1、1文獻綜述概述近十幾年以來,我國硫酸工業(yè)得到很大的開展,重要的標志之一是硫酸工程設(shè)計工程多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟效益和社會效益顯著.我國自行設(shè)計、自己建設(shè)的中、小型硫酸工程普及全國,還承當了許多大型硫酸工程設(shè)計.此外,從國外引進了一些先進的硫酸技術(shù).硫酸工程設(shè)計的進步,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)的重要組成局部；隨著硫磺供給的增加,愈來愈多的新建工程從治理環(huán)境、生產(chǎn)簡便和經(jīng)濟角度考慮

2、,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)計與消費有關(guān),由于硫酸產(chǎn)品大局部用于生產(chǎn)磷肥等化學肥料,所以硫酸工程大局部和磷肥工業(yè)配套建設(shè).比擬典型的是小磷錠工程中的120t/d硫酸工程；120kt/a磷鐵工程中的600t/d硫酸工程；240kt/a磷鐵工程中的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.在這些聯(lián)合企業(yè)中,硫酸裝置的投資費用是舉足輕重的,所占的比例均較高.由于磷肥工業(yè)和重有色冶金工業(yè)

3、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“效勞.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),也引進了國外一些新技術(shù)；大量使用國內(nèi)研制的裝備,亦引進了一些先進和大型的設(shè)備；還推廣使用了許多新材料等.這些舉措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

4、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),效果和指標均較好.對裝置的機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、裝卸,采用和移植其他工業(yè)部門行之有效的設(shè)備,提升機械化的水平.限制方面,已經(jīng)在一些大型工程中,設(shè)置了集散系統(tǒng)(DCS),提升了工程設(shè)計的自控水平.工程設(shè)計的組織體制逐步與國際接軌,推廣了以工程經(jīng)理負責制為中心的新體制,提升了治理水平,適應(yīng)了進入國際市場的需要.許多設(shè)計單位的裝備不斷地改善和提升,應(yīng)用了CAD輔助設(shè)計系統(tǒng),開發(fā)和引進了許多應(yīng)用軟件,計算、方案選擇、出圖

5、均由微機完成,保證了設(shè)計質(zhì)量,加快了設(shè)計進度.設(shè)計單位的設(shè)計質(zhì)量普遍提升了,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)量體系認證,取得了向國際市場進軍的通行證.硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝1.2.1以琉磺為原料進口硫磺可充分利用世界硫資源,以補充我國硫資源的缺乏,其前提是世界上要有多余的硫磺供給.硫磺進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的資料,對世紀年代以來世界硫磺供給總量和需求總量的統(tǒng)計和未來的預(yù)測至年說明,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,多余的局部成為庫存在不同地區(qū)、不同時期硫的供給或硫的需求發(fā)生著變化,但硫

6、的供給總量和需求總量根本上平緩地上升,即使年我國進口硫磺達占世界硫磺貿(mào)易量的,也未出現(xiàn)總體上生產(chǎn)和供給小于需求的態(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,而其余增加的硫磺制酸大局部用于增產(chǎn)磷肥,并且主要是以產(chǎn)抵進,這樣就減少了國外磷肥的生產(chǎn),即減少了國外硫的消費量.所以,我國使世界硫磺消費凈增加量實際低于進口硫磺的增加量.總體上世界硫磺供給略有充裕,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、

7、加拿大、中東、前蘇聯(lián),世界硫磺貿(mào)易最大進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琉的供需平衡和價格：我國以及印度近幾年強勁的需求；中東局勢動亂影響；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,因存在儲運困難,近年進入貿(mào)易市場的量還不夠大世界運輸保險費大幅度增加世界海運費大幅度增加加拿大鐵路運輸費用增加.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口方,因中東不穩(wěn)定的局勢和費用上漲,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,市場供給量

8、增加,在市場經(jīng)濟的環(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)水平的根底上保持平穩(wěn)的增長是恰當?shù)?1.2. 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,大國的平安和經(jīng)濟開展考慮,保持一定規(guī)模的硫鐵礦采選水平和硫鐵礦制酸水平是需要的.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?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,為硫酸的長期開展爭取有利條件,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需求,維持現(xiàn)有硫鐵礦原料水平并穩(wěn)

9、步增長不但對國家經(jīng)濟安全有利,而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場,反過來對我國進口硫磺有利,總體上對我國硫酸工業(yè)的長期開展有利.穩(wěn)定和開展硫鐵獷制酸要重視發(fā)展硫鐵礦礦源和開展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置.開展硫鐵礦獷源包括后備資源的勘探、資源開發(fā)利用的規(guī)劃和評價、資源合理利用的研究、技術(shù)開發(fā)、礦山建設(shè)、提升生產(chǎn)水平和技術(shù)水平等.開展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置包括工藝技術(shù)和裝備水平的提升、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,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,提升資源的綜合利用率.1.3. 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

10、煙氣,冶煉煙氣制酸實際是冶煉廠的副產(chǎn)品,是隨著冶金工業(yè)的開展而開展.我國冶煉煙氣制酸開展迅速,已形成較大的生產(chǎn)水平,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)水平,但近期大規(guī)模開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,回收這局部硫的開發(fā)研究和工業(yè)化應(yīng)該加緊進行.硫磺制酸與硫鐵礦制酸的優(yōu)缺點比擬目前我國硫酸工業(yè)是硫鐵礦制酸和硫磺制酸為主.隨著生產(chǎn)技術(shù)的開展和市場經(jīng)濟的變化,硫磺制酸表達了越來越多的優(yōu)點：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3

11、5%S.硫磺制酸消耗的水、電和原料費用低于硫鐵礦制酸.生產(chǎn)本錢的降低有利于企業(yè)提升經(jīng)濟效益；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%.也降低了裝置的治理費用.3 .原料運輸量少,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.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)根本采用礦石制酸工藝.但隨著社會對環(huán)境質(zhì)量要求的不斷提升,人們的環(huán)保意識越來越強

12、,礦石制酸工藝存在的對環(huán)境污染大的問題越來越突出,到了必須進行工藝改良的地步,硫磺制酸比擬簡單,它把硫磺燃燒后變成二氧化硫,用水吸收,而硫磺的濃度又比擬高,對里邊雜質(zhì)的去除就比擬簡化,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,而且運輸本錢越來越高,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)工藝一硫磺制酸.但隨著我國橫制酸工藝的普及,我國對硫磺需求量也不斷加大,2021年我國硫資源消費量約2000萬噸,占世界總消費量的2/5,進口硫硫磺、硫酸占國內(nèi)硫消費量的90%左右.隨著硫需求的不

13、斷上升,供給價格不斷上漲,企業(yè)生產(chǎn)成不也不斷提升,這些都促使我們改良生產(chǎn)工藝,提升硫磺利用效率.中國硫酸生產(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%依靠進口.硫磺制酸根本上是為磷肥企業(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,隨著全球增強環(huán)境保護,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,2021年國際市場硫磺價格暴

14、漲,我國硫鐵礦制酸產(chǎn)能擴張；目前國際市場硫磺價格回落到合理價位,局部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證我國硫供給平穩(wěn).表1中國硫酸產(chǎn)量與構(gòu)成2002200320042005200620072021硫酸產(chǎn)量萬噸3052337139954615503354135133硫磺進口量萬噸409409677831881965841硫鐵礦制酸%硫磺制酸%其他制酸%硫磺中雜質(zhì)對制酸工藝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)出時灰分含量是比擬少的.但它

15、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外表而降低它的傳熱系數(shù),局部灰分在熔硫槽、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.2 .水分硫磺中的水分在熔硫和液硫澄清過程中根本上全部被蒸發(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擬,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.液態(tài)硫磺含水分是正常的.固態(tài)硫磺當含水分在1%以上,熔硫時那么劇烈起跑,影響正常操作.水分含量增高,那么酸度增加,貽患無窮.3 .酸度硫磺中酸度以H2s.4計呈游離態(tài).這

16、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成的.在熔硫時,它積聚在液硫外表而被別離出來,不會影響焚硫和轉(zhuǎn)化工序操作.但酸度過高那么嚴重腐蝕熔硫設(shè)備.4 .硫化氫燒類與液態(tài)硫會通過以下緩慢的反響而產(chǎn)生少量的硫化氫：8c5Hi2+13ST5c8HM+13H2S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mol計的C8HqH2So有的可以到達或超過燃爆濃度常溫下為%,但液硫貯槽溫度1320c下為%.但回收硫中,涇類含量少,不會到達爆炸限,而Cg匕4濃度始終恒定,可以認為它已經(jīng)

17、與硫磺中妙類達到平衡.在138“C以下,燒類與硫的反響速度很慢,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,這種反常現(xiàn)象是由于反響生成多硫化氫H2s.之故.溫度降低也有分解出H2s的傾向.硫酸的性質(zhì)純硫酸H2s0.是一種無色透明的油狀液體,相對密度為,幾乎比水重一倍.工業(yè)生產(chǎn)的硫酸是指SO3和也0以一定的比例混合的溶液,而發(fā)煙硫酸是其中SO3和摩爾比大于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SO,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數(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

18、.習慣上把濃度275%的硫酸叫做濃硫酸,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17工業(yè)硫酸的組成H2SO4SO3/組成,h2o重量S03H02名稱H2s.4S03/組成,名稱h2o重量so3h2o93%硫酸98%硫20%發(fā)煙硫酸65%發(fā)煙硫酸無水硫酸1.3.1相對密度相對密度即單位體積硫酸的重量與同體積4C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/cm3o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).當固定溫度,硫酸的相對密度隨濃度升高而升高.當固定硫酸濃度,相對密度那么隨溫度升高而下降

19、.此屬于一般的變化規(guī)律.此外當酸濃度在.100%范圍內(nèi),在任何溫度下,以濃度下的相對密度為最大.當硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時,以含游離SO?在50%65%濃度下的相對密度為最高.SO?%游離量低于此區(qū)域,相對密度隨游離SO?%增加而升高.游離S0/高于此區(qū)域,相對密度隨游離SO3量增加而下降.1.3. 2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)那么的.市場上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表12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)晶溫度硫酸濃度%重量結(jié)晶溫度0c游離S0310一游離S0320+游離S0365-掌握了硫

20、酸結(jié)晶溫度具有下述意義：a.了硫酸貯存輸送提供了預(yù)防發(fā)生凍酸的溫度限制依據(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).1.3. 3硫酸的熱容、熱蛤熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學反響和無其它功能的條件下,單位硫酸溫度升高或降低時,所引起的熱量變化.以摩爾為單位,即摩爾熱容KJ/(molK),以質(zhì)量千克為單位即為比熱KJ/(molK)o從實驗上得知,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.可見不同的溫度下有不同的熱容,為了使用上的方便,在工程計算中采用平均熱容.熱蛤是指某一單位重量(kg)的硫酸在某一溫度下含有的熱量

21、.熱燃是狀態(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).1.4. 4硫酸的沸點蒸氣壓和蒸氣組成從0SO3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枯燥劑等方面有著極其重要的意義.溶液的沸點隨H2sO,含量的增加而升高.當濃度到達時達最大值(336.8),此后那么下降,至100%H2sO4時為296.2.發(fā)煙硫酸的沸點,那么隨SO?游離百分含量的增大而下降,直降至44.7.常壓下加熱濃縮稀硫酸,當酸濃到達時,液面上的氣相組成與液相組成到達相同,即使繼續(xù)加熱蒸發(fā),液相組分不變,這時沸點338.8稱恒沸點.這說明在常壓下只能將稀硫酸濃縮到,成為理論

22、上的濃縮濃度.但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟性和減少硫酸損失,通常只是將稀硫酸濃縮至92%95%.位于恒沸點右邊的區(qū)域,其特點是沸騰時,液體中的硫酸含量不是增加而是降低,一直降到時為止.此時沸點不是升高而是降低.這種現(xiàn)象是由于硫酸分解產(chǎn)生的SO?比H20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S03,相應(yīng)的氣相成分以和SO2為主.而在常壓低溫范圍內(nèi),硫酸液面上氣相組分,那么以H2s為主,其量用總蒸氣壓表示.各種溫度下不同濃度硫酸的總蒸氣壓,可有下式計算：logp=AB/T式中P一蒸氣壓,PaT絕對溫度,KA、B一與酸濃度有關(guān)的常數(shù)當溫度一定時

23、,硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低,且在時總蒸氣壓最低.當酸濃超過時,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H2s.4%2040608090100B22682299245830403390421139141.3.5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.由于粘度比擬大,故硫酸外觀是無色透明似油狀的液體.在一定溫度條件下參加填加劑凝固作用可制的固體硫酸膠

24、體狀.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),但實際生產(chǎn)中,使總轉(zhuǎn)化率到達99%以上,尾氣中二氧化硫含量到達排放標準是有一定困難的,一般對尾氣進行回收,尾氣回收的方法目前主要是氮-酸法和堿法.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那么很大,每生產(chǎn)1t硫酸要排出10-15t污水,污水中除含有硫酸外,還含有碑2-20mg/L,含嬴10-100mg/L,以及鐵,硒,礦塵等.目前,對于硫

25、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.廢渣處理硫磺含硫量為25%-35%時,每生產(chǎn)1t硫酸副產(chǎn)燒渣,燒渣中含較少的鐵和一定數(shù)量的銅、鉛、鋅、鉆等有色金屬.廢渣在水泥生產(chǎn)中也可以作為鐵助溶劑、煉鐵原料和氯化劑(如CaCL)進行氯化熔燒處理回收澆渣中大局部有色金屬和貴金屬,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(0H)3,作凈水劑等.2物料衡算設(shè)計依據(jù)?年產(chǎn)30萬噸硫酸枯燥燃燒工段工藝初步設(shè)計及枯燥塔設(shè)計任務(wù)書?設(shè)計條件2.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)

26、格,硫酸質(zhì)量符合下表要求.表硫酸質(zhì)量指標表1指標名稱硫酸%硫酸(H2so4)2灰分鐵(Fe)含量W碑(As)含量W年工作日：300天300X1OOOOGO小時產(chǎn)量：的X24=6666kg/hiff98kmo其中含H2sO4m=41666.67X98%=40833.34kg/hmn二jj二40833.34X,/u-416.67l/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：.C；空氣平均相對濕度:;年平均大氣壓：kPa.反響方程式S+02=S02S七2二SO3SO3+H20=H2SO4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+1流程轉(zhuǎn)化進口SO2濃度轉(zhuǎn)化進口S03濃度

27、%其中：Xi、X2一分別表示第一、二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率；X總轉(zhuǎn)化率取Xf%,X2=%,吸收率：%總轉(zhuǎn)化率：x=x1+(1-x1)x2=%S的利用率=總轉(zhuǎn)化率x吸收率=99.8%X99.98%=99.78%原料硫磺組成原料硫磺:含h2o含灰分得到利用的S量二40833.34X3298=kg/h原料含精S量二哼黑磬13333.3499.78%13362.7432kmol/hbni精S里13362.74,八原料及啜一硫碳中S含里=99.50%-kg/h原料含水量二X134298行kg/h原料含灰分量=%X1342289=kg/hS:O2J氧氣消耗量n二X=kmoI/hV=nXVm=XNm3/h干空氣消耗量二

28、V/21%=Nm3/h為保證S被完全燃燒,轉(zhuǎn)化進口SO2濃度,實際干空氣消耗量取理論干空氣消耗量的倍實際干空氣消耗量V=XNm7hm=pV=Xkg/h實際干空氣中N?量V=XNm3/h實際干空氣中Oz量V=XNm3/h熔硫槽的物料衡算流程示意圖S、/0、灰分I=*1熔硫槽S、氏0、灰分條件熔硫溫度130150c,取140C原料硫磺帶入水量=kg/h給定條件熔硫過程中原料硫磺帶入的水分蒸發(fā)掉%熔融后的液硫中帶出水量二1336274X(1-99.95%)99.95%=kg/h物料衡算表熔硫槽的物料衡算kg/h質(zhì)量流量組分Sh2o灰分總量進料出料過濾機的物料衡算流程示意圖條件液硫經(jīng)過過濾機,灰分全部

29、被過濾掉kmol/h體積流量Nm3/h出料組分n2o2H20%h2so4質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h體積流量Nm3/h焚硫爐的物料衡算流程示意圖干空氣液硫焚硫爐混合氣體反響方程S+02-S02SO2+tO2-S03條件A進口：液流中含S量：kg/h液硫帶入水量：kg/h干空氣帶入水量：kg/h干空氣中含O2：Nm3/h干空氣中含N2:Nm3/h進料中總水量m=+=kg/hn=m/M=kmol/hB出口：轉(zhuǎn)化進口S02=%,轉(zhuǎn)化進口S03=%計算SO,量：V二417.59224=8990.75Nm7hSO3量:V=417.59X0.40%9.99%+0.40%X22.4=363.26Nm

30、3/h.2剩余量：V=363.26X|NmVh物料衡算表焚硫爐物料衡算進料組分摩爾流量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/hn202理論氧氣量理論氮氣量SH2O實際氧氣與理論氧氣比出料組摩爾流量體積流量體積百分含質(zhì)量流量分kmol/hNm3/h量kg/hn202h2oso2so33熱量衡算熔硫槽的熱料衡算流程示意圖固體疏磺熔硫槽液硫計算依據(jù)液硫中精S量：kg/h液硫中水量：kg/h液硫溫度:130-150平均140匕大氣溫度:正交晶硫變?yōu)閱涡本Я驕囟龋恨D(zhuǎn)變熱：kcal/kg硫融化熱：kcal/kg熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量Q:Q-Qi+Qi+Q3+

31、Q4+Q5式中,Qi正交晶硫從加熱到C時的顯熱；Q2一正交晶琉在時轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱;Q3一單斜晶硫加熱到;O一單斜晶硫在C時的溶解熱；Q5一液硫從加熱到140時的顯熱.1)正交晶硫加熱到匕所需的顯熱.：QmCpAT17.0+95.4T=+273.15=329.36KCp=+X10-5XT2X=()J/XXkJ/h2)正交晶硫變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱Q2：02=XX=h3單斜晶硫從.C加熱到匕所需的熱量Qj：T=118.9+95.42+273.15=380.3K4.186b320.080351Cp=3.388+0.006854XT+X(388.366-T)2二0.7845kJ/Q3=XX單斜晶

32、硫熔解熱Ch：5液疏從加熱到140時的顯熱Q5：T=118.9+1402+273.15=4O2.6K取液硫熱容為kJ/lWCp=3.388+0.006854X二0.7845kJ/0.080351T+X(388.366-T)24.186832Q5=XX=h6熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量QQQi+Q2+Q3+Q4+Q5=h硫磺中水分所消耗熱量Q1水從七加熱到100的顯熱：QfXXX=h2水在100C下蒸發(fā)潛熱為kg水蒸發(fā)的潛熱:Qz=X=kJ/h3)硫磺中水分所消耗熱量：=Qi+Q2=+=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%,那么硫磺熔融所需總熱量QC2232995.54

33、+157372.07,八Q尸瓦二=khQ=X5%=kJ/h液硫帶出熱量Q=X(1-5%)=kJ/h熱量衡算表熔硫槽熱量衡算(kJ/h)精Sh2o熱損失(5%)總量液硫帶出總量空氣鼓風機空氣Pl=0.LOlMPa=C空氣鼓風機空氣P2二0.241MPaT2=T1*：空氣進口溫度T仁匕解得：T2=枯燥塔的熱量衡算流程示意圖98%H:SO4空氣干空氣97.51%HbSOa枯燥塔的物料衡算表枯燥塔的物料衡算進料組分n202h2o98%H2SO4質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmoI/h體積流量Nm3/h出料組分n202h2o%h2so4質(zhì)量流量kg/h摩爾流量kmol/h體積流量Nm3/h計算1)空氣帶入熱

34、空氣進口溫度：;02Cp=+XXT=kcal/(kmol)N2Cp=6.953+0.001163T-2.57xlO-7T-kcal/(kmol)H20Cp=+XXTkcal/(kmol)Q.=XXXkJ/hQ氮二XXXkJ/hQ水二XXXkJ/h空氣帶入熱Q空入=Q+Q區(qū)+QQkJ/h2酸帶入熱量進口溫度40,98%硫酸熱含量：kgt1Q酸入二XkJ/h3)酸稀釋熱湯姆生式計算H普溫E其中：H為硫酸的稀釋熱,n為每克硫酸所參加的克分子水數(shù)_(100-98)/1b_98/98_(100-93)/1b_nF麗癡=17860X0.409817860X0.1111_Hl%一04098+1.79B30.

35、1111+1.7983皿401酸稀釋熱Q產(chǎn)0經(jīng)苗一網(wǎng)X3314.63X4.1868=kJ/h4熱損失：因枯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3002Cp=+XXT=kcal/(kmoI)N2Cp=6.953+0.001163T-2.57x10?T2=kcal/(kmol)H20Cp=+XXTkcal/(kmol)QkXXXkJ/hQkXXXkJ/hQqXXXkJ/h空氣帶出熱Q空產(chǎn)QLQ氧+Q水=kJ/h6酸帶出熱0收出二Q空入+Q收入+Q拓修一Q空出二十75+枯燥塔熱量衡算表枯燥塔熱量衡算(kJ/h)組分進口出口n202H20硫酸.75.2598%硫酸變成%

36、硫酸的稀釋熱總.96.96量焚硫爐的熱量衡算流程示意圖干空氣混合氣體焚硫爐液硫反響方程式S正文晶+2g=S%g+S：正交品9a3-2+=S03,+A/211焚硫爐的物料衡算表焚硫爐物料衡算進料組分摩爾流量體積流量質(zhì)量流量硫酸產(chǎn)量琉磺用量kmol/hNm3/hkg/hkg/hkg/hn2o2理論氧氣量理論氮氣量sH2O實際氧氣與理論氧氣比出料組分摩爾流量kmol/h體積流量Nm3/h體積百分含量質(zhì)量流量kg/hn202H2OS02SO3計算1進口物料帶入熱量液硫帶入熱量Q1=kJ/h干空氣帶入熱量Q2=kJ/h物料帶入總熱量Qa=Q1+Q2=kJ/h2反響燃燒熱查資料得：25時,SO?燃燒熱:m

37、ol;SO3燃燒熱:mol經(jīng)過推算得：930時,SO2燃燒熱：mol;SO3燃燒熱：mol反響燃燒熱Q反二XXX1000=89kJ/h3混合氣體帶出熱量氣體進口溫度T1=+二氣體出口溫度12=930+=QkXXT2-TD+XT22-T1今X9一7力二.61kJ/hQ產(chǎn)XXX/-X/-77,.77kJ/hQ二氧化疑=XX(T2-TD+X(T22-T1今X(T23-)+X(訝-T僧)=.75kJ/hQ三火化破二XXT2-T1)=kJ/hQkXX(T2-T1)+X(T22-T12)X(9一)=kJ/hq體帶出芯熱量Q*=Q艮+Q我+Q二泉化破+Q三臬化破+Q泰=kJ/h4)熱損失Q抵二Q入+Q反一Q

38、出二kJ/h.榜熱損失率W二次X1009口焚硫爐熱量衡算表焚硫爐熱量衡算(kJ/h)進口液硫干空氣總量燃燒執(zhí)J、出口n2.6102.77so2.75so3h2o總量熱損失%)余熱鍋爐的熱量衡算流程示意圖水蒸氣igac一1jR二n混合氣體950條件:余熱鍋爐一混合氣屈0進口混合氣體溫度T1=930+=出口混合氣體溫度T2=430+=混合氣體中各組分含量如以下圖:組分n202so2so3h2o摩爾流量(kmol/h)計算1)混合氣體放出熱量Q放Q氯二XX(T2-TD+X(T22-T*)X(9-)=kJ/hQ產(chǎn)XX(T2-T1)+X(T22-T12X(T23-T13)=kJ/h2Q二氏化破=XX(T

39、2-T1)+XT22-T)X(勿-)+X(乃)=kJ/hQ三八化MXXT2-T1)=kJ/hQqXX(T2-TD+XT22-T12)X(9-T13)=kJ/h混合氣體放出總熱量Q放二-(Q；+Q屬+Q二久化破+Q三氧化硅+Q水)二.04kJ/h2)熱損失考慮鍋爐熱損失5%Q嵌=5%XQ放二kJ/h3)水蒸氣吸收熱Q吸二(1-5%)XQ放=.34kJ/h4)確定水蒸氣消耗量M水蒸氣t1=150C飽和水蒸汽t2=240,尸kJ/kg水蒸氣T/寧二195時,Cp=Q吸=mX(CpX(t2-t1)+r)_72962084.34_m-1.8924X(240-150)+1766.39-kg/h考慮到只有9

40、5%的水蒸氣能得到利用,那么水蒸氣消耗量M=短二kg/h4枯燥塔設(shè)備設(shè)計高效干吸塔系統(tǒng)是將塔填料支撐結(jié)構(gòu)形式、高效塔填料、高效分酸器、高效除霧器元件與塔的尺寸、操作氣速和噴淋酸密度統(tǒng)一考慮,互相配合,從而形成高強度塔,到達符合工藝要求的枯燥吸收效率.干吸塔的主要結(jié)構(gòu)根本上是相似的,塔體為立式圓筒形結(jié)構(gòu),碳鋼內(nèi)襯研酸磚.一般采用高鋁制耐酸瓷填料支撐結(jié)構(gòu),有的采用大跨度、高開孔率的耐酸高鋁瓷條梁,也有的采用高開孔率的瓷球拱.枯燥塔一般采用國產(chǎn)抽屜式金屬絲網(wǎng)除霧器或進口網(wǎng)墊式除霧器.第一吸收塔酸溫度高、霧量大、霧粒細,為保護后面的換熱設(shè)備,采用高效纖維除霧器第二吸收塔為保證尾氣排放的要求也采用高效纖

41、維除霧器.從生產(chǎn)使用的效果看,其儲物效率均令人滿意.酸分布器的分酸效果直接影響到空氣枯燥和S03.國內(nèi)研究開發(fā)的帶陽極保護槽管式酸分布器每平方米超過40個分酸點,目前大局部大型硫酸裝置干吸塔采用這種形式的分酸器.該分酸器的降酸管填埋與階梯環(huán)墳料之中,酸液由酸泵打入主管,再分配至各分酸槽,由槽體上各降液管流出.槽體的結(jié)構(gòu)設(shè)計要保證每個槽的分酸量根本相同,并且不會產(chǎn)生磁流等現(xiàn)象.分酸器制造完成后,在制造廠內(nèi)要進行水噴淋試臉.采用帶陽極保護的槽管式酸分布器,雖然一次性投資較大,但酸分布點多,分酸效果好,使用壽命長,且節(jié)省了維護和維修的費用.塔底設(shè)計一般分為碟型底和平底兩種方案.本次模擬工程設(shè)計結(jié)合以

42、上兩種塔底結(jié)構(gòu)的優(yōu)點,并根據(jù)大型化干吸塔的特點,將干吸塔設(shè)計成具有塔底出酸優(yōu)點的平底結(jié)構(gòu),即將塔底設(shè)計成外部平底內(nèi)部錐形的結(jié)構(gòu),出酸口在錐形底的中央最低點.這種結(jié)構(gòu)同蝶形底結(jié)構(gòu)一樣不需要大的混凝土平臺,設(shè)計假設(shè)干根支腿支撐整座塔重量,生產(chǎn)或停車時都可使塔底積酸全部排盡.為預(yù)防降塔內(nèi)填料碎片帶至循環(huán)槽打壞酸泵葉輪,在出酸口一般都設(shè)置防渦流裝置.填料的選擇硫酸工業(yè)用的填料,除了要考慮適用于在較高的溫度下具有耐腐蝕的性能外,還應(yīng)具備一般的填料如下的通性：1 .通性大,壓降小,在一定的淋灑密度下,泛點氣速高.2 .效率高,傳質(zhì)性能好,傳質(zhì)系數(shù)要大.3 .操作彈性大,操作性能穩(wěn)定,能適應(yīng)操作條件的變化.

43、4 .抗污,抗堵的性能好.5 .最低濕潤率要小,且具有較大的比外表積和空隙率,并能有效地利用.6 .強度大,破損小.7 .價格低廉,來源容易.因此,本次枯燥塔的填料采用瓷質(zhì)矩鞍型.塔徑的計算塔徑D二4V3600XwXn進枯燥塔的空氣量PV=nRTP1V1_P2V27T6.1O1X(21.84-273.15)X90200.180.241X(17.0273.15)=38427.10m3/h枯燥塔空塔氣速取w二m/s塔徑DD二:北二=3.37m,圓整取D=m噴淋密度L：噴淋酸40,98%H2S04,m=h,p=1816.7kg/m3噴淋密度L二小彳=13.84m3/傳質(zhì)面積的計算傳質(zhì)面積1,m2AA

44、Zir其中：G被吸收的水蒸氣kg/hAP吸收推動力,PaK吸收系數(shù),kg/AP的計算AP二(P11-P2)-(P11P2)PC721npr-P2吸收過程始末液面上被吸收氣體的平衡壓力；P2二p21109.818二0.01537116358.28/29Q55/18(116358.28-1109.28)/290.00000769P212646.6-pH11二一2410000.01098AP二(P1-P21)-(P11P2)pr一火ln乃一P22.60tnA=m/s1109.280.04628X2.60填料高度Fm21Vp兒-078好,mD=m,a=200m2/m填料容積乩二取填料高度mo壓力降A(chǔ)P

45、=0.5wZu2pgVp二-46.08m200111.晨；3./=5.08臚,Pa其中：AP填料層的壓降,Pa;阻力系數(shù),查圖得=1000;Z填料層的高度,取m；pg氣體密度,kg/m3PJO24f.00273.15C-Oi-二1-293XX-2.6825P6-P標加,102,325273.15*40111AP=0,5X1000X5.1X1.22X2.6825二9850.14Pa操作氣速的校核取瓷矩鞍填料,那么鼻=434.6,公稱尺寸DN=25mm,A=Pg=kg/m3,Pl=kg/m3,pL=13cPG=kg/h,L=kg/h,代人計算得：Wfm/sg=m/s2Wf=m/sm/s故取空塔操作

46、氣速u=m/s符合要求.塔進出口管徑的計算及選擇進料管取進料管速度u=s.m228177.5233,Vf-7-125.6m/h=m/sP1816.7=0.1925m4V_、4X0.0349TtLJJ14Xf.2查標準選用0219X9.5mm的管子,選取,JB/T81-94的法蘭.核算管內(nèi)實際流速=;二4X0.0349-m/sm/s16洲-314X空氣進氣管取空氣進管速度u=18m/sV=m3/h4V360077u4X38427.10q3600X3.14X18,班為查標準選用0900X10mm的管子,選取,JB4701-92的法蘭.核算管內(nèi)實際流速=岑二4X38427.10=W/51000mm的

47、場合,選擇溢流槽式布液器.分布點密度計算按Eckert建議值,)21200時,噴淋點密度為42點/而,因該塔液相負荷較大,布液點數(shù)為n=0.785X3/X42=382點.溢流槽式布液器的設(shè)計參考數(shù)據(jù)按分布點幾何均勻與流量均勻的原那么,進行布點設(shè)計.塔徑3400mm；噴淋槽外徑25mm,數(shù)量8條,在槽側(cè)面開孔,槽寬度為80mm,槽高度為210mm,兩槽中央矩375mm;分配槽,雙槽式,中央距1500mmo分布點采用三角形排列,實際設(shè)計點數(shù)為384點.溢流槽式布液器高度為400mmC51o填料及支撐板的選擇填料支撐裝置的根本要求：有足夠的強度以支撐填料的重量；提供足夠大的自由截面,盡量減小氣液兩相的流動阻力；有利于液體的再分布；耐腐蝕性能好,便于用各種