13 万吨硫铁矿制硫酸转化系统工艺设计

武汉工程大学邮电与信息工程学院毕业设计（论文）说明书论文题目：年产13万吨硫酸转化工艺设计学号：学生姓名：专业班级：指导教师：总评成绩：2015年5月31日目录摘要 (III)Abstract (IV)第一章文献综述 (1)1.1硫酸介绍 (1)1.2硫酸的生产方法 (6)1.3硫铁矿制酸工艺 (7)1.4方案的选择 (9)1.5本次设计的目的及意义 (9)第二章转化工序物料衡算与热量衡算 (10)2.1 产品规模和规格 (10)2.2确定各断进口温度及转化率 (10)2.3转化工序物料衡算 (15)2.4转化器各段的热量衡算 (23)第三章设备选型 (33)3.1换热器计算 (33)3.2转化器计算 (42)3.3其他设备的选择 (43)3.4设备选型一览表 (44)第四章环境保护与治理建议 (46)4.1 三废主要来源 (46)4.2 三废处理方案 (46)设计小结 (48)致谢 (49)参考文献 (50)附录 (51)摘要硫酸作为一种基本的无机化工产品，在国民经济的很多部门如化工、轻工、冶金、化肥等领域都有着广泛的用途。

其主要生产过程包括以下工序：硫铁矿的焙烧、炉气的净化、SO2的转化、SO3的吸收和尾气的处理。

本设计是年产13万吨H2SO4转化系统的工艺设计，主要负责硫酸工艺中SO2到SO3的转换过程，转换工艺流程是通过一转一吸收完成的，涉及4台换热器，主要以高温生成气来预热低温反应气，达到热量的有效利用，最大限度的降低能量损失，做到工业生产的低碳化和环保化，以经济、节能、高效、可持续发展为目标来进行设计。

本设计的计算部分主要分两块：物料衡算和热量衡算。

本次工艺设计的进气体积百分数分别为：SO2=9.0%，N2=80.8%。

第一、第二、第三、第四转化工段的进口、出口温度依次设计为380℃→560℃，480℃→510℃，455℃→470℃，390℃→400℃。

通过物料衡算与热量衡算，对出口温度进行核算，核算的四个转化工段的出口温度依次为：562.07℃、502.37℃、492.79℃、399.01.℃，与设计温度吻合，说明本设计是合理可行的。

本设计说明书的编制包括：硫酸生产原理与生产工艺流程的论证、相关物料衡算与热量衡算、主体设备的设计与选型、转化工段的工艺流程图等内容。

关键词：硫酸；设计；两转两吸；热量衡算；物料衡算AbstractAs a basic inorganic chemical product, sulfuric acid has extensive applications in many fields of domestic economy such as chemical engineering, light industry, metallurgy and fertilizer etc. The main production process consists of the combustion of sulfur ore, the oxidation of SO 2，the absorption of SO 2and the treatment of exhaust gas.This design is 150000 tons of sulfuric acid pear year into system design process, ismainly responsible for the sulfuric acid process of 2SO to 3SO conversion process,Conversion process can be completed by 1 conversion and to absorption of 1, involving 4 heat exchangers, mainly in the high temperature gas is generated in response to low temperature gas preheating, effectively use to heat, to maximize the reduction of energy losses, to achieve industrial production of low carbon and environmental protection, energy saving, highefficiency, economy, sustainable development objective to design. There are three main part of the calculation: the material balance, heat balance and heat transfer areacalculation.The first,second,third,fourth import and export of the transforming section ,is desi gned to a temperature of 380 ℃ to 560 ℃, 480 ℃ to 510 ℃, 455 ℃ to 470 ℃, 390 ℃ to 400 ℃ in turn . By material balance and heat balance, calculating the outlet temperature ,the calcu lation of four order of conversion and outlet temperature is: 562.07℃、502.37℃、492.79℃、 to 399.01 ℃, in accordance with the design temperature, which means this design is feasible. The specification of the design consists: introduction, demonstration of themethod of producing vitriol, calculation of materials balance and energy balance, design and selection of main equipments, the layout of oxidation process of the plant, anticorrosion and security etc. Finally completed the process specification, safety memorandum, completed the design specification.Keywords ：sulfuric acid ；design ；2conversion and to absorption of 2；heat balance ；material bal第一章文献综述1.1硫酸介绍1.1.1硫酸硫酸，化学式为H₂SO₄，硫的最重要的含氧酸无水硫酸为无色油状液体，10.36℃时结晶，通常使用的，是它的各种不同浓度的水溶液，用塔式法和接触法制取，前者所得为粗制稀硫酸，质量分数一般在75%左右，后者可得质量分数98.3%的纯浓酸，沸点338℃，相对密度1.84。

硫酸是一种最活泼的二元无机强酸能和许多金属发生反应。

高浓度的硫酸有强烈吸水性，可用作脱水剂、碳化木材、纸张、棉麻织物及生物皮肉，等含碳水化合物的物质。

与水混合时，亦会放出大量热能，其具有强烈的腐蚀性和氧化性，故需谨慎使用，是一种重要的工业原料，可用于制造肥料、药物、炸药、颜料、洗涤剂、蓄电池等，也广泛应用于净化石油、金属冶炼以及染料类工业中常用作化学剂等[1]。

1.1.2硫酸的性质和用途（1）物理性质纯硫酸是一种无色油状液体。

常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3％，其密度为1.84g·cm3，其物质的量浓度为18.4mol·L-1。

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。

”（2）化学特性1.吸水性：将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸具有吸水性。

1）就硫酸而言，吸水性是浓硫酸的性质，而不是稀硫酸的性质。

2）浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定的水合物，并放出大量的热：H2SO4 + nH2O == H2SO4·nH2O，故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程，吸水性是浓硫酸的化学性质。

3）浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水（如空气中的水），而且还能吸收某些结晶水合物（如CuSO4·5H2O、Na2CO3·10H2O）中的水。

把少量研细的胆矾放入浓H2SO4中，会逐渐变为白色，就是由于浓H2SO4吸收了胆矾(CuSO4·5H2O)中的结晶水，而使其变为白色的无水硫酸铜。

4）浓H2SO4有很强的吸收水分的性质，是硫酸分子与现成的水分子(自由水)或结晶水结合成硫酸的水合物。

利用这种性质可以用浓H2SO4做干燥剂，但不能干燥NH3等碱性气体，也不能干燥H2S、HI等还原性气体。

2.脱水性1）就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质，而非稀硫酸的性质，即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。

2）脱水性是浓硫酸的化学特性，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。

3）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（碳化）。

4）常见的浓H2SO4脱水性的表现有以下几种：①使有机物脱水，有碳游离出来，如糖类脱水。

②使有机物脱水，没有碳游离出来，如甲醇制一氧化碳，酒精制乙烯。

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SO2，硫酸表现出了强氧化性和酸性。

2）跟非金属反应热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧本身被还原为SO2。

在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。

3）跟其他还原性物质反应浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。