年產(chǎn)20萬(wàn)噸硫酸合成段工藝設(shè)計(jì)目錄摘要 31引言 51.1選題的目的及意義 51.2硫酸的性質(zhì) 51.2.1物理性質(zhì) 51.2.2化學(xué)性質(zhì) 21.3硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝及對(duì)比 21.3.1硫磺制酸工藝 21.3.2硫鐵礦制酸工藝 31.3.3冶煉氣制酸 31.3.4煙氣對(duì)比 32工藝流程選擇 42.1生產(chǎn)的基本原理 42.2生產(chǎn)方法的選擇 62.3.1廢熱鍋爐的選擇 62.3.2焚硫爐的設(shè)計(jì) 72.3.3轉(zhuǎn)化器的選擇 72.3.4酸冷卻器 72.3.5省煤器 72.3.6過熱器 73工藝計(jì)算 83.1物料衡算 83.1.1已知條件 83.1.2系統(tǒng)物料衡算 93.1.3空氣干燥 113.2焚硫 123.2.1爐氣量 123.2.2進(jìn)口量 133.2.3焚硫爐 133.3一次轉(zhuǎn)化 143.3.1計(jì)算平衡曲線 143.3.2轉(zhuǎn)化率的分配 153.3.3一轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口物料衡算 163.4第一吸收塔 173.5二次轉(zhuǎn)化 183.5.1計(jì)算平衡曲線 183.5.2二轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口物料平衡 193.6換熱器及換熱面積的計(jì)算 203.6.1高溫過熱器 203.6.2第Ⅰ換熱器 213.6.3第Ⅱ換熱器 213.6.4第Ⅰ省煤器 223.6.5第Ⅰ低溫過熱器 233.6.6第Ⅱ低溫過熱器 233.6.7第Ⅱ省煤器 243.7第二吸收塔 254三廢的來(lái)源及處理 264.1廢氣中有害物質(zhì) 264.2廢水處理 264.3廢渣處理 265經(jīng)濟(jì)核算 275.1工程費(fèi)用 275.2其他費(fèi)用 285.3產(chǎn)品單元成本 286結(jié)論 29參考文獻(xiàn) 29附錄一硫酸生產(chǎn)總工段設(shè)備圖 32附錄二吸收塔設(shè)備條件圖 33摘要：硫酸是一種無(wú)機(jī)化合物，化學(xué)式是H2SO4，最重要的\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"含氧酸也就是硫酸。純凈的硫酸為無(wú)色油狀液體，10.36℃時(shí)\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"結(jié)晶。硫酸是一種重要的工業(yè)原料，可用于制造肥料、藥物、炸藥、顏料、\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"洗滌劑、\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"蓄電池等，也廣泛應(yīng)用于凈化石油、金屬冶煉以及染料等工業(yè)中。所以，硫酸的合成對(duì)現(xiàn)代人類生活有著極大的便利。本課題是年產(chǎn)20萬(wàn)噸硫磺制制酸工段設(shè)計(jì)，相比起其他合成硫酸的工藝，硫磺制酸簡(jiǎn)便了許多，節(jié)約了投資成本，產(chǎn)品質(zhì)量高。該工段設(shè)計(jì)包含了主要設(shè)備選擇、工藝流程配置、環(huán)境保護(hù)等。該工藝主要由三個(gè)部分組成:硫磺燃燒、轉(zhuǎn)化和吸收。其原理主要就是：在焚硫階段，硫與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫（霧化蒸發(fā)），然后轉(zhuǎn)化塔二氧化硫與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫（轉(zhuǎn)化反應(yīng)和催化劑催化），最后在吸收塔中三氧化硫與水反應(yīng)生成硫酸。此次吸收工段采用的是業(yè)內(nèi)成熟的兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，此工藝能顧減少?gòu)U水和廢氣，還能提升硫的利用率，節(jié)約了成本，還使避免了資源浪費(fèi)。關(guān)鍵詞:硫酸；工段設(shè)計(jì)；兩轉(zhuǎn)兩吸;1引言1.1選題的目的及意義硫酸是我國(guó)重要的工業(yè)原料之一，廣泛應(yīng)用于冶金、石油等工業(yè)，其主要產(chǎn)地在云南(16.34%)、湖北(9.50%)等地，區(qū)域集中度較低。隨著目前工業(yè)產(chǎn)業(yè)不斷快速發(fā)展，各種化工產(chǎn)品的生產(chǎn)也得到快速發(fā)展。2016-2020年我國(guó)硫酸（折100%）產(chǎn)量均在九千萬(wàn)噸以上，2020年產(chǎn)量為9238萬(wàn)噸，同比增長(zhǎng)1.3%[1]。目前硫酸的生產(chǎn)由于采用的原料不同，所以導(dǎo)致生產(chǎn)的工藝也形式各異。此次設(shè)計(jì)我以硫?yàn)樵仙a(chǎn)硫酸大大簡(jiǎn)化了工藝，節(jié)約了投資成本，產(chǎn)品質(zhì)量高。1.2硫酸的性質(zhì)1.2.1物理性質(zhì)純硫酸普遍為無(wú)色的油狀液體，密度1.84g/cm3，沸點(diǎn)337℃，任意比例的硫酸都能和水互溶，且能放出大量的熱，讓水達(dá)到沸騰狀態(tài)。當(dāng)它達(dá)到290℃時(shí)三氧化硫就會(huì)被釋放出來(lái)，溶液變?yōu)?8.54%的水溶液，而溫度達(dá)到317℃時(shí)則會(huì)沸騰，形成共沸混合物。圖1硫酸的結(jié)構(gòu)式及鍵長(zhǎng)濃度的差異不同濃度的硫酸有不同的應(yīng)用，下表為一些常見的濃度級(jí)別差異表1-1硫酸濃度差異表H2SO4比重相應(yīng)密度（kg/L）濃度（mol/L）俗稱10%1.07～1稀硫酸29～32%1.25～1.284.25～5鉛酸蓄電池酸62～70%1.52～1.609.6～11.5室酸、肥料酸98%1.83%～18濃硫酸（2）極性與導(dǎo)電性純硫酸是一種介電系數(shù)大概為100的極性特別大的液體。正因?yàn)樗蟹浅８叩膶?dǎo)電性，表明它的分子和分子之間可以相互質(zhì)子化對(duì)方，而這種質(zhì)子化對(duì)方的過程就被稱為質(zhì)子自遷移。如下所示：1.2.2化學(xué)性質(zhì)腐蝕性在硫酸溶劑體系中，質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物正是因?yàn)镠3SO4+經(jīng)常起酸的作用：脫水性脫水是指根據(jù)水中氫和氧原子之間的組成，用濃硫酸除去非游離水分子或除去有機(jī)物質(zhì)中的氫和氧元素的過程。就硫酸而言，脫水是濃硫酸的本質(zhì)，而不是它的性質(zhì)。濃硫酸具有脫水作用且很強(qiáng)，并根據(jù)脫水過程中水的組成比例將其除去。（3）強(qiáng)氧化性當(dāng)還原劑的量和種類不同時(shí)硫酸還能被還原為SO2，S或H2S；例如，HBr，H2S和HI在還原劑過量的情況下將濃硫酸還原成不一樣的物質(zhì)：還原劑量不同時(shí)，產(chǎn)物也可能有所不同：1.3硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝及對(duì)比1.3.1硫磺制酸工藝隨著硫酸生產(chǎn)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，硫磺制酸工藝在當(dāng)前硫酸生產(chǎn)中占據(jù)越來(lái)越重要的地位，并且有著越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。對(duì)于硫磺制酸工藝而言，其在實(shí)際應(yīng)用中所表現(xiàn)出的優(yōu)點(diǎn)就是比較簡(jiǎn)便快捷，在整個(gè)生產(chǎn)中包括三個(gè)流程內(nèi)容，即熔硫環(huán)節(jié)、焚硫轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)以及干燥成品環(huán)節(jié)。其中硫磺制酸工藝中干燥成品工藝的優(yōu)點(diǎn)就是所需要的時(shí)間比較短，成本也比較低，所產(chǎn)生的污染也比較少，已經(jīng)成為目前應(yīng)用十分廣泛的一種方法，具有較高的應(yīng)用價(jià)值[2]。1.3.2硫鐵礦制酸工藝硫鐵礦屬于十分重要的一種硫源，在硫酸制備中也是十分重要的原料。在硫鐵礦制酸工藝中，干吸及轉(zhuǎn)化環(huán)節(jié)也是十分重要的一點(diǎn)。對(duì)于凈化之后煙氣，可促使其通入干燥塔中，使其中水分得以去除，通過干燥后可有效降低蒸汽中含水量，在通過鼓風(fēng)機(jī)后可促使其進(jìn)入轉(zhuǎn)化工序中。在目前硫鐵礦制酸工藝中，應(yīng)用比較廣泛的轉(zhuǎn)化方法就是四段雙接觸工藝，在這種技術(shù)轉(zhuǎn)化率比較高，其轉(zhuǎn)化率基本上能夠達(dá)到100%，可使原料浪費(fèi)得以很大程度減少?？偟膩?lái)說(shuō)，其優(yōu)點(diǎn)就是資源比較豐富，成本相對(duì)比較到，具有較大的資源基礎(chǔ)，但是這一工藝也存在缺陷，即需要的時(shí)間比較長(zhǎng)，對(duì)于會(huì)對(duì)環(huán)境造成一定程度的污染。1.3.3冶煉氣制酸在目前的硫酸生產(chǎn)過程中，冶煉氣制酸工藝屬于新型的生產(chǎn)工藝，其主要就是通過金屬冶煉所產(chǎn)生氣體實(shí)現(xiàn)硫酸制備的一種方法。對(duì)于不同生產(chǎn)廠家而言，采用冶煉氣制硫酸過程中，設(shè)備和冶煉氣的成分也會(huì)有所不同。并且相關(guān)工藝流程也有所差異。就目前實(shí)際情況而言，在硫酸的生產(chǎn)中，從氣體中提取的酸有四種以上，它們是制干酸和冷凝酸、使不穩(wěn)定狀態(tài)發(fā)生變化、清除酸、僅清除酸的方法。它們改變了清除酸的方法。在上述四種方法的應(yīng)用中，更多的用途是清除酸和產(chǎn)生兩次酸，這一工藝有點(diǎn)就是對(duì)于硫具有較高利用率，并且可使硫酸生產(chǎn)質(zhì)量得到較好的保障，對(duì)于環(huán)境所產(chǎn)生的污染也比較少，因而屬于比較有效的一種生產(chǎn)方式，也是比較先進(jìn)的生產(chǎn)方式，但是，這一工藝在實(shí)際應(yīng)用中對(duì)于工藝技術(shù)水平具有較高的要求，需要相關(guān)技術(shù)人員能夠充分掌握相關(guān)工藝，在此基礎(chǔ)上才能夠使硫酸制備得到滿意效果。1.3.4煙氣對(duì)比由于硫磺制酸爐氣較為純凈，無(wú)需濕法凈化，該工藝簡(jiǎn)單，但利用老煤氣和液化氣生產(chǎn)硫酸時(shí)，液化氣經(jīng)常受到煤氣和液化氣的破壞。[3]。2工藝流程選擇2.1生產(chǎn)的基本原理二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為：式中，P*SO3、P*SO2、P*O2分別為SO3、SO2、O2的平衡分壓。在400—700℃范圍內(nèi)，其平衡常數(shù)與溫度的關(guān)系為：由此可見，平衡常數(shù)在一定范圍內(nèi)隨溫度的升高而減小。平衡轉(zhuǎn)化率在某一溫度下反映了該化學(xué)反應(yīng)可以進(jìn)行的程度。其表達(dá)式為:若系統(tǒng)壓力為P(MP)初始?xì)怏w摩爾組成為:SO2a%，O2b%以100mol的初始?xì)怏w混合物為計(jì)算基準(zhǔn)，達(dá)到平衡時(shí):被氧化的SO2量:aXTmol消耗的O2量:0.5aXTmol剩余O2量:b-0.5aXTmol平衡時(shí)混合氣體的量:100-0.5aXTmol.故氧的分壓可以表示為:故平衡轉(zhuǎn)化率為：2.1.1溫度的選擇二氧化硫氧化為三氧化硫是可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度對(duì)反應(yīng)有很大影響。但是催化劑不同，太高太低都不行。反應(yīng)是由化學(xué)動(dòng)力學(xué)控制，可由動(dòng)力學(xué)模型用一般求極值的方法導(dǎo)出最佳溫度計(jì)算公式[4]:則各段轉(zhuǎn)化最佳溫度:一段進(jìn)口:383.2℃一段出口:590℃二段進(jìn)口:495.5℃.二段出口:529.2℃三段進(jìn)口:472.5℃三段出口:487.9℃四段進(jìn)口:487.9℃四段出口:479.8℃五段進(jìn)口:436℃五段出口:436.7℃2.1.2SO2最佳濃度選擇二氧化硫和催化劑層的阻力關(guān)系密切，為了保證產(chǎn)量和收益，適宜的SO2濃度很重要。工業(yè)中，在此工藝條件下，二氧化硫的進(jìn)口濃度在9.8%最合適。2.1.3催化劑的選擇研制耐高溫高活性催化劑在硫酸生產(chǎn)過程中非常重要。在本設(shè)計(jì)中催化劑采用國(guó)產(chǎn)的S107型催化劑。S107催化劑的主要物理化學(xué)性質(zhì)見下表：表2-1S107催化劑的主要物理化學(xué)性質(zhì)表顆粒尺寸（mm）φ5×（10～15）圓柱形堆積密度Kg/L0.5-0.6機(jī)械強(qiáng)度Kgf/cm2>15起燃溫度（℃）360～370正常使用溫度（℃）480～580最高耐熱溫度（℃）600反應(yīng)速率常數(shù)可以直接使用下列公式：而轉(zhuǎn)化率小于60%，溫度低于460℃時(shí)則用下式:2.2生產(chǎn)方法的選擇“兩轉(zhuǎn)兩吸”硫磺制硫酸生產(chǎn)裝置，干燥和吸收系統(tǒng)一般均設(shè)有“塔-槽-泵-酸冷卻器-塔”的濃硫酸循環(huán)過程。此次選擇的干燥吸收流程為三塔兩槽三泵干燥酸與一吸酸混合流程[5]。圖2-1干燥吸收流程圖2.2.2轉(zhuǎn)化流程的選擇近年來(lái)硫酸生產(chǎn)工藝中二氧化硫的轉(zhuǎn)化工藝采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝。其中心就是讓該工藝的轉(zhuǎn)化階段穩(wěn)定在某一個(gè)適宜溫度下進(jìn)行，保證他的熱量平衡[6]。2.2.3硫磺制酸的廢熱利用最近幾年硫酸的價(jià)格不斷下跌，導(dǎo)致我國(guó)各個(gè)硫酸生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)的修建硫磺制酸工廠。與此同時(shí)，硫磺制酸工藝會(huì)產(chǎn)生大量的廢熱，將這些廢熱合理利用，又會(huì)是一筆不菲的經(jīng)濟(jì)效益。目前，硫磺制酸產(chǎn)生的積極效益競(jìng)爭(zhēng)越來(lái)越激烈，廢熱利用已經(jīng)成為了提高硫酸產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)的主力軍[7]。2.3設(shè)備的選擇2.3.1廢熱鍋爐的選擇目前廢熱鍋爐有火管鍋爐和水管鍋爐兩種。在上個(gè)世紀(jì)年末大多的硫磺制酸企業(yè)都是采用的水管鍋爐。直到現(xiàn)在，一部分的大型硫磺制酸企業(yè)都是采用的運(yùn)行良好的水管鍋爐。但是火管鍋爐其實(shí)也具有一系列的優(yōu)點(diǎn)，上個(gè)世紀(jì)八十年代，北京等城市工廠引進(jìn)了火管鍋爐，但是一些工廠用了國(guó)產(chǎn)的火管鍋爐后出現(xiàn)了一系列的問題。并不代表火管鍋爐不好，而是國(guó)產(chǎn)火管鍋爐還有待進(jìn)步?？偟膩?lái)說(shuō)，火管鍋爐和水管鍋爐各有各的特點(diǎn)，大型的硫磺制酸工廠大多都會(huì)采用火管鍋爐[8]。2.3.2焚硫爐的設(shè)計(jì)硫磺燃燒裝置也是硫酸硫磺燃燒的非常重要的設(shè)備。在硫磺燃燒廠的工作中，必須確保高質(zhì)量的液態(tài)硫分配效果。另外，必須將細(xì)碎的硫與空氣完全混合，以使液態(tài)硫完全燃燒。我國(guó)目前有兩種主要的硫磺燃燒裝置，一種是常用的圓桶型臥式硫燃燒器，另一種是擴(kuò)大型臥式硫燃燒器。2.3.3轉(zhuǎn)化器的選擇近年來(lái)，我國(guó)依舊沒能生產(chǎn)出流速高的轉(zhuǎn)化器，不能讓催化劑層中的爐氣分布均勻。如果擁有了一定的理想條件，有兩點(diǎn)要注意。第一，如果流速加快，催化劑層加高，阻力也會(huì)增加。第二，使用大環(huán)狀釩催化劑，容積增加的同時(shí)相當(dāng)于也增加了催化劑的高度。轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部構(gòu)建有兩種形式：耐熱鑄鐵材料制作形式和普通鋼板加少量耐熱材料制作形式。第二種只適合小型的轉(zhuǎn)化器。其溫度若是太高會(huì)導(dǎo)致事故塌陷，所以本設(shè)計(jì)采用第一種轉(zhuǎn)化器[9]。2.3.4酸冷卻器

本設(shè)計(jì)第一吸收塔的出塔酸溫度偏高，所以應(yīng)使用帶陽(yáng)極保護(hù)管殼式酸冷卻器。目前我國(guó)年產(chǎn)百噸以內(nèi)的大型硫磺制酸工藝都采用的這種酸冷卻器，由于它的冷卻效果好，操作也讓人們信賴，得到了一致好評(píng)[10]。2.3.5省煤器

本次設(shè)計(jì)所用的都是采用的立式碳鋼殼體的省煤器。只有一組盤管的是中間省煤器，有兩組盤管的是最終省煤器，兩管分別為：鍋爐給水預(yù)熱盤管和飽和蒸汽預(yù)熱盤管。省煤器底部殼體中有耐酸襯里且裝有密封罐，避免因?yàn)闊煔饫淠鴮?dǎo)致的腐蝕。2.3.6過熱器將一級(jí)和五級(jí)出口過熱器轉(zhuǎn)換成合金鋼的垂直矩形結(jié)構(gòu)，布置在室外，高溫和低溫過熱管從上到下排列。蒸汽和煙道氣的流動(dòng)方向相反，在兩個(gè)過熱器之間設(shè)置了一個(gè)噴水加熱器，以調(diào)節(jié)出口的蒸汽溫度，并且通風(fēng)口和連接管在合金鋼外殼的外部。兩級(jí)過熱器由入口和出口頭以及螺旋翅片盤管組成。翅片線圈和肘部之間的直線部分是光滑的管。直翅片管穿過盒子放置在盒子中，進(jìn)出管和彎頭的兩端都放置在肘盒中，便于安裝和維護(hù)。3工藝計(jì)算3.1物料衡算3.1.1已知條件生產(chǎn)能力：200kt/a(98%H2SO4)年工作日：300天小時(shí)產(chǎn)量：轉(zhuǎn)化率：其中:

x1、x2—分別表示第一、第二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率;x—總轉(zhuǎn)化率?？紤]“3+2”流程，其中總轉(zhuǎn)化率達(dá)99.8%;

取X1=93.5%,X2=96.9%,吸收率:99.98%

轉(zhuǎn)化進(jìn)口SO2濃度9.9%轉(zhuǎn)化進(jìn)口SO3濃度0.4%

產(chǎn)品酸濃度:

98.0%硫酸轉(zhuǎn)化進(jìn)口H2O(g)含量0.09g/Nm3實(shí)際設(shè)計(jì)小時(shí)產(chǎn)量為:硫磺質(zhì)量：含S：含H20：0.24%含灰分：0.72%氣象條件：取達(dá)州5月份平均氣溫作為設(shè)計(jì)溫度：25.5℃；空氣平均相對(duì)濕度：79.0%；年平均大氣壓：100.63kpa。3.1.2系統(tǒng)物料衡算轉(zhuǎn)化進(jìn)口氣量的確定小時(shí)產(chǎn)酸所需要SO3量：第一次轉(zhuǎn)化吸收SO3的量：設(shè)轉(zhuǎn)化進(jìn)氣量為Mkmol/h，則吸收的SO3的量為：同理，第二次轉(zhuǎn)化所得吸收的SO3量：解得：轉(zhuǎn)化進(jìn)口氣體組成:

SO29.9%

SO230.4%

N2x%

O2(1-9.9%-0.4%-x%)對(duì)O2作物料衡算:

O29.9%+0.4%×1.5+(1-9.9%-0.4%-x%)

N2x%

解得：x%=79.158%O2=10.542%轉(zhuǎn)化進(jìn)氣組成如下圖所示：表3-1轉(zhuǎn)化進(jìn)氣組成組成表組分SO2SO3O2N2合計(jì)量9.90.410.54279.158100轉(zhuǎn)化氣中含H2O（g）量：kg/h硫磺消耗量：每小時(shí)產(chǎn)酸量：23.6735t/hS→H2SO43298X23.6735解得：原料硫磺含硫99.04%，考慮硫處理過程中收率為98.5%，則原料硫磺的實(shí)際消耗量：每噸酸消耗的原料硫磺的消耗定額：消耗的空氣量：轉(zhuǎn)化器進(jìn)口氣體中N2的量：則干空氣量為：轉(zhuǎn)化器一段空氣的平均分子量：由此可得干空氣的平均分子量：（4）空氣帶入的水量：五月平均溫度：25.5℃空氣平均相對(duì)濕度：79%年平均大氣壓：100.63kpa25.5℃下飽和水蒸氣壓力用Antoine公式計(jì)算：式中，Pvp，bar(105pa)；T，K。其中A=11.6834，B=3816.44，C=-46.13。解得：Pvp=0.030222772bar，p*=3.033kpa因此干空氣的濕含量為：故空氣帶入水量為：（5）空氣干燥除去水量：空氣帶入水量為1237.1426kg/h硫磺帶入水量，若考慮熔硫中水分除去率為90%，則精餾帶入的水量為：轉(zhuǎn)化進(jìn)氣帶入水量：5.8043kg/h干燥過程除去的水量：干燥效率：3.1.3空氣干燥空氣用量干空氣量：64620.8237Nm3/h水量：1237.1426kg/h干燥空氣量：干空氣量：64620.8237Nm3/h水量：干燥酸：進(jìn)口酸溫度：當(dāng)?shù)匚逶路萜骄鶞囟葹?5.2℃，若考慮ΔT=10℃循環(huán)水溫度為34.5℃，則酸溫度為44.5℃。酸濃度：98%H2SO4作為干燥劑在44.5℃下，密度為1.812t/m3。干燥塔直徑：空塔氣速0.8m/s，主鼓風(fēng)機(jī)設(shè)在塔后，操作壓力：操作溫度：操作氣量：，則噴淋密度：12m3/(m2·h）噴淋酸量：其中，H2SO4:H2O:出塔酸量：其中，H2SO4:532.3700t/hH2O:出塔酸濃度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)，填料高度為：3.2焚硫3.2.1爐氣量SO2量：耗氧量：5331.3232Nm3/h爐氣組成如下表所示：表3-2爐氣組成表組分SO2SO3O2N2合計(jì)Nm3/h5331.3232215.40705677.051442627.967953851.7495%9.90.410.54279.1581003.2.2進(jìn)口量S：7923.9kg/hH2O:1.8732kg/h干燥空氣：64620.8237Nm3/h其中，O2=6812.3272Nm/hH2O=5.8043kg/hN2=51152.5516Nm/h3.2.3焚硫爐選用日本三井公司制造的臥式焚化爐，其容積熱強(qiáng)度q取為160000kcal/(m3·h)時(shí)：式中：G——液硫的消耗量，kg/h,G取6011.2kg/hΔH——硫磺燃燒熱，2217kcal/kgQ=GΔH=6011.2C×2217×4.1868=55796773.52kJ/h又則焚硫爐的凈內(nèi)長(zhǎng)度L和內(nèi)直徑D的比值為而帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：D=3.3589mL=9.404m3.3一次轉(zhuǎn)化3.3.1計(jì)算平衡曲線已知平衡轉(zhuǎn)化率式中:

P為操作壓力(絕壓)；

a%:原始?xì)怏w混合物中二氧化硫的濃度；

b%:原始?xì)怏w混合物中氧氣的濃度；Kp:平衡常數(shù);

(atm-0.5)；XT:平衡轉(zhuǎn)化率；

其中:a=9.9

b=10.542

帶入計(jì)算結(jié)果如下表，根據(jù)催化劑的適用范圍，設(shè)初始溫度為380℃，由試差法可計(jì)算出如下所示關(guān)于轉(zhuǎn)化率溫度數(shù)據(jù)：表3-3一轉(zhuǎn)平衡曲線數(shù)據(jù)表溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT380732.86830.995253028.9952390564.63860.993754024.39060.9728400438.40980.992055020.60270.8528410342.93120.989756017.47410.8309420270.15420.98705701487860.8071430214.27080.983758012.71650.7815440171.05550.979659010.90820.7542450137.40940.97486009.389960.7253460111.04290.96906108.11050.695247090.25170.96216207.02840.664048073.75830.95406306.11010.632149060.59870.94466405.32800.599750050.04070.93376504.65980.567251041.52470.92116604.08720.534852034.62040.90693.3.2轉(zhuǎn)化率的分配總轉(zhuǎn)化率x=99.8%一轉(zhuǎn)x1=93.5%二轉(zhuǎn)x2=96.9%吸收率99.98%各段準(zhǔn)化率的分配：圖3-4各段轉(zhuǎn)化率分配表轉(zhuǎn)化器一段二段三段四段五段轉(zhuǎn)化率（%）7688.393.9899.62一轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口物料衡算由前面算出，一段進(jìn)口氣體質(zhì)量：2.8791tmol/h=2879.1kmol/h,其中由于一段轉(zhuǎn)化率為0.76,其中二氧化硫和氧氣分別被消耗一部分，三氧化硫的量增加，氮?dú)獠粎⑴c反應(yīng)，所以一段出口氣體的質(zhì)量分別為：二段進(jìn)口各氣體質(zhì)量等于一段出口各氣體質(zhì)量。二段出口各氣體質(zhì)量分別如下：三段進(jìn)口各氣體質(zhì)量等于二段出口各氣體質(zhì)量。三段出口各氣體質(zhì)量分別為：一轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口氣體物料平衡表如下：表3-5一轉(zhuǎn)物料衡算表SO2SO3O2N2合計(jì)一段進(jìn)口18241.9776921.3129712.470463813.06492688.824一段出口4378.047618251.19076246.494763813.06492688.824二段進(jìn)口4378.047618251.19076246.494763813.06492688.824二段出口2134.311421055.89485685.553863813.06492688.824三段進(jìn)口2134.311421055.89485685.553863813.06492688.824三段出口1098.167122351.07525426.517863813.06492688.8243.4第一吸收塔一吸塔進(jìn)口的氣體組成和質(zhì)量與出一轉(zhuǎn)即三段轉(zhuǎn)化出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。一吸塔的吸收率為99.98%。SO3的吸收量279.3884×99.98%=279.3325kmol/h進(jìn)口酸溫度：70℃酸密度：98%H2SO4在70℃下，密度為1.7882t/m3。一吸塔直徑和干燥塔直徑一樣操作壓力：P=23kpa操作溫度：T=170+273.15=443.15K操作氣量：V0=70314.2158Nm3/h噴淋密度：13m3/(m2·h)噴淋酸量：其中H2SO4：H2O：形成H2SO4量則耗水量為出塔酸量：其中H2SO4：H2O：出塔酸濃度：98.91%-98%=0.91%填料高度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)3.5二次轉(zhuǎn)化3.5.1計(jì)算平衡曲線第二次旋轉(zhuǎn)的計(jì)劃轉(zhuǎn)化率為96.9％，和一旋轉(zhuǎn)的計(jì)算方法相同，這是由于來(lái)自第一吸收塔的廢氣的成分a=0.6959b=6.8772采取不同的溫度并將其插入平衡轉(zhuǎn)化率公式。平衡常數(shù)公式可以獲取下表所示的溫度和轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)：表3-6平衡曲線數(shù)據(jù)表溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT3501685.0060.997849060.59870.94293601265.5200.997150050.04070.9317370958.96580.996251041.52470.9189380732.86830.995052034.62040.9043390564.36860.993553028.99520.8878400438.40980.991754024.39060.8695410342.93120.989455020.60270.8492420270.15420.986656017.47410.8270430214.27080.983257014.87860.8028440171.05550.979058012.71650.7769450137.40940.974059010.90820.7493460111.04290.96806009.389960.720347090.25170.96096108.11050.690048073.75830.95266207.02840.65873.5.2二轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口物料平衡二段各種進(jìn)出口物料平衡表如下圖：表3-7二轉(zhuǎn)物料衡算四段進(jìn)口四段出口五段進(jìn)口五段出口SO21098.167169.319569.319527.6769SO322351.075223637.134623637.134623678.1791O25426.51785169.30595169.30595161.0970N263813.06463813.06463813.06463813.064合計(jì)92688.824192688.824192688.824192688.82413.6換熱器及換熱面積的計(jì)算3.6.1高溫過熱器管程：一段出口氣體t1=590℃t2=495.5℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-8高溫過熱器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=590℃）47.46876.82529.38231.386Cpm2（t2=495.5℃）46.51875.78529.29031.274V%1.211%9.560%6.453%82.776%同理Δt1=600-495.5=104.5℃Δt2=45-30=15℃氣體—水的傳熱系數(shù)為10-240kcal(m2·h·℃)，取K=150kcal/(m2·h·℃)則換熱面積為：3.6.2第Ⅰ換熱器管程：二段出口氣體t1=529.2℃t2=472.5℃殼程：一吸塔出口氣體t3=258℃t4=487.9℃表3-9熱換熱器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=529.2℃）46.83064.83629.31931.386Cpm2（t2=472.5℃）46.30662.55829.27131.171V%1.21%9.56%6.45%82.776%換熱器的傳熱系數(shù)，在實(shí)際生產(chǎn)中一般為8.14—18.0w/(m2·k),取K=15.0w/(m2·k)換熱面積3.6.3第Ⅱ換熱器管程：三段出口氣體t1=487.9℃t2=304℃殼程：一吸塔出口氣體t3=80℃t4=304℃表3-10冷換熱器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=487.9℃）46.57574.84429.29531.297Cpm2（t2=304℃）44.61274.23029.14330.500V%0.625%10.178%6.178%83.021%K=15w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.4第Ⅰ省煤器管程：三段出口氣體t1=304℃t2=160℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-11第一省煤器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=304℃）44.61274.23029.14330.500Cpm2（t2=160℃）43.037974.42229.05129.867V%0.625%10.18%6.177%83.020%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.5第Ⅰ低溫過熱器管程：四段出口氣體t1=479.8℃t2=436℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-12第一低溫?zé)崞鞴芰黧w數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=479.8℃）46.37075.63229.27731.213Cpm2（t2=436℃）44.94975.21929.24131.042V%0.0447%0.656%6.573%92.727%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.6第Ⅱ低溫過熱器管程：五段出口氣體t1=436.7℃t2=310℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-13第二低溫?zé)崞鞴艹塘黧w數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=436.7℃）46.09174.21129.14030.483Cpm2（t2=310℃）44.57074.42229.05129.867V%0.0216%0.679%6.562%92.738%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.7第Ⅱ省煤器管程：五段出口氣體t1=310℃t2=160℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-14第二省煤器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1（t1=310℃）44.57074.21129.14030.483Cpm2（t2=160℃）43.03774.42229.05129.867V%0.0216%0.679%6.562%92.738%K=17.5w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.7第二吸收塔二吸收塔進(jìn)口的氣體組成和質(zhì)量與二轉(zhuǎn)即五段轉(zhuǎn)化器出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。二吸塔的吸收率為99.98%SO2:0.4325kmol/hSO3:295.9772kmol/hO2:161.2843kmol/hN2:2279.0380kmol/hSO3的吸收量：295.9180kmol/h進(jìn)口酸溫度：70℃酸濃度：98%H2SO4在70℃下，密度為1.7882t/m3。干燥塔直徑取和干燥塔直徑一樣操作壓力P=7.5kpa操作溫度T=70+273.15=343.15k操作氣量：操作氣速=噴淋密度：13m3/(m2·h)噴淋酸量：其中H2SO4:H2O：形成H2SO4量則耗水量為出塔酸量：440.1618+29=469.1618t/h其中H2SO4：431.3585+29=460.3585t/hH2O：8.8032-5.3265=3.4767t/h出塔酸濃度：填料高度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)則，二吸塔的出氣量及組成如下表：3-15二吸塔出口氣體組成表組成SO2SO3O2N2Kmol/h0.4325295.9772161.28432279.0380kg/h27.6823678.1765161.097663813.064%0.029925.54835.568768.85314三廢的來(lái)源及處理4.1廢氣中有害物質(zhì)排氣塔的廢氣中仍然有少量的二氧化硫，一般含量約為0.5％。廢氣中二氧化硫的含量與二氧化硫的轉(zhuǎn)化率直接相關(guān)，但在實(shí)際生產(chǎn)中，總轉(zhuǎn)化率大于99％。廢氣中的二氧化硫含量難以達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。通常，廢氣被再循環(huán)。目前，廢氣回收方法主要包括氨-酸法和堿法。

4.2廢水處理硫酸生產(chǎn)過程中排放大量的廢水和廢酸，這與爐氣凈化工藝有關(guān)。酸洗工藝排放含酸廢水較少，水洗工藝排放大量廢水。每1t硫酸產(chǎn)生10-15t廢水。除硫酸外，廢水中砷含量2-20mg/L，氟含量10-100mg/L，目前還含有鐵、硒和礦塵。電石渣中和法或石灰中和法是硫酸工業(yè)廢水處理的常用方法。4.3廢渣處理當(dāng)硫含量為25％至35％時(shí)，每1噸硫酸所產(chǎn)生的副產(chǎn)品為礦渣0.5至0.7噸，其中鐵含量較低，并且含有一定量的有色金屬，例如銅，鉛，鋅，和鈷。廢渣也可用作鐵的輔助溶劑。水泥生產(chǎn)中的生鐵原料和氯化劑（例如CaCl2）通過氯熔煉處理后，可以回收大多數(shù)有色金屬和貴金屬。爐渣可以用作制鐵紅，凈水劑可以是液態(tài)三氧化鐵和氫氧化鐵[11]。5經(jīng)濟(jì)核算5.1工程費(fèi)用(1)購(gòu)買設(shè)備費(fèi)用購(gòu)買設(shè)備費(fèi)用包括設(shè)備費(fèi)用和運(yùn)雜費(fèi)用。1)設(shè)備費(fèi)用:根據(jù)設(shè)備一覽表中設(shè)備數(shù)量?jī)r(jià)格進(jìn)行合算。表5-1設(shè)備價(jià)格一覽表序號(hào)名稱使用情況數(shù)量?jī)r(jià)格（萬(wàn)元）1熔硫槽熔硫115.842過濾器除雜質(zhì)123溫度控制器控制溫度42.24泵傳輸115燃燒爐焚燒156鼓風(fēng)機(jī)傳輸13.27干燥塔干燥1258轉(zhuǎn)化塔轉(zhuǎn)化1329省煤器輸送41510換熱器換熱2311焦炭過濾器過濾1212吸收塔吸收22413循環(huán)槽儲(chǔ)存217.214成品槽儲(chǔ)存117.2合計(jì)23260.44

2）運(yùn)雜費(fèi)指運(yùn)輸設(shè)備的費(fèi)用，大約為設(shè)備費(fèi)用的8%。所以運(yùn)雜費(fèi)就為：運(yùn)雜費(fèi)=涉及費(fèi)用×0.8%，即（2）電氣儀表費(fèi)用電氣儀表費(fèi)用大約按設(shè)備購(gòu)置費(fèi)的15%估算。故電器