生产30万吨的硫酸

安徽建筑工业学院大作业年产30万吨硫酸吸收塔设备初步设计系部材化学院专业名称化学工程与工艺班级姓名学号指导教师年产30万吨硫酸吸收塔工艺设计(重点设计:吸收塔)摘要硫酸是一种工农业生产必需的大宗化工基础原料，用途十分广泛。

在冶金工业中可用于钢材酸洗、纺织工业中可用于棉纱漂染，染料行业用于染料中间体生产，化肥行业用于磷铵、过磷酸钙的生产，有机合成工业用于脱水剂与高分子组合物，无机工业用于制取金属硫酸盐，民用用于净水剂硫酸铝等。

此外，还用于制药、农药、石油精炼、制革、人造纤维、国防军工等工业部门。

硫酸生产方法有硫铁矿法、硫磺法、冶炼尾气法、石膏法等。

由于硫酸是主要的基础化工原料，其发展程度是一个国家的工业、国民经济发达程度上的标志之一，各国对硫酸生产都比较重视。

硫酸最主要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、过磷酸钙、硫铵等。

此次设计的主要研究对象为硫酸整个生产的基本原理和流程以及着重研究吸收工序中吸收塔的设计和材料的选择对于每一个生产方法的选择的原因和目的进行详细的剖析(如转化装置选用“3+2”五段转化工艺.选用浓度为98％的硫酸来做干燥剂和吸收剂，动力波进化工艺、等技术),从而加深对细节的把握和全局的整合.关键词: 硫酸、吸收塔、改造第一章总论1.1设计对象（1）设计规模设计规模:15万吨/年（2）产品及规格:原料: 硫铁矿产品：98.3%的浓硫酸(98酸)（3）硫酸的性质及用途硫酸纯品为无色油状透明油状液体,相对密度为 1.83 g/cm3, 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℃,最低结晶温度为93.3%的硫酸,结晶温度为-38℃.工业品因含杂质而呈黄、棕等色。

一种活泼的二元无机强酸,能与许多金属、金属氧化物或其他酸的盐类反应生成硫酸盐。

浓硫酸具有强烈的脱水作用和氧化性。

能使木材、纸张、棉麻织物等强烈脱水而炭化。

与水混合反应激烈，放出大量热。

用水稀释时应在不断搅拌下将硫酸缓缓注入水中，切勿将水注入酸中造成溅酸伤人。

低于76％的硫酸与金属反应放出氢气。

生产方法有接触法和硝化法。

主要用于生产磷酸，磷肥，各种硫酸盐，二氧化钛(硫酸法)，洗涤剂，染料，药物，合成纤维等。

也可用作搪瓷、金属的酸洗剂，有机合成的磺化剂和脱水剂，以及用于金属冶炼，石油精制和电子工业等。

用工业硫酸在石英设备中蒸馏提纯，或以去离子水吸收三氧化硫制成纯品，再经微孔过滤膜进行超净过滤而得半导体及硫酸。

超净高纯试剂。

是半导体工业用量最大的化学品。

一般和过氧化氢一起用于除去晶体上已完成屏蔽作用的光刻胶，或作腐蚀剂。

还可用作电子产品的清洗剂和腐蚀剂。

用纯净水吸收洁净三氧化硫气体制得蓄电池硫酸。

也可用蒸馏法、吹出法对工业硫酸提纯制得。

用作铅酸蓄电池中的电解液和电镀等。

常用的硫酸有质量分数是75%，92%，98%硫酸和ω（SO3）为20%的发烟硫酸。

75%硫酸原是塔式法生产的，主要用于磷肥生产，现由一些接触法硫酸厂副产。

1.2 工作日的制定和工作制度硫酸厂采取一年大修一次，需要32天；一个季度中修一次，除去大修所处的季度，一年三个季度计算，合计9天；小修一月一次，一次48个小时，共计6天。

则一年全厂运行318天。

工作制度：为五班三倒制。

第二章硫酸的生产工艺2.1 硫酸的生产方法和原料本设计使用的是接触法生产硫酸，生产的过程通常包括以下几个基本步骤:制酸的原料来源较广，硫化物矿、硫酸、硫酸盐、含硫化氢的工业废气，以及冶炼烟气等都可以作为硫酸生产的原料。

其中以含硫铁矿和硫磺为主要原料。

2.2 从硫铁矿制二氧化硫炉气(1) 硫铁矿的焙烧硫铁矿的焙烧反应过程可分为两步进行：首先，大月900 o C的高温下，硫铁矿受热分解为硫化亚铁（FeS）和单质硫：2FeS=2 FeS+S2 –Q (1)其次，分解产物中的硫燃烧，生成二氧化硫；硫化亚铁为三氧化硫和二氧化硫：S2+2O2=2SO2 C H <0 (2)4FeS+7O2=2Fe2O3+4SO4 C H <0 (3)综合反应（1），（2），（3），硫铁矿焙烧过程的总反应方程式为：3FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 C H =-3411 kJ硫铁矿焙烧反应放热较多，当矿石中杂质较少，炉气中二氧化硫浓度较高时，热量有过剩，需设法（在炉膛内安装水箱）移走多余热量，以保证反应在正常温度下进行。

(2) 焙烧前矿石原料的预处理和炉气除尘a.矿石原料的预处理对原料进行处理的目的是使原料的硫质量分数、粒度和水分分别达到一定的要求。

不同的原料，需进行的预处理不同。

硫精砂的粒度很细，只需要干燥后便可以送去焙烧，硫铁矿一般为块矿，焙烧前需要破碎和磨细。

预处理一般有将硫铁矿碎到要求一度的筛分、将不同品质矿料混合搭配的配矿和脱除硫铁矿中水分等过程。

b.炉气除尘沸腾焙烧制得的炉气夹带矿尘最多，其数量与所用原料的品味、粒度、风速和焙烧强度有关，一般为150~300g/m3。

炉气中的矿尘不仅会堵塞设备，增加流体阻力，降低传热效果，而且还会堵塞多孔催化剂颗粒的微孔，降低其活性。

因此，需要首先尽量除去炉气中的矿尘。

要求矿尘标准状态下的质量浓度降低到0.2g/m3以下。

本设计的除尘采用的是机械除尘。

3.1 炉气的净化与干燥焙烧硫铁矿制得的炉气中含有因升华而进入炉气的气态氧化物As2O3,SeO2和HF。

必须对炉气进行进一步的净化和干燥，方可进行二氧化硫的催化转化。

（1）炉气的净化本设计采用的是湿法除尘。

湿法洗涤有水洗和酸洗两类。

但水洗工艺因排污量大，污水处理困难，在越来越高的环保要求条件下已逐渐被淘汰。

酸洗流程是用稀硫酸洗涤炉气，除去其中的矿尘和有害杂质，降低炉气温度。

设计的工序如下：温度为327o C左右的热炉气，有下而上通过第一洗涤塔，被温度为40~50o C、质量分数为60~70% 的硫酸洗涤。

除去了炉气中的大部分矿尘及杂质后，温度降至57~67o C，进入第二洗涤塔，被质量分数为20~30%的硫酸进一步洗涤冷却到37~47o C.这时炉气中气态的砷硒氧化物已经基本被冷凝，大部分被洗涤酸带走，其余呈细小的固体微粒悬浮于气相中，成为酸雾的凝聚中心并溶解其中，在电除尘器中出去。

（2）炉气的干燥炉气出去矿尘、杂质和酸雾以后，需经过干燥出去炉气中的水分。

因浓硫酸具有吸湿性，所以用它来干燥炉气。

干燥过程所用的设备，采用的是填料塔。

为乐强化干燥的速率，必须合理的选择气流温度、吸收酸浓度、温度以及喷淋速度。

本设计选择的是浓度是98.3%的浓硫酸。

干燥塔的空塔气速是0.7~0.9m/s。

干燥器进口酸温度为30~45o C.喷淋密度为10~15m3/(m2.h).炉气干燥的工艺流程：干燥气炉气干燥工艺流程图4.1二氧化硫的催化氧化二氧化硫的催化氧化反应如下：SO2+1/2O2=SO3+Q反应放出大量的热。

二氧化硫工业中二氧化硫催化氧化反应所用的催化剂仍然是钒催化剂。

本设计制硫酸总的生产流程图为：第三章吸收塔工艺设计(重点设计部分) 3.1吸收工序的生产基本原理SO3是硫酸（H2SO4）的酸酐。

因此，可以发生以下反应：和水化合成硫酸：SO3(l) + H2O(l) = H2SO4(l) (+88 kJ mol−1)这个反应进行得非常迅速，而且是吸热反应。

在大约~340℃以上时, 硫酸、三氧化硫和水才可以在平衡浓度下共存。

下表为具体参数：主要原理：利用98.3%的浓硫酸吸收SO3气体,通过对由下而上的SO3气体，由上而下的98.3%的浓硫酸进行流量控制，并在产品处实行2个部分的分离：1-成为产品，2-稀释至98.3%左右进行循环使用。

至此，一套浓硫酸吸收工艺的整个工作场所是吸收塔，所以，此次设计的核心部分为吸收塔设备的规格以及物料衡算。

此次设计的硫酸生产的成品规格为: 浓度=98.3%的硫酸。

吸收酸浓度的选择为了达到理想的吸收效果和最大的经济效益,对于吸收酸的浓度的选择考虑有以下因素:a.吸收酸的浓度过高或过低都会产生相当量的酸雾,并与之成正比的是SO3的损失量.b.选择98.3%的硫酸的因素是能使其对SO3达到最完全.而浓度过低和浓度高产生酸雾的细微差别在于酸雾产生的地点是在尾气筒处(低浓度-吸收过程中产生的酸雾)还是离开尾气筒一段时间(高浓度-尾气中的SO3与大气中的水蒸气结合而形成酸雾).综合以上②点,吸收酸的浓度选择为98.3%为其最优选择.（1）吸收酸温度的选择其它条件不变时,吸收酸温度升高,吸收率下降(由于酸自身的蒸发加剧,使液面上的蒸汽压明显增加).吸收酸温度过低会造成:a.低于硫酸蒸汽的露点温度,产生一定量的酸雾.b.增大制冷设备的投入,导致不必要的成本.所以,此次设计的中酸温度选择的区间为60‐75℃左右,并采用较高酸温和进塔气温的高温吸收工艺该工艺优点:减少酸冷器换热面积,提高吸收酸的换热面积,并避免酸雾的产生.（2）SO3进塔温度的选择在一般的吸收操作中,进塔气体温度较低有利于吸收.但在吸收SO3时,并不是气体温度越低越好.因为转化温度过低,更容易形成酸雾,尤其是炉气干燥较差时.当炉气中水分含量为0.1g/m3(标准状态)时,其露点为112℃,所以一般控制入塔气体温度不低于120℃,以减少酸雾的形成.（3）吸收工序的设备选择浓酸吸收三氧化硫气体，一般在封闭的塔设备中进行。

该反应为放热反应，随着吸收过程的进行，吸收酸的温度随着增高，为使循环酸的温度保持一定，必须使其通过冷却设备，以除去在吸收过程中增加的热量。

所以，一个完整的循环系统由吸收塔，循环酸储槽，酸泵，以及冷却器等设备组成。

该吸收工序的由于组合的不同导致各自的效果不同，本次设计分为采用下种方式进行吸收: 吸收塔→循环酸储槽→冷却器→酸泵该流程的特点：酸的流速适中，传热较好，冷却器配置在酸泵前，酸在冷却器管内流动，一方面靠位差，一方面靠酸泵的抽吸，管内受压较小，比较安全，有效。

（4）吸收塔的结构原理填料塔是以塔内的填料作为气液两相间接触构件的传质设备。

填料塔的塔身是一直立式圆筒，底部装有填料支承板，填料以乱堆或整砌的方式放置在支承板上。

填料的上方安装填料压板，以防被上升气流吹动。

液体从塔顶经液体分布器喷淋到填料上，并沿填料表面流下。

气体从塔底送入，经气体分布装置（小直径塔一般不设气体分布装置）分布后，与液体呈逆流连续通过填料层的空隙，在填料表面上，气液两相密切接触进行传质。

填料塔属于连续接触式气液传质设备，两相组成沿塔高连续变化，在正常操作状态下，气相为连续相，液相为分散相。

当液体沿填料层向下流动时，有逐渐向塔壁集中的趋势，使得塔壁附近的液流量逐渐增大，这种现象称为壁流。

壁流效应造成气液两相在填料层中分布不均，从而使传质效率下降。

因此，当填料层较高时，需要进行分段，中间设置再分布装置。