1、北京科技大學(xué)遠(yuǎn)程與成人教育學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題 目： 年產(chǎn)40萬(wàn)噸銅冶煉煙氣制酸系統(tǒng)轉(zhuǎn)化工藝恒算學(xué)習(xí)中心： 遠(yuǎn)程教育 專 業(yè)： 冶金工程 年 級(jí)： 姓 名： 自振華 學(xué) 號(hào)： 1220080010 指導(dǎo)教師： 張 輝 2015年 3 月 25 日目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc251932076 摘要： PAGEREF _Toc251932076 h 1 HYPERLINK l _Toc251932077 Abstract: PAGEREF _Toc251932077 h 1 HYPERLINK l _Toc251932078 第一章文獻(xiàn)綜述 PAGE

2、REF _Toc251932078 h 2 HYPERLINK l _Toc251932079 第二章 工藝說(shuō)明書(shū) PAGEREF _Toc251932079 h 4 HYPERLINK l _Toc251932080 概述 PAGEREF _Toc251932080 h 4 HYPERLINK l _Toc251932081 產(chǎn)品規(guī)模和規(guī)格 PAGEREF _Toc251932081 h 4 HYPERLINK l _Toc251932082 工藝方案敘述 PAGEREF _Toc251932082 h 4 HYPERLINK l _Toc251932083 2.2 裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明 PAGER

3、EF _Toc251932083 h 4 HYPERLINK l _Toc251932084 工藝原理 PAGEREF _Toc251932084 h 4 HYPERLINK l _Toc251932085 工藝流程說(shuō)明 PAGEREF _Toc251932085 h 5 HYPERLINK l _Toc251932086 主要設(shè)備選型說(shuō)明 PAGEREF _Toc251932086 h 5 HYPERLINK l _Toc251932087 2.2.4 化工原材料規(guī)格及用量 PAGEREF _Toc251932087 h 5 HYPERLINK l _Toc251932088 第三章 轉(zhuǎn)化工

4、序物料衡算與熱量衡算 PAGEREF _Toc251932088 h 6 HYPERLINK l _Toc251932089 轉(zhuǎn)化工序流程示意圖及簡(jiǎn)要說(shuō)明 PAGEREF _Toc251932089 h 6 HYPERLINK l _Toc251932090 3.2 確定各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率 PAGEREF _Toc251932090 h 6 HYPERLINK l _Toc251932091 溫度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 PAGEREF _Toc251932091 h 6 HYPERLINK l _Toc251932092 最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 PAGEREF _Toc251932092 h

5、7 HYPERLINK l _Toc251932093 確定操作線 PAGEREF _Toc251932093 h 7 HYPERLINK l _Toc251932094 各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率 PAGEREF _Toc251932094 h 8 HYPERLINK l _Toc251932095 3.3 轉(zhuǎn)化工序物料衡算 PAGEREF _Toc251932095 h 9 HYPERLINK l _Toc251932096 進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段氣體量及成分 PAGEREF _Toc251932096 h 10 HYPERLINK l _Toc251932097 出一段氣體量及成分 PAGEREF _T

6、oc251932097 h 10 HYPERLINK l _Toc251932098 出二段氣體量及成分 PAGEREF _Toc251932098 h 10 HYPERLINK l _Toc251932099 出三段氣體量及成分 PAGEREF _Toc251932099 h 10 HYPERLINK l _Toc251932100 出四段氣體量及成分 PAGEREF _Toc251932100 h 10 HYPERLINK l _Toc251932101 3.4 轉(zhuǎn)化器各段的熱量衡算 PAGEREF _Toc251932101 h 12 HYPERLINK l _Toc251932102

7、轉(zhuǎn)化一段反應(yīng)熱量和出口溫度 PAGEREF _Toc251932102 h 12 HYPERLINK l _Toc251932103 轉(zhuǎn)化二段反應(yīng)熱量和出口溫度 PAGEREF _Toc251932103 h 14 HYPERLINK l _Toc251932104 轉(zhuǎn)化三段反應(yīng)熱量和出口溫度 PAGEREF _Toc251932104 h 16 HYPERLINK l _Toc251932105 轉(zhuǎn)化四段反應(yīng)熱量和出口溫度 PAGEREF _Toc251932105 h 17 HYPERLINK l _Toc251932106 第四章 安全備忘錄 PAGEREF _Toc251932106

8、h 21 HYPERLINK l _Toc251932107 概述 PAGEREF _Toc251932107 h 21 HYPERLINK l _Toc251932108 二氧化硫和硫酸的危害 PAGEREF _Toc251932108 h 21 HYPERLINK l _Toc251932109 二氧化硫和硫酸運(yùn)輸、使用等應(yīng)注意的事項(xiàng)以及如何防護(hù) PAGEREF _Toc251932109 h 22 HYPERLINK l _Toc251932110 第五章 環(huán)境保護(hù)與治理建議 PAGEREF _Toc251932110 h 23 HYPERLINK l _Toc251932111 三廢主

9、要來(lái)源 PAGEREF _Toc251932111 h 23 HYPERLINK l _Toc251932112 廢氣 PAGEREF _Toc251932112 h 23 HYPERLINK l _Toc251932113 5.1.2 廢水 PAGEREF _Toc251932113 h 23 HYPERLINK l _Toc251932114 5.1.3 礦渣 PAGEREF _Toc251932114 h 23 HYPERLINK l _Toc251932115 三廢處理方案 PAGEREF _Toc251932115 h 23 HYPERLINK l _Toc251932116 5.2

10、.1 廢氣 PAGEREF _Toc251932116 h 23 HYPERLINK l _Toc251932117 5.2.2 廢水 PAGEREF _Toc251932117 h 23 HYPERLINK l _Toc251932118 5.2.3 廢渣 PAGEREF _Toc251932118 h 24 HYPERLINK l _Toc251932119 設(shè)計(jì)小結(jié) PAGEREF _Toc251932119 h 25 HYPERLINK l _Toc251932120 參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc251932120 h 26 HYPERLINK l _Toc251932121 致

11、 謝 PAGEREF _Toc251932121 h 27摘要：本設(shè)計(jì)是進(jìn)行400Kt/銅冶煉煙氣制酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)，首先，通過(guò)制定兩轉(zhuǎn)兩吸接觸法作為主工藝路線，畫(huà)出工藝流程圖，再繪制X-T平衡曲線和最適溫度曲線，根據(jù)轉(zhuǎn)化入口原料氣的組成，平衡曲線和最適溫度曲線以及催化劑的起燃溫度、使用溫度,大致估計(jì)四段轉(zhuǎn)化過(guò)程的操作線，根據(jù)操作線來(lái)進(jìn)行物料衡算和熱量衡算，完成工藝說(shuō)明書(shū)，安全備忘錄，即完成課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)?！娟P(guān)鍵詞】： 銅冶煉煙氣，兩轉(zhuǎn)兩吸接觸法，SO2觸媒，物料橫算，熱量衡算Abstract:The conversion system of 400Kt/a copper smelt off

12、 gas sulfuric acid-making process is designed on this paper. Firstly, the double conversion and double absorption of contacting technics is selected as the main process, and then the flow chart and equilibrium temperature curve and optimum temperature curve are draw corroding the above mentions. Acc

13、ording to the composition of conversion section inlet gas, the equilibrium temperature curve and optimum temperature curve, the lowest reacting temperature of catalyst, to draw the operation line of conversion for four catalyst bed performance, and the calculation of mass balance and heat balance wi

14、ll be done after drawing the operating line of four periods. At last, complete the process manual and safety procedure, to finish all design.【Key word】 copper smelt off gas, double conversion and absorption, SO2catalyst, mass balance, heat balance第一章文獻(xiàn)綜述硫酸是一種重要的基本化工原料，廣泛應(yīng)用于各個(gè)工業(yè)部門(mén)。硫酸的產(chǎn)量常被用作衡量一個(gè)國(guó)家工業(yè)發(fā)展

15、水平的標(biāo)志。硫酸主要用于生產(chǎn)化學(xué)肥料、合成纖維、涂料、洗滌劑、致冷劑、飼料添加劑和石油的精煉、有色金屬的冶煉，以及鋼鐵、醫(yī)藥和化學(xué)工業(yè)。我國(guó)的硫酸工業(yè)起始于19世紀(jì)70年代，在舊中國(guó)產(chǎn)量很少。新中國(guó)建立后，硫酸工業(yè)獲得了高速發(fā)展。傳統(tǒng)的工藝流程是硫鐵礦制酸法。這種工藝落后，不但廠區(qū)內(nèi)粉塵飛揚(yáng)，礦渣如山，而且排放出大量廢水、廢氣，嚴(yán)重污染周?chē)h(huán)境，每年僅向農(nóng)戶支付的賠償金和上繳的排污費(fèi)占據(jù)了不少生產(chǎn)成本。為了減少污染，降低生產(chǎn)成本改用硫磺制硫酸。發(fā)達(dá)國(guó)家早就開(kāi)始普遍推廣了，由于近期進(jìn)口硫磺比國(guó)內(nèi)便宜，利潤(rùn)空間很大，大多數(shù)國(guó)內(nèi)硫酸生產(chǎn)廠家轉(zhuǎn)向用硫磺法生產(chǎn)硫酸1。早在8世紀(jì)就有硝石與綠礬在一起蒸餾得

16、到硫酸的方法。Paracelsus記述了用綠礬（FeSO47H2O）為原料，放在蒸餾釜中鍛燒而制得硫酸的方法。在鍛燒過(guò)程中，綠礬發(fā)生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫與水蒸氣同時(shí)冷凝，便可得到硫酸。在18世紀(jì)40年代以前，這種方法為不少地方所采用。古代稱硫酸為“綠礬油”，就是由于采用了這種制造方法的緣故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的關(guān)鍵，但是，這一反應(yīng)在通常情況下很難進(jìn)行。后來(lái)人們發(fā)現(xiàn)，借助于催化劑的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根據(jù)使用催化劑的不同，硫酸的工業(yè)制法可分為硝化法和接觸法。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

17、硫酸。其中鉛室法在1746年開(kāi)始采用，反應(yīng)是在氣相中進(jìn)行的。在鉛室法的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的塔式法，開(kāi)始于本世紀(jì)初期。塔式法制出的硫酸濃度可達(dá)76左右。目前，我國(guó)仍有少數(shù)工廠用塔式法生產(chǎn)硫酸。以硫鐵礦為原料的接觸法硫酸生產(chǎn)過(guò)程是目前廣泛采用的方法，它創(chuàng)始于1831年，在本世紀(jì)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(shù)和催化效能不斷提高，已逐步取代價(jià)格昂貴和易中毒的鉑觸媒。世界上多數(shù)的硫酸廠都采用接觸法生產(chǎn)。新中國(guó)成立后，即大力發(fā)展先進(jìn)的接觸法硫酸生產(chǎn)，逐步代替鉛室法和塔式法。接觸法中二氧化硫在固體觸媒表面跟氧反應(yīng)，結(jié)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

18、成品酸濃度高，質(zhì)量純（不含氮化物），但爐氣的凈化和精制比較復(fù)雜。在外部換熱式轉(zhuǎn)化流程中，反應(yīng)過(guò)程與換熱過(guò)程是分開(kāi)的。氣體在床層中進(jìn)行絕熱反應(yīng)，溫度升高到一定程度后，離開(kāi)催化床進(jìn)行降溫，然后再進(jìn)入下一段床層進(jìn)行絕熱反應(yīng)。酶進(jìn)行這樣一次絕熱反應(yīng)稱為一段。為了達(dá)到較高的最終轉(zhuǎn)化率，必須采取多段催化轉(zhuǎn)化。一次轉(zhuǎn)化、一次吸收流程：所謂一次轉(zhuǎn)化、一次吸收是指SO2經(jīng)過(guò)多段轉(zhuǎn)化后只經(jīng)過(guò)一個(gè)或串聯(lián)兩個(gè)吸收塔，吸收其中SO3后就排放。這種流程比較簡(jiǎn)單，但轉(zhuǎn)化率相對(duì)較低，一般不超過(guò)97%。在60年代以前，我國(guó)硫酸廠大多數(shù)采用這種流程。兩次轉(zhuǎn)化、兩次吸收流程：60年代以來(lái)，轉(zhuǎn)化工藝流程最大的變化就是采用了兩次轉(zhuǎn)化、

19、兩次吸收新流程，簡(jiǎn)稱為兩轉(zhuǎn)兩吸。這項(xiàng)新技術(shù)開(kāi)始時(shí)，著眼于充分利用硫的資源和減少SO222排放量；4.所需換熱面積較大；5.系統(tǒng)阻力比一轉(zhuǎn)一吸增加4-5kPa。第二章 工藝說(shuō)明書(shū)概述產(chǎn)品規(guī)模和規(guī)格年操作日：300天/年生產(chǎn)方式：連續(xù)生產(chǎn)生產(chǎn)能力：轉(zhuǎn)化處理煙氣量122315Nm3/h，硫回收率98.84%， 二氧化硫轉(zhuǎn)化率9%，廢酸排放量288m3/d，排放酸濃度49.6g/L，其中SO2含量 822mg/m3，酸霧含量3.1mg/m3；尾氣污染物含量均低于大氣污染物綜合排放標(biāo)準(zhǔn)（GB16297-1996）的相關(guān)規(guī)定，滿足排放要求。 產(chǎn)品規(guī)格：根據(jù)硫平衡計(jì)算，硫酸產(chǎn)量40萬(wàn)噸/年（100% H2S

20、O4），產(chǎn)品酸規(guī)格98.5%，質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)工業(yè)硫酸（GB/T534-2002）中一級(jí)品的要求。工藝方案敘述國(guó)內(nèi)生產(chǎn)硫酸的方法主要是用硝化法和接觸法，考慮到硝化法所需設(shè)備龐大，用鉛很多，檢修麻煩，腐蝕設(shè)備，反應(yīng)緩慢，本設(shè)計(jì)采用的是接觸法，該方法制得的成品酸濃度高，純度較高。理論上催化氧化操作過(guò)程的段數(shù)越多，最終轉(zhuǎn)化率越高，而且過(guò)程更接近于最佳溫度曲線，催化劑的利用率越高。本設(shè)計(jì)的生產(chǎn)過(guò)程采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝流程，即將二氧化硫經(jīng)過(guò)三段轉(zhuǎn)化后進(jìn)入一吸塔吸收，吸收一次轉(zhuǎn)化生成的SO3，而后，剩余的SO2返回轉(zhuǎn)化工序，通過(guò)四段觸媒，進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化后，再返回二吸塔吸收生成的SO3，吸收達(dá)標(biāo)的尾氣排放。轉(zhuǎn)化工藝

21、采用四段3+1兩次轉(zhuǎn)化，一次轉(zhuǎn)化以后生成的SO3被一吸塔吸收以后，吸收率99.99%以上，將一次轉(zhuǎn)化所生成的SO3移除煙氣的氣象組分，減少生成物，有利于提高二次轉(zhuǎn)化的反應(yīng)推動(dòng)力和正反應(yīng)速率，SO2轉(zhuǎn)化率將達(dá)到99.。 裝置設(shè)計(jì)說(shuō)明為確?？傓D(zhuǎn)化率99.8%，轉(zhuǎn)化觸媒采用進(jìn)口高效觸媒，部分為低溫觸媒。SO2鼓風(fēng)機(jī)采用進(jìn)口產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)SO2風(fēng)機(jī)的的制造水平，通常采用一用一備的 配置，這樣，不但增加了占地，而且維護(hù)量較大、設(shè)備利用率低。轉(zhuǎn)化熱交換器及SO3冷卻器選用新型急擴(kuò)加速流縮放管殼式換熱器。該換熱器采用雙面強(qiáng)化傳熱的縮放型傳熱管，對(duì)管內(nèi)外兩側(cè)氣體均有促進(jìn)界面湍流，強(qiáng)化對(duì)流傳熱，使得總傳熱系數(shù)可

22、達(dá)36W/(m2K），節(jié)省了傳熱面積；該換熱器采用空心環(huán)管間支承結(jié)構(gòu)，可降低流體阻力，且殼程環(huán)狀進(jìn)出口不易積垢，有利于降低能耗。 工藝原理二氧化硫轉(zhuǎn)化通常是在不高于0.5MPa壓力下進(jìn)行，而且SO2、SO3濃度又較低，體系可視為理想氣體。二氧化硫氧化反應(yīng)是一個(gè)可逆放熱反應(yīng)： 工藝流程說(shuō)明轉(zhuǎn)化工藝采用四段3+1兩次轉(zhuǎn)化，III，IIV，II換熱流程。圖1轉(zhuǎn)化工序流程圖從SO2鼓風(fēng)機(jī)出來(lái)的煙氣，依次通過(guò)III、I換熱器，與三段轉(zhuǎn)化、一段轉(zhuǎn)化后的高溫?zé)煔膺M(jìn)行換熱后，氣體升溫至430，進(jìn)入一段轉(zhuǎn)化，在此，煙氣中的大部分SO2被轉(zhuǎn)化成SO3，反應(yīng)放出的熱使煙氣溫度升高，為提高SO2轉(zhuǎn)化率，經(jīng)換熱器降溫后

23、進(jìn)入二段轉(zhuǎn)化，在此，煙氣中的部分SO2被轉(zhuǎn)化成SO3，從二段轉(zhuǎn)化出來(lái)的高溫?zé)煔饨?jīng)換器降溫后進(jìn)入三段轉(zhuǎn)化，煙氣中的SO2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO3，從三段轉(zhuǎn)化出來(lái)的高溫?zé)煔庖来谓?jīng)換熱器、SO3冷卻器降溫冷卻后，進(jìn)入中間吸收塔。在吸收塔煙氣中SO3被塔上部噴淋的98%酸充分吸收，吸收后約83的氣體，經(jīng)過(guò)IV換熱器、換熱器，被四段轉(zhuǎn)化、二段轉(zhuǎn)化后的高溫?zé)煔饧訜嵘郎刂?30，進(jìn)入四段轉(zhuǎn)化，煙氣中的SO2進(jìn)一步轉(zhuǎn)化為SO3，出四段轉(zhuǎn)化后的高溫?zé)煔饨?jīng)換熱器冷卻降溫后進(jìn)入最終吸收塔，出最終吸收塔的煙氣經(jīng)尾氣煙囪排放。在吸收塔，煙氣中SO3被塔頂噴淋的98%酸充分吸收。 主要設(shè)備選型說(shuō)明考慮到轉(zhuǎn)化器設(shè)計(jì)應(yīng)讓二氧化硫盡

24、可能在最優(yōu)化溫度條件下反應(yīng)，最大限度的利用二氧化硫反應(yīng)放出的熱量，設(shè)備阻力既要小，又能使氣體分布均勻。故考慮使用外部換熱型轉(zhuǎn)化器。換熱器考慮到氣體有一定腐蝕性，故選用列管式換熱器風(fēng)機(jī)選用離心通風(fēng)機(jī)。2.2.4 化工原材料規(guī)格及用量 進(jìn)入轉(zhuǎn)化器氣體組成：系統(tǒng)處理煙氣量為122315Nm3/h，SO2占%，O2占10.22%，N2占75.745%煙氣成份SO2SO3O2CO2N2H2O合計(jì)%2 微量19 2100 SO2催化劑選型：本設(shè)計(jì)采用的催化劑型號(hào)有：丹麥TOPSO生成的VK59,VK38 和VK48，針對(duì)轉(zhuǎn)化器各層進(jìn)口溫度和氣體組分的特點(diǎn)，進(jìn)行科學(xué)分配、填裝。觸媒名稱促進(jìn)類(lèi)型V2O5含量起

25、燃溫度操作溫度熱穩(wěn)定性篩分損失填裝位置需求量VK38鉀促進(jìn)7%36040063065057%一、二、三層212 m3VK48鉀促進(jìn)8%36040055065057%三層觸媒83 m3VK59銫促進(jìn)5%32037050065057%一層觸媒表面15 m3觸媒填裝系數(shù)235 L/噸酸d觸媒總填裝量310 m3第三章 轉(zhuǎn)化工序物料衡算與熱量衡算轉(zhuǎn)化工序流程示意圖及簡(jiǎn)要說(shuō)明凈化干燥后的氣體,換熱器殼程轉(zhuǎn)化器一層觸媒換熱器管程程轉(zhuǎn)化器二層觸媒換熱器管程轉(zhuǎn)化器三層觸媒換熱器管程SO3冷卻器，換熱器殼程轉(zhuǎn)化器四層觸媒，換熱器管程圖2 轉(zhuǎn)化工序流程工藝說(shuō)明 確定各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率溫度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系在40

26、0700時(shí)， 公式(見(jiàn)化工工藝工程設(shè)計(jì)鄒蘭，閻傳智編) 公式（3.1） 式中： 平衡常數(shù) 溫度/K平衡轉(zhuǎn)化率 公式(見(jiàn)化工工藝工程設(shè)計(jì)鄒蘭，閻傳智編) 公式（3.2）式中：=8%進(jìn)轉(zhuǎn)化器的爐氣中的SO2的濃度（%）=10%進(jìn)轉(zhuǎn)化器的爐氣中的O2的濃度（%）系統(tǒng)總壓力取反應(yīng)溫度T由公式（3.1）計(jì)算由公式（3.2）計(jì)算依此計(jì)算得平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系列表：表1 平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系400420440460480500520540560580XT最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 公式(見(jiàn)化工工藝工程設(shè)計(jì)鄒蘭，閻傳智編) 公式（3.3）取不同值，計(jì)算。計(jì)算得最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系列表：表2 最適宜溫度與

27、轉(zhuǎn)化率的關(guān)系XT確定操作線3.2.3.1 進(jìn)氣組成：SO2占%，O2占10.22%，N2占75.745%所選取釩催化劑的起燃溫度為360，確定轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口溫度390，而氣體經(jīng)每層觸媒后溫度升高，計(jì)算式是： 公式(見(jiàn)化工工藝工程設(shè)計(jì)鄒蘭，閻傳智編) 公式（3.4）3.2.3.2 SO2絕熱溫升系數(shù)的計(jì)算：轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度與與絕熱溫升系數(shù)的關(guān)系為： 公式（3.5） 式中a為二氧化硫的初始?xì)怏w百分比濃度，R為復(fù)相光系數(shù)。 公式（見(jiàn)文獻(xiàn)二氧化硫氧化反應(yīng)絕熱溫升系數(shù)的計(jì)算，角仕榮，萬(wàn)鼎麟）依據(jù)上述公式，一段觸媒入口SO2絕熱溫升系數(shù)為所以，依據(jù)公式（3.5）計(jì)算可得：濃度為%的SO2對(duì)應(yīng)的值為292

28、.19，為考慮冶煉煙氣制酸SO2濃度波動(dòng)大，并保留一定設(shè)計(jì)余量的因素，實(shí)際絕熱溫升系數(shù)需進(jìn)行適量增大，所以實(shí)際的取值為： 3.2.3.3 操作線溫度的確定： 已知轉(zhuǎn)化器一段表面為VK59觸媒，中下部為VK38觸媒，起燃溫度分別為320和360，使用的溫度為370500和400630，考慮到冶煉煙氣制酸SO2濃度波動(dòng)較大的特點(diǎn)，使操作線盡量與最適溫度曲線靠近，同時(shí)口溫度在催化劑的使用溫度范圍內(nèi)，取轉(zhuǎn)化器一段的進(jìn)口溫度為390，慮到轉(zhuǎn)化煙氣的預(yù)熱過(guò)程是依次經(jīng)過(guò)第一、第二、第三、第四換熱器，對(duì)應(yīng)于第四、第一、第二、第三段反應(yīng)器的冷卻，所以如果考慮每個(gè)換熱器的換熱面積相當(dāng)，則各段觸媒出口氣體冷卻降溫的

29、溫差應(yīng)為第一段大于第二段，第二段大于第三段，按照這個(gè)原則，分別取第一段至二段的降溫的溫差為164，第二段至三段的降溫溫差為71，第三段至四段的降溫的溫差為45，并且每一段轉(zhuǎn)化器的出口溫度和轉(zhuǎn)化率對(duì)應(yīng)的點(diǎn)都在平衡曲線和最佳溫度曲線之間，由此估算得到轉(zhuǎn)化器各段觸媒的操作曲線。各段進(jìn)口溫度及轉(zhuǎn)化率表3 兩次轉(zhuǎn)化分段轉(zhuǎn)化率和溫度觸媒段數(shù)一二三四轉(zhuǎn)化率95進(jìn)口溫度390445445420進(jìn)口濃度%10.562 3.433 0.395 0.020 絕熱溫升系數(shù)325.50 325.50 325.50 325.50 出口溫度/609.71 513.36 466.16 435.62 由公式以及表3的數(shù)據(jù)可得：

30、轉(zhuǎn)化器第一段操作線方程：第二段操作線方程：第三段操作線方程；第四段操作線方程；圖2 四段反應(yīng)過(guò)程的X-T關(guān)系圖 轉(zhuǎn)化工序物料衡算本設(shè)計(jì)按照硫酸產(chǎn)量40萬(wàn)噸/年（100% H2SO4），轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化系統(tǒng)處理風(fēng)量為122315Nm3/h， 二氧化硫轉(zhuǎn)化率9%，可得到每小時(shí)SO2氣體mol項(xiàng)目硫酸年產(chǎn)量年生產(chǎn)天數(shù)SO2濃度成品酸濃轉(zhuǎn)化率吸收率轉(zhuǎn)化系統(tǒng)進(jìn)風(fēng)量單位萬(wàn)噸/年天%Nm3/h數(shù)值40.000 300 10.56%98.50%99.80%99.99%122315 為便于設(shè)計(jì)計(jì)算，取轉(zhuǎn)化系統(tǒng)1小時(shí)的進(jìn)風(fēng)量122315Nm3進(jìn)行計(jì)算，已知SO2占%，O2占10.220%，N2占75.745%

31、，CO2為3.461%，H2O為0.012，其中CO2和H2O不參與轉(zhuǎn)化反應(yīng)，為便于計(jì)算，將兩者組分份額歸并至N2組分計(jì)算，所以假設(shè)N2占79.218%進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段氣體量及成分以122315的進(jìn)氣總量為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算，已知SO2占%，O2占10.220%，N2占%，可得煙氣總摩爾量為 ，則對(duì)于組分有： 對(duì)于組分有： 對(duì)于組分有： 出一段氣體量及成分已知煙氣在一段觸媒轉(zhuǎn)化率為67.5%，可得出一段氣體組分和摩爾量為： 出二段氣體量及成分已知煙氣在二段觸媒轉(zhuǎn)化率為88.5%，可得出二段氣體組分和摩爾量為： 出三段氣體量及成分已知煙氣在三段觸媒轉(zhuǎn)化率為95.0%，可得出三段氣體組分和摩爾量為： 3.3

32、.5進(jìn)四段氣體量及成分 已知煙氣在三段觸媒轉(zhuǎn)化率為95.0%，出三段以后的煙氣完成一次轉(zhuǎn)化的過(guò)程，并進(jìn)入一吸塔生的SO3以99.99%的吸收率被吸收，而后返回轉(zhuǎn)化工序，假設(shè)一次轉(zhuǎn)化生成的SO3在一吸塔內(nèi)被100%吸收，且SO2和O2在一吸塔內(nèi)的溶解量為0，則可得出三段氣體組分和摩爾量為： 3.3.6出四段氣體量及成分已知煙氣在四段觸媒轉(zhuǎn)化率為99.8%，可得出四段氣體組分和摩爾量為： 由以上計(jì)算匯總轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果于表5表5 轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果進(jìn)一段（） ） ） ） SO2576.74 36911.36 12918.98 O2558.50 17872.00 12510.40 N24325.6

33、9 121119.32 96895.46 5460.93 175902.68 122324.83 100出一段（進(jìn)二段）SO2187.44 11996.16 4198.66 3.56 SO3389.30 37372.80 8720.32 7.39 O2363.85 12457.60 8150.24 6.91 N24325.69 10187.80 96895.46 82.14 5266.28 72014.36 117964.67 100.00 出二段（進(jìn)三段）SO266.32 4244.48 1485.57 1.27 SO3510.41 48999.36 11433.18 9.80 O2303.

34、30 16333.12 6793.92 5.83 N24325.69 8492.40 96895.46 83.09 5205.72 78069.36 116608.13 100.00 出三段（進(jìn)一吸塔）SO228.84 1845.76 646.02 0.56 SO3547.90 52598.40 12272.96 10.56 O2284.55 17532.80 6373.92 5.49 N24325.69 7967.40 96895.46 83.40 5186.98 79944.36 116188.35 100.00 進(jìn)四段（出一吸塔）SO228.84 1845.76 646.02 0.56

35、SO30.00 0.00 0.00 0.00 O2284.55 18211.20 6373.92 5.49 N24325.69 276844.16 96895.46 83.40 4639.08 296901.12 103915.39 89.44 出四段SO21.15 73.60 25.76 0.02 SO320.19 1938.24 452.26 0.44 O2270.79 646.08 6065.70 5.86 N24325.69 7582.12 96895.46 93.67 4617.82 10240.04 103439.17 100.00 轉(zhuǎn)化器各段的熱量衡算氣體的摩爾熱熔量可按下式求出

36、轉(zhuǎn)化一段反應(yīng)熱量和出口溫度(1)進(jìn)轉(zhuǎn)化器第一段氣體帶入熱量（以每小時(shí)氣量計(jì)算）。已知進(jìn)一段觸媒層氣體溫度為390，所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故進(jìn)一段氣體每升高1所需熱量為： SO2所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：帶入熱量=(2)已知出轉(zhuǎn)化器第一段氣體溫度609所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容：SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故出一段氣體每升高1所需熱量為：SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：(3)反應(yīng)熱摩爾反

37、應(yīng)熱總反應(yīng)熱一段出口溫度(4)一段出口氣體帶出熱量轉(zhuǎn)化二段反應(yīng)熱量和出口溫度(1)進(jìn)轉(zhuǎn)化器第二段氣體帶入熱量（以每小時(shí)氣量計(jì)算）已知進(jìn)二段觸媒層氣體溫度為445，所以可得氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容： SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故進(jìn)二段氣體每升高1所需熱量為： SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：帶入熱量=(2)已知出轉(zhuǎn)化器第二段氣體溫度516所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容： SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故出二段氣體每升高1所需熱量為：SO2

38、所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量；N2所需熱量：所需總熱量：(3)反應(yīng)熱摩爾反應(yīng)熱總反應(yīng)熱二段出口溫度(4)二段出口氣體帶出熱量轉(zhuǎn)化三段反應(yīng)熱量和出口溫度(1)進(jìn)轉(zhuǎn)化器第三段氣體帶入熱量（以每小時(shí)氣量計(jì)算）已知進(jìn)三段觸媒層氣體溫度為445所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容： SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故進(jìn)三段氣體每升高1所需熱量為： SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：帶入熱量=(2)出轉(zhuǎn)化器第三段氣體溫度465各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容：SO3的平均摩爾熱容： O2的平

39、均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故出三段氣體每升高1所需熱量為：SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：(3)反應(yīng)熱摩爾反應(yīng)熱總反應(yīng)熱三段出口溫度(4)三段出口氣體帶出熱量轉(zhuǎn)化四段反應(yīng)熱量和出口溫度(1)進(jìn)轉(zhuǎn)化器第四段氣體帶入熱量（以每小時(shí)氣量計(jì)算）已知進(jìn)四段觸媒層氣體溫度為420所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容： SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故進(jìn)四段氣體每升高1所需熱量為： SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量：帶入熱量=(2)已知出轉(zhuǎn)化器第四段氣體溫度439所

40、以可得各組分氣體的平均摩爾熱容：SO2的平均摩爾熱容：SO3的平均摩爾熱容： O2的平均摩爾熱容： N2的平均摩爾熱容： 故出四段氣體每升高1所需熱量為：SO2所需熱量：SO3所需熱量：O2所需熱量：N2所需熱量：所需總熱量： (3)反應(yīng)熱摩爾反應(yīng)熱總反應(yīng)熱四段出口溫度 (4)四段出口氣體帶出熱量轉(zhuǎn)化器熱量平衡見(jiàn)表6表6 轉(zhuǎn)化器熱量衡算結(jié)果段數(shù)氣體進(jìn)口反應(yīng)熱量氣體出口溫度熱量溫度熱量一段390609106043688.04 二段445516三段4453737962.94 465四段4202014193.87 439281588983.49 56597781.25 338186764.74 第四

41、章 安全備忘錄概述本設(shè)計(jì)中的主要危害物為原料氣中二氧化硫，以及產(chǎn)物硫酸。二氧化硫是大氣中主要污染物之一，是衡量大氣是否遭到污染的重要標(biāo)志。 在我國(guó)的一些城鎮(zhèn)，大氣中二氧化硫的危害較為普遍而又嚴(yán)重。而硫酸對(duì)皮膚、粘膜等組織有強(qiáng)烈的刺激和腐蝕作用，會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生嚴(yán)重危害，所以對(duì)這些物質(zhì)必須進(jìn)行有效的防范。二氧化硫和硫酸的危害二氧化硫進(jìn)入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滯在上呼吸道，在濕潤(rùn)的粘膜上生成具有腐蝕性的亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，使刺激作用增強(qiáng)。上呼吸道的平滑肌因有末梢神經(jīng)感受器，遇刺激就會(huì)產(chǎn)生窄縮反應(yīng)，使氣管和支氣管的管腔縮小，氣道阻力增加。上呼吸道對(duì)二氧化硫的這種阻留作用，在一定程度上可減

42、輕二氧化硫?qū)Ψ尾康拇碳?。但進(jìn)入血液的二氧化硫仍可通過(guò)血液循環(huán)抵達(dá)肺部產(chǎn)生刺激作用。二氧化硫可被吸收進(jìn)入血液，對(duì)全身產(chǎn)生毒副作用，它能破壞酶的活力，從而明顯地影響碳水化合物及蛋白質(zhì)的代謝，對(duì)肝臟有一定的損害。動(dòng)物試驗(yàn)證明，二氧化硫慢性中毒后，機(jī)體的免疫受到明顯抑制。二氧化硫濃度為1015ppm時(shí)，呼吸道纖毛運(yùn)動(dòng)和粘膜的分泌功能均能受到抑制。濃度達(dá)20ppm時(shí)，引起咳嗽并刺激眼睛。若每天吸入濃度為100ppm8小時(shí)，支氣管和肺部出現(xiàn)明顯的刺激癥狀，使肺組織受損。濃度達(dá)400ppm時(shí)可使人產(chǎn)生呼吸困難。二氧化硫與飄塵一起被吸入，飄塵氣溶膠微?？砂讯趸驇У椒尾渴苟拘栽黾?4倍。若飄塵表面吸附金屬微

43、粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化為硫酸霧，其刺激作用比二氧化硫增強(qiáng)約1倍。長(zhǎng)期生活在大氣污染的環(huán)境中，由于二氧化硫和飄塵的聯(lián)合作用，可促使肺泡纖維增生。如果增生范圍波及廣泛，形成纖維性病變，發(fā)展下去可使纖維斷裂形成肺氣腫。二氧化硫可以加強(qiáng)致癌物的致癌作用。據(jù)動(dòng)物試驗(yàn)，在二氧化硫作用下，動(dòng)物肺癌的發(fā)病率高于單個(gè)因子的發(fā)病率，在短期內(nèi)即可誘發(fā)肺部扁平細(xì)胞癌。硫酸蒸氣或霧可引起結(jié)膜炎、結(jié)膜水腫、角膜混濁，以致失明；引起呼吸道刺激，重者發(fā)生呼吸困難和肺水腫；高濃度引起喉痙攣或聲門(mén)水腫而窒息死亡?？诜笠鹣罒齻灾聺冃纬桑粐?yán)重者可能有胃穿孔、腹膜炎、腎損害、休克等。皮膚灼傷輕者出現(xiàn)紅斑、重者形

44、成潰瘍，愈后癍痕收縮影響功能。濺入眼內(nèi)可造成灼傷，甚至角膜穿孔、全眼炎以至失明。慢性影響：牙齒酸蝕癥、慢性支氣管炎、肺氣腫和肺硬化。環(huán)境危害：對(duì)環(huán)境有危害，對(duì)水體和土壤可造成污染。燃爆危險(xiǎn)： 本品助燃，具強(qiáng)腐蝕性、強(qiáng)刺激性，可致人體灼傷。二氧化硫和硫酸運(yùn)輸、使用等應(yīng)注意的事項(xiàng)以及如何防護(hù)生產(chǎn)、運(yùn)輸和使用二氧化硫時(shí)應(yīng)嚴(yán)格按照刺激性氣體有害作業(yè)要求操作和作好個(gè)人防護(hù)，可將數(shù)層紗布用飽和碳酸氫鈉溶液及1%甘油濕潤(rùn)后夾在紗布口罩中，工作前后用2%碳酸氫鈉溶液漱口。生產(chǎn)和使用場(chǎng)所空氣中二氧化硫濃度不應(yīng)超過(guò)15mg/m3的最高容許濃度。有明顯呼吸系統(tǒng)及心血管系統(tǒng)疾病者，禁止從事與二氧化硫有關(guān)的作業(yè)。若有人

45、中毒，應(yīng)立即將患者移離有毒場(chǎng)所，呼吸新鮮空氣或氧氣、霧化吸入2%5%碳酸氫鈉+氨茶堿+地塞米松+抗生素。用生理鹽水或清水徹底沖洗眼結(jié)膜囊及被液體二氧化硫污染的皮膚。.對(duì)吸入高濃度二氧化硫有明顯刺激癥狀，但無(wú)體征者，應(yīng)密切觀察不少于48h，并對(duì)癥治療。積極防治肺水腫，可早期、足量、 短期應(yīng)用糖皮質(zhì)激素。需要時(shí)可用二甲基硅油消泡劑。硫酸操作處置：密閉操作，注意通風(fēng)。操作盡可能機(jī)械化、自動(dòng)化。操作人員必須經(jīng)過(guò)專門(mén)培訓(xùn)，嚴(yán)格遵守操作規(guī)程。建議操作人員佩戴自吸過(guò)濾式防毒面具（全面罩），穿橡膠耐酸堿服，戴橡膠耐酸堿手套。遠(yuǎn)離火種、熱源，工作場(chǎng)所嚴(yán)禁吸煙。遠(yuǎn)離易燃、可燃物。防止蒸氣泄漏到工作場(chǎng)所空氣中。避免與還原劑、堿類(lèi)、堿金屬接觸。搬運(yùn)時(shí)要輕裝輕卸，防止包裝及容器損壞。配備相應(yīng)品種和數(shù)量的消防器材及泄漏應(yīng)急處理設(shè)備。倒空的容器可能殘留有害物。稀釋或制備溶液時(shí)，應(yīng)把酸加入水中，避免沸騰和飛濺。硫酸運(yùn)輸注意事項(xiàng)： 本品鐵路運(yùn)輸時(shí)限使用鋼制企業(yè)自備罐車(chē)裝運(yùn)