去冶煉煙氣的氣量和濃度波動大，而且二氧化硫濃度低，成分復雜。近年來，國內(nèi)外對冶煉技術和設備進行較大改進，所以使煙氣中的二氧化硫濃度得到提高，能很好地適應煙氣制酸的要求。</p><p>　　一般地，冶煉煙氣中的雜質(zhì)可分為粉塵、煙霧和揮發(fā)性金屬三種。如果這些雜質(zhì)去除不徹底，不僅直接影響成品酸的質(zhì)量，還會堵塞設備使其不能正常工作。因此，利用冶煉煙氣制酸同硫鐵礦爐氣制酸具有相似的工序，即凈化、干燥、轉化、吸收，而且

63、所用工藝和設備亦基本相同。由于這個原因，國外將冶煉煙氣制酸和硫鐵礦制酸統(tǒng)稱為冶煉型制酸。</p><p>　　但是，由于冶煉煙氣含有的有害雜質(zhì)種類及含量與硫鐵礦煙氣不完全相同，特別是揮發(fā)性金屬及含塵量差別較大，因此，凈化工序的工藝及設備稍有不同。不同點主要是清除揮發(fā)性金屬。所采用的方法主要為稀酸洗滌，例如多塔洗滌工藝和動力波洗滌工藝。</p><p>　?。?）石膏制酸[9]</p&

64、gt;<p>　　中國的石膏蘊藏量很豐富，且分布廣泛，加之磷肥行業(yè)的大量磷石膏，因此中國硫酸生產(chǎn)以石膏為原料并聯(lián)產(chǎn)水泥，是綜合利用資源的可行方法之一。</p><p>　　天然石膏可分為：無水石膏和二水石膏。天然石膏在高溫條件下或在高溫下用碳作為還原劑可制的三氧化硫，石膏的制酸工藝流程與以硫鐵礦為原料制酸的流程基本一樣，不過石膏分解產(chǎn)生的三氧化硫比焙燒硫鐵礦少得多，且爐氣中沒有有害雜質(zhì)，因此濕法凈化

65、工序只需設兩個洗滌塔和一個電除霧器就行了。</p><p>　　石膏制造硫酸，由于爐氣中的二氧化硫濃度較低，所以在相同產(chǎn)量下，凈化、轉化、干吸工序的設備要比普通采用標準濃度爐氣的要大，其中轉化系統(tǒng)的熱交換面積也要大些。但在流程設計和設備的結構上，一般與硫鐵礦為原料制酸相同。</p><p>　　1.3.2硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點比較[10,11]</p><p>

66、;　　通過上述四種制酸特點的論述，可以得知其實石膏制酸、冶煉煙氣制酸和硫鐵礦制酸這三種方法制酸的工藝流程和設備基本相同，所以把它們歸為一類，因此，主要是比較它們與硫磺制酸的區(qū)別。</p><p>　　目前，我國硫酸工業(yè)是以硫鐵礦制酸和硫磺制酸為主，隨著生產(chǎn)技術的發(fā)展和市場經(jīng)濟的變化，硫磺制酸體現(xiàn)了越來越多的優(yōu)點：</p><p>　　以硫磺為原料制酸，其原料處理簡單，爐氣無需凈化，便于自控

67、，其爐氣經(jīng)適當降溫后，便可以進入轉化工序，然后經(jīng)吸收成酸。該過程無廢渣、污水排放，流程簡單，故對建廠地區(qū)適應性廣并且有利于保護環(huán)境。</p><p>　　硫磺制酸過程中產(chǎn)生的二氧化硫氣體濃度較高，一般為11.5%，而硫鐵礦焙燒過程中產(chǎn)生的二氧化硫濃度只有9.5%。</p><p>　　硫磺制酸所得的氣體工藝流程比較簡單，因為焚燒和冷卻后氣體非常干凈和干燥，可以直接進入轉化器。</p&

68、gt;<p>　　以硫磺為原料制酸的原料運輸量少，硫磺所含雜質(zhì)也少，所得產(chǎn)品質(zhì)量好，單位產(chǎn)品能耗低，熱能利用率高。</p><p>　　硫磺制酸裝置中省了焙燒、凈化工序，只有熔硫、焚化、轉化、干吸及成品工序，原料加工也比硫鐵礦制酸裝置簡單，因此工藝流程短，物料處理少，設備少，建設工期短。其基建投資約為硫鐵礦裝置的50%，也降低了裝置的管理費用。</p><p>　　硫磺制酸消

69、耗的水、電和原料費用低于硫鐵礦制酸。生產(chǎn)成本的降低有利于提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。</p><p>　　由于上述原因，因此采用硫磺為原料制酸有更大的優(yōu)越性，所以本次設計采用以硫磺為原料制取硫酸，其操作流程圖如圖1.2所示。 </p><p>　　圖1.2 硫磺制酸工藝流程圖</p><p>　　1.3.3硫磺中的雜質(zhì)對制酸工藝的影響[12]</p>

70、<p>　　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:</p><p><b>　?。?）灰分</b></p><p>　　硫磺,特別是回收的硫磺，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

71、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%。</p><p><b>　?。?）水分</b></p><p>　　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16.6%

72、。</p><p>　　液態(tài)硫磺含水分0.01%～0.03%是正常的.固態(tài)硫磺當含水分在1%以上,熔硫時則劇烈起泡,影響正常操作。水分含量增高,則酸度增加,將會影響后面的制酸工序。</p><p><b>　?。?）酸度</b></p><p>　　硫磺中酸度(以H2SO4計)呈游離態(tài)。這些酸是在潮濕的環(huán)境和在細菌的作用下，硫被空氣緩慢氧化而形

73、成的。在熔硫時,它積聚在液硫表面而被分離出來,不會影響焚硫和轉化工序操作。但酸度過高則嚴重腐蝕熔硫設備。</p><p><b>　　（4）硫化氫</b></p><p>　　烴類與液態(tài)硫會通過下列緩慢的反應而產(chǎn)生少量的硫化氫:</p><p>　　8C5H12 +13S →5C8H14 +13H2S</p><p>　

74、　美國Texasgulf公司曾對硫磺貯槽中發(fā)生H2S爆炸事故進行過研究,對硫磺貯槽上部空間的氣體進行分析,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)的C8H14. H2S。有的可以達到或超過燃爆濃度(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,不會達到爆炸限,而C8H14濃度始終恒定,可以認為它已經(jīng)與硫磺中烴類達到平衡。在138℃以下,烴類與硫的反應速度

75、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,這種反常現(xiàn)象是由于反應生成多硫化氫(H2S4)之故。溫度降低也有分解出H2S的傾向。</p><p>　　1.4 年工作日的制定和工作制度 </p><p>　　1.4.1年工作日的確定</p><p>　　1.本廠采用一年大修一次，一個季度中修一次，每月小修一次，保證一年內(nèi)全廠能夠正常運行

76、300天以上。</p><p>　　2.工作中采用四班三倒，每三班工作24小時，這樣既保證了工廠的連續(xù)正常生產(chǎn)，也使得每位員工都能得到充分的休息時間。</p><p>　　3.本廠嚴格按照國家《勞動法》及其他相關的法律法規(guī)制定工作時間，在國家法定的節(jié)假日如春節(jié)、端午等節(jié)日給予員工規(guī)定的休息時間。</p><p>　　1.4.2年工作制度的確定</p>

77、<p>　　第1條 根據(jù)中華人民共和國憲法關于“加強勞動保護，改善勞動條件”的規(guī)定，為了貫徹落實國家各項安全法規(guī)、制度和標準，保護國家財產(chǎn)，保證職工在生產(chǎn)過程中的安全與健康，促進化學工業(yè)的發(fā)展，特制定本制度。</p><p>　　第2條 凡化工企業(yè)均應嚴格遵守本制度。</p><p>　　第3條 企業(yè)應認真貫徹“安全第一，預防為主”的方針，為各項工作創(chuàng)造安全衛(wèi)生的勞動條件，實現(xiàn)安

78、全、文明生產(chǎn)。</p><p>　　第4條 企業(yè)要采取一切可能的措施，全面加強安全管理、安全技術和安全教育工作，防止事故發(fā)生。</p><p>　　第5條 企業(yè)出貫徹、執(zhí)行本制度外，還必須同時嚴格執(zhí)行國家和各部委的各有關安全法規(guī)、制度和標準。</p><p>　　第6條 安全生產(chǎn)人人有責，企業(yè)的每個職工必須認真履行各自的安全職責，做到各有職守，各負其責。</p

79、><p><b>　　第二章 工藝部分</b></p><p>　　2.1重點工序的基本反應原理</p><p>　　2.1.1二氧化硫氧化熱力學[1,13]</p><p>　　二氧化硫氧化制三氧化硫為制酸過程的一個重點工序，二氧化硫催化氧化反應如下： </p><p>　　SO2 + 1/2 O2

80、 SO3 △HOr = -96.25kJ/mol </p><p>　　此反應是一個體積縮小的、放熱的、可逆的反應。該反應在工業(yè)上只有在相應的催化劑存在的情況下才得以實現(xiàn)并且通常在常壓、溫度為380℃～600℃左右進行。因此，提高壓力、降低溫度均有利于平衡向生成三氧化硫的方向移動。 </p><p>　　根據(jù)質(zhì)量作用定律，可知其平衡常數(shù)可表示為：</p>&l

81、t;p><b>　　(2-1)</b></p><p>　　該式中P*(SO3)，P*(SO2)，P*0.5(O2)分別為 SO3、SO2、 O2的平衡分壓，單位為MPa。溫度在400～700℃范圍內(nèi)，其平衡常數(shù)與溫度的關系可以表示為：</p><p><b>　　(2-2)</b></p><p>　　由此可知，平

82、衡常數(shù)在一定的范圍內(nèi)隨溫度的升高而減少。</p><p>　　平衡轉化率是指某一可逆反應達到化學平衡狀態(tài)時，轉化為目的產(chǎn)物的某種原料量占該種原料起始量的百分數(shù)。同時，它也是反映了在一定溫度下該反應進行程度的指標。其表達式為：</p><p><b>　　(2-3)</b></p><p>　　式中 N0so2——起始狀態(tài)氣體混合物中SO2的摩

83、爾數(shù)；</p><p>　　Nso2——某一瞬間氣體混合物中SO2的摩爾數(shù)；</p><p>　　Nso3——某一瞬間氣體混合物中SO3的摩爾數(shù)。</p><p>　　由式（2-1）和（2-3）可以得知</p><p><b>　　(2-4）</b></p><p>　　若以P表示氣體混合物的總壓

84、，a、b分別為原始氣體混合物中SO2和O2的含量（體積分數(shù)），并設原始氣體混合物的體積為100，當反應達到平衡時，被氧化的SO2體積為aXT,所消耗氧的體積為0.5aXT,剩余氧的體積為b- 0.5aXT,氣體混合物總體積則為100-0.5aXT。故平衡時氧分壓可表示為：</p><p><b>　　(2-5) </b></p><p>　　將式（2-5）代入式（2

85、-4）得：</p><p><b>　　(2-6) </b></p><p>　　因為KP是溫度的函數(shù)，已知任何混合物的原始組成，求任何溫度和壓強下的平衡轉化率都可以采用上式。不過計算時需要相應用試差法。表2.1為平衡轉化率與總壓、溫度的關系（a=7.5% b=10.5%)。</p><p>　　由上式（2-6）可知，平衡轉化率與溫度、壓力及原

86、始氣體混合物組成有關。</p><p>　　溫度 相同的氣體組成，溫度越低，平衡轉化率越高，所以當溫度降低時，KP增大，故XT增大；因此操作時希望盡可能降低反應溫度；</p><p>　　壓力 總壓P增大，XT增加；壓力對平衡轉化率的影響與溫度相比要小得多，特別在400～450℃范圍內(nèi)，壓力對平衡轉化率的影響甚微，因此可以考慮在常壓下或低壓下進行操作。</p><p

87、>　?。?）原始氣體混合物組成 在相同溫度和壓力下，硫磺中含硫量相同時，若所用空氣量不同，XTt隨氣體混合物中O2的含量增加和SO2含量的降低而逐步增加。</p><p>　　表2.1 平衡轉化率與總壓、溫度的關系(a=7.5% b=10.5%)</p><p>　　綜上所述，除了氣體氧含量（b)愈大或二氧化硫含量（a)愈小均可提高平衡轉化率外，如欲想顯著提高平衡轉化率，可采取降低

88、反應溫度、提高系統(tǒng)壓力和使用富氧焙燒等措施。當然，如能在轉化中把生成物SO3除去，平衡轉化率亦可大幅提高。</p><p>　　2.1.2最佳溫度的選擇</p><p>　　二氧化硫氧化成三氧化硫的反應是可逆放熱反應，反應溫度對反應的影響很大。從平衡轉化率的角度上看，溫度低，平衡轉化率就高，操作溫度低有利；從反應速率的角度看，溫度高，反應速率就快，操作溫度高有利，但是催化劑有一定的活性范圍

89、，太高太低都不行。</p><p>　　反應是由化學動力學控制，可由動力學模型用一般求極值的方法導出最佳溫度計算公式：</p><p><b>　?。?-7）</b></p><p>　　式中,Tm——最佳溫度，單位為K；</p><p>　　Te——平衡溫度，單位為K；</p><p>　　R—

90、—氣體常數(shù)，8.314；</p><p>　　E1，E2——正、逆反應活化能，J/mol。</p><p>　　最佳溫度與平衡溫度關系式是根據(jù)反應動力學導出的。當催化劑顆粒較大時，內(nèi)擴散影響不能忽略，此時宏觀動力學模型很復雜，需要用催化劑表面的利用率來修正。此外，如果最佳溫度的計算值超過了催化劑的活性溫度范圍，必須用催化劑的活性溫度來確定操作溫度，也就是說最佳溫度要在催化劑的活性溫度范圍才

91、有意義。</p><p>　　2.1.3二氧化硫濃度的最佳范圍</p><p>　　從制酸全過程及轉化工段的局部來看，二氧化硫?qū)?jīng)濟效益存在著二重性。含量提高時，一方面，使轉化裝置、催化劑的投資及硫的損耗增加；另一方面，在相同產(chǎn)量，SO2含量增加，氣量則減小，可使全系統(tǒng)的設備、管道等投資降低。不過，這兩種相反的作用在不同的二氧化硫含量范圍內(nèi)作用程度不同。在二氧化硫含量較高時，進一步提高其含

92、量，第一方面的作用占主導地位；在二氧化硫含量較低時，提高其含量，第二方面的作用占主導地位。此外，適宜的二氧化硫含量也與使用的原料和轉化工藝有關。</p><p>　　二氧化硫最適宜濃度必須保證產(chǎn)量和最大經(jīng)濟效益為前提。硫酸的產(chǎn)量決定于送風機的能力，硫酸廠系統(tǒng)阻力的70%集中在轉化器的催化劑層。二氧化硫濃度過低，則影響硫酸產(chǎn)量。但是，二氧化硫濃度增加有必須要增加催化劑的填料量，也就是說等于增加了催化劑層的阻力。所以

93、二氧化硫最適宜濃度和催化劑層的阻力有很大的關系。</p><p>　　所以一般情況下，硫鐵礦制酸，采用“一轉一吸”工藝，SO2含量控制在7%～8%，采用“兩轉兩吸”工藝，SO2含量控制在8.5%～9%；硫磺制酸，采用“一轉一吸”工藝，SO2控制在8%～9%，采用“兩轉兩吸”工藝，SO2控制在10%～10.5%。綜上所述本設計取二氧化硫進口濃度為9.65%。</p><p>　　2.1.4二

94、氧化硫氧化反應動力學</p><p>　　從熱力學上講，二氧化硫與氧可以自發(fā)進行反應。但在動力學方面，由于反應活化能高達209340J/mol，在溫度 400～600℃范圍內(nèi)，反應速率很緩慢，達不到工業(yè)生產(chǎn)要求，只有溫度達到1000℃以上，反應速率才較快。但由于反應時一個可逆放熱反應，此時平衡轉化率很低。為此，必須采用催化劑降低活化能，提高反應速率，使反應能在較低溫度下足夠快的進行，并達到較高轉化率，以滿足工業(yè)生

95、產(chǎn)要求。</p><p>　　SO2在釩催化劑上的催化氧化是一個比較復雜的過程，對于這一過程機理的認識，雖然經(jīng)歷長期的大量的研究工作，但到目前為止仍眾說紛紜。根據(jù)氣—固相催化反應機理，一般認為二氧化硫在催化劑表面上氧化成三氧化硫的過程可分為以下四個步驟進行： （1）反應物A（，）從氣相主體，通過氣膜擴散到催化劑表面。</p><p>　?。?）A從催化劑外表面進入微孔向內(nèi)表面擴散。<

96、;/p><p>　?。?）反應物A被顆粒內(nèi)表面上的液膜化學吸附</p><p>　?。?）A與液膜中的活性中心組分發(fā)生催化反應生成B（）</p><p>　?。?）產(chǎn)物B從活性液膜中化學解吸。</p><p>　?。?）產(chǎn)物B從催化劑孔內(nèi)液膜表面向孔外擴散。</p><p>　?。?）產(chǎn)物B從催化劑外表面，通過氣膜向氣流主

97、體擴散。</p><p>　　上述反應是在加熱和五氧化二釩作為催化劑的前提下，過程的總反應式為：</p><p>　　對于釩催化劑來說，氧吸附最慢，是整個催化氧化過程的控制步驟。實驗證實，在釩催化劑上進行含量≤10.5的氣體轉化時，反應物向顆粒表面的擴散不影響過程總速率。釩催化劑是多孔物質(zhì)，內(nèi)表面積為5.2。氣體在細小而曲折的微孔中擴散時阻力較大，故氣體反應物在顆粒內(nèi)的孔擴散相對于其他步驟

98、較慢。因此，顆粒的內(nèi)表面利用率較低，尤其在反應初期為甚。由于釩催化劑的熱導率較高，催化劑顆粒內(nèi)部可視為等溫。</p><p>　　國際上對SO2在釩催化劑上氧化反應動力學進行過系統(tǒng)研究，不過由于催化劑的結構、特性以及實驗條件不同，所得到的動力學方程也不相同，至今比較認可的是波列斯科夫方程。但是國內(nèi)學者向德輝考慮到逆反應速度的影響，提出了SO2在釩催化劑上進行氧化反應的本征動力學模型。（SO2，O2的起始濃度為a，

99、b以及轉化率為X）</p><p><b>　?。?-8）</b></p><p>　　又因為 ，SO2的摩爾分率 ， ， </p><p><b>　　并且各組分分壓為：</b></p><p>　　所以將上式代入動力學方程式便可得：</p><p><

100、;b>　?。?-9） </b></p><p>　　2.1.5催化劑的選用</p><p>　　在硫酸的生產(chǎn)過程中，研制耐高溫、高活性的催化劑相當重要，普通催化劑允許起始的二氧化硫濃度在10%以下，若能提高它們的耐熱性，在高溫下仍能長期的保持高活性，就可以允許大幅提高起始二氧化硫濃度，不但能增加生產(chǎn)能力和降低生產(chǎn)成本，而且還能獲得滿意的二氧化硫轉化率。將二氧化硫氧化成三氧

101、化硫的催化劑主要有三種：金屬鉑、金屬氧化物（主要是氧化鐵）、釩催化劑。</p><p>　　金屬鉑催化劑：主要成分為鉑—鍺—鈀三元素合金，活性高，熱穩(wěn)定性好，機械強度高。但是價格昂貴，這樣就增加了生產(chǎn)成本，且易中毒，并且不能混有銀、銅、鋁，尤其是鐵等雜質(zhì)，所以在硫酸生產(chǎn)中不宜采用鉑催化劑。</p><p>　　金屬氧化物（氧化鐵）：主要成分為三氧化二鐵，該催化劑雖然價廉易獲得，但只有在64

102、0℃以上時才具有活性，轉化率一般只有45—50%，所以工業(yè)上也不宜采用氧化鐵催化劑。</p><p>　　釩催化劑：釩催化劑是以五氧化二釩為主要活性成分，以堿金屬類（硫酸鹽）作助催化劑，以硅膠、硅藻土、硅酸鹽作載體。其主要化學成分一般為：V2O5 5%～9%，K2O 1%～5%,SO310%～20%,SiO250%～70%,并含有少量的Fe2O3,Al2O3,CaO,MgO等。產(chǎn)品一般為圓柱形，直徑4～10mm，

103、長6～15mm，也有做成環(huán)形、片狀和球形的。因為該催化劑活性高，熱穩(wěn)定性好，有較高的機械強度，價格便宜易獲得，且轉化率高達97%。因此，在硫酸工業(yè)生產(chǎn)中得以廣泛的應用，所以本設計采用釩催化劑。</p><p>　　目前國產(chǎn)催化劑的基本性能已達到國際先進水平，我國生產(chǎn)的釩催化劑型號有S101、S106、S107、S108、S109等。</p><p>　　S101是目前國內(nèi)廣泛使用的中溫釩催

104、化劑，起燃溫度為390℃～400℃，操作溫度為425℃～600℃，各段均可使用，壽命可達十年以上，活性達到國際先進水平。</p><p>　　S102是環(huán)狀中溫催化劑，特點是內(nèi)表面利用率高，床層阻力小，但易粉碎。</p><p>　　S105—109是低溫釩催化劑，起活溫度為380℃～390℃，操作溫度為400℃～550℃，一般裝在一段上部和最后一段，以使反應能在低溫下進行，這時不僅能提高

105、總轉化率和減少換熱面積，還允許提高轉化器進口氣體中的SO2含量。</p><p>　　在二次轉化流程中如果使用低溫釩催化劑，可使第一段催化劑層和第四段催化劑層的進氣溫度降低15℃-20℃，最終轉化率也會有所提高。因此催化劑S107和S101兩者相比，選用S107更為合適。所以在本設計中催化劑采用國產(chǎn)的S107型催化劑。</p><p>　　S107釩催化劑顆粒尺寸為直徑5,堆密度0.55～

106、0.65,比表面積為5～15，孔隙率為50～60，機械強度＞15,起燃溫度365～375℃，化學組成為6.3～6.7，15～17，9～10。</p><p>　　2.2 SO2轉化工序的論證</p><p>　　隨著硫酸工業(yè)的發(fā)展，轉化工藝流程經(jīng)歷了很大的變化。其目的是提高轉化率，節(jié)省單位產(chǎn)品催化劑用量，降低基建投資和系統(tǒng)阻力。轉化工藝最大的變化時采用了兩次轉化工藝。該技術最早由C.B.克

107、拉克于1931年提出，20世紀60年代初由BASF公司實現(xiàn)工業(yè)化。在中國，從1964年開始設計，1966年正式投入工業(yè)生產(chǎn)，目前，該工藝基本上替代了一轉一吸工藝，其裝置的總生產(chǎn)能力已占硫酸產(chǎn)量的絕大多數(shù)。轉化工序很多，在中國的情況如表2.2</p><p>　　表2.2 我國轉化工藝流程發(fā)展概況</p><p>　　另外，中國及世界其他國家還深入研究并試驗了沸騰轉化工藝、加壓法工藝、非

108、穩(wěn)態(tài)法轉化工藝等其它工藝，這些工藝已實現(xiàn)工業(yè)化，不過應用并不普遍。</p><p>　　一轉一吸流程亦為一次轉化一次吸收工藝。由于受催化劑用量及平衡轉化率的限制，該工藝可能達到的最終轉化率為97%～98%，顯然在此轉化率下，硫利用率不夠高，尾氣中的二氧化硫含量遠遠超過排放標準，需要進行尾氣回收。如果想得到更高的轉化率，將使催化劑用量大幅度增加，而且轉化的段數(shù)也要增加，這是很不經(jīng)經(jīng)濟的。為了減少二氧化硫?qū)Υ髿獾奈廴?/p>

109、，許多制酸裝置都進行尾氣處理，一般用堿性物質(zhì)回收尾氣得到亞硫酸鹽或硫銨鹽，但是由于回收尾氣所得到的產(chǎn)品銷路有限而放棄。類似的處理方法還很多，但都存在硫利用率低，投資和運行費用高的缺點。為此，人們在提高二氧化硫轉化率方面，從二氧化硫催化轉化反應熱力學及動力學學找答案，先后開發(fā)出“加壓工藝”、“低溫高活性催化劑”、“兩轉兩吸”工藝等技術。但以“兩轉兩吸”最為有效。</p><p>　　綜上所述，兩轉兩吸流程之所以越來

110、越廣，主要由于以下優(yōu)點：</p><p>　　最終轉化率高，轉化反應速度快。這樣既可滿足越來越高的環(huán)保要求及提高硫的利用率，而且又不使催化劑用量較一轉一吸多（轉化率97.5%）。</p><p>　　能夠處理SO2含量較高的氣體。實踐證明，硫鐵礦制酸一般采用SO2 8.5%～9.0%，硫磺制酸一般采用10.5%～14%，富氧焙燒煙氣制酸可把SO2含量提高到14%～15%。由此可以提高裝置的