年产8万吨硫酸车间干吸工段工艺设计-卢苗

硫酸作为重要的基本原料，广泛用于化工、轻工、纺织、冶金、石油化工、医药等行业。目前在化工方面，硫酸主要用于化肥生产，其消费量约占总消费量的70%左右。因此，化肥工业的发展直接影响硫酸行业的发展。

硫酸的工业生产，基本上有两种，即亚硝基法和接触法。亚硝基法中又可分为铅室法和塔式法，由于亚硝法存在诸多不足，已被接触法所取代。接触法硫酸生产的原料有多种，生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料。而国外基本上是以硫磺为生产原料的。硫磺制酸与硫铁矿制酸相比，在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。

本项目采用以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产工艺。它的主要工序包括：

（1）硫铁矿的焙烧

（2）炉气的净化

（3）气体的干燥

（4）二氧化硫的转化

（5）三氧化硫的吸收

（6）尾气的处理

在工业实际生产中，还需要其它的辅助工序，含硫原料运进工厂后需贮存，要焙烧前需对原料加工处理，以达到一定要求。焙烧最初得到的二氧化硫气体中含有矿尘和气体杂质等，为避免堵塞管道设备和引起催化剂中毒，以及要求要转化前对二氧化硫原料气进行净化和干燥处理。成品酸要出厂前需要计量贮存，应设有成品酸贮存和计量装置。另外，在生产中排出的有害废水、废气、废渣等，需要处理后才能排放，因而还需相应的处理装置。总之，除以上三个工序外，再加上原料的贮存和加工，二氧化硫原料气的净化和干燥，成品酸的贮存与计量，三废处理等工序才构成一个硫酸生产的完整系统。

水分在炉气中以气态存在，应采用吸收方式进行清除，吸收时气-液相间属于气膜扩散控制。工业上常采用填料塔对炉气进行干燥。浓硫酸具有强烈的吸水性，常用于气体干燥。炉气的干燥就是将气体与浓硫酸接触来实现的，炉气经过干燥塔后一般含水量<0.1g/m3满足工业上的要求，因此得到广泛应用。

1 概述 (1)

1.1硫酸的性质 (1)

1.1.1 硫酸的物理性质 (1)

1.1.2 硫酸的化学性质 (1)

1.2硫酸的生产方法 (2)

1.2.1 硝化法制造硫酸 (2)

1.2.2 接触法制造硫酸 (3)

1.3硫酸生产全工段工艺简介 (3)

1.3.1 SO2气体的制取与净化 (3)

1.3.2 SO2气体的转化和吸收 (3)

1.3.3 尾气的处理 (4)

2工艺流程的确定 (5)

2.1工艺流程选择 (5)

2.2工艺设计原理 (5)

2.3两转两吸的工艺流程 (5)

3 干燥塔工艺计算 (6)

3.1选择计算数据 (6)

3.1.1 原料气 (6)

3.1.2 干燥硫酸 (6)

3.1.3热量衡算： (6)

3.2物料衡算 (6)

3.2.1 原料气的流量 (6)

3.2.2 原料气的压强 (6)

3.2.3 水蒸气含量 (6)

3.2.4 进塔湿气组成 (6)

3.2.5 气体总量计算 (7)

3.2.6 干燥硫酸用量计算 (7)

3.2.7 物料平衡表 (7)

3.3干燥塔的热量衡算 (7)

3.3.1 入塔处干气带入热Q1 (7)

3.3.2 入塔处水气带入热Q2 (8)

3.3.3 水的冷凝热Q3 (8)

3.3.4 入塔酸带入热Q4 (8)

3.3.5 95%酸稀释热Q5 (8)

3.3.6 出塔处干气带出热Q6 (9)

3.3.7 出塔处水气带出热Q7 (9)

3.3.8 出塔酸带出热Q出和酸温t2 (9)

3.3.9 干燥塔热量衡算表 (10)

4 填料塔工艺计算 (11)

4.1填料的选择与堆积方式① (11)

4.2填料塔的工艺计算② (11)

4.2.1 液泛速度 (11)

4.2.2 塔径的计算 (12)

4.2.3 填料面积F (12)

4.2.4 填料高度H填 (13)

4.2.5压力降ΔP (13)

4.2.6 填料层持酸量 (13)

4.3干燥塔的总高度 (13)

5 塔附件的设计 (13)

5.1接管的计算与选择① (13)

5.1.1 塔底进气管 (13)

5.1.2 塔顶出气管 (14)

5.1.3 塔顶进酸管 (14)

5.1.4 塔底出酸管 (14)

5.2除沫器② (15)

5.2.1 丝网直径的确定 (15)

5.2.2 丝网除沫器在塔内的安装位置 (15)

5.3筒体 (16)

5.4酸分布装置 (16)

5.5填料支承装置 (17)

5.6人孔 (17)

5.7封头 (17)

6 附属设备的选型与设计 (18)

6.1酸冷却器的选择 (18)

6.2鼓风机的选择 (20)

6.2.1 塔顶出口气鼓风机 (20)

6.2.2 塔底进口气鼓风机 (20)

6.3酸泵 (20)

7 主要设备设计结果汇总 (21)

7.1干燥塔设计结果 (21)

7.2酸冷却器设计结果 (21)

7.3设备一览表 (22)

8 设计体会 (23)

符号说明............................................................... 错误!未定义书签。参考文献 (24)

1 概述

1.1 硫酸的性质

硫酸是基础化学工业中重要的产品之一。硫酸主要用于生产化学肥料、有色金属的冶炼、合成纤维、涂料、致冷剂、洗涤剂、饲料添加剂和石油的精炼，以及钢铁、医药和化学工业。

1.1.1 硫酸的物理性质

硫酸，分子式为H2SO4，相对分子质量98.08。纯硫酸是一种无色无味油状液体，工业品因含杂质而呈黄、棕等色。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%，其密度(液态)1.831g/cm3。物质的量浓度为18.4mol·L-1。凝固点10.36。沸点(330±0.5)℃。98.3％的硫酸水溶液为恒沸混合物，沸点339℃。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅”。若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生“发烟”现象,这样含有SO3的硫酸称为“发烟硫酸”。100%的硫酸熔沸点为熔点10℃，沸点290℃。但是100%的硫酸并不是最稳定的，沸腾时会分解一部分，变为98.3%的浓硫酸，成为338℃（硫酸水溶液的）恒沸物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。98.3%硫酸的熔沸为熔点10℃，沸点338℃。

1.1.2 硫酸的化学性质

1.脱水性

脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。就硫酸而言，浓硫酸有脱水性且脱水性很强。

(1)可被脱水的物质

物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水，如五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)。

(2)炭化

可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭。

黑面包反应：在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，水加适量，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象。可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭，还会闻到刺激性气味气体。

浓硫酸如C12H22O11=浓硫酸=12C + 11H2O

2．难挥发性（高沸点）

制氯化氢、硝酸等（原理：高沸点酸制低沸点酸）如，用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体。

NaCl(固)+H₂SO₄(浓)═NaHSO4+HCl↑(常温)

2NaCl(固)+H₂SO₄(浓)═加热═Na2SO4+2HCl↑(加热)

Na2SO3+H₂SO₄═Na2SO4+H2O+SO2↑

再如，利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。

酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等

2NH3+H2SO4═(NH4)2SO4

Ca3(PO4)2+2H2SO4═2CaSO4+Ca(H2PO4)2

稳定性：浓硫酸与亚硫酸盐反应

Na2SO3+H2SO4═Na2SO4+H2O+SO2↑

3．强氧化性

(1)跟金属反应

①常温下浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。

②加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成二氧化硫。

Cu+2H2SO4(浓)=加热=CuSO4+SO2↑+2H2O

2Fe+6H2SO4(浓)=加热=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O

在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。