1、 荆楚理工学院毕业设计 本科毕业设计 10 万吨 /年硫酸生产工艺设计 （硫磺制酸熔硫工序） 学 院 化工与药学院 专 业 化学工程与工艺 年级班别 2011 级 01 班 学 号 2011402010107 学生姓名 指导教师 危想平 2015 年 5 月 17 日 荆楚理工学院毕业设计 I 目 录 前言 . 1 1 文献综述 . 1 1.1 硫磺、硫化物及硫酸的性质 . 2 1.1.1 化学性质 . 2 1.1.2 物理性质 . 3 1.2 硫酸的生产方法 . 3 1.2.1 硝化法制造硫酸 . 3 1.2.2 接触法制造硫酸 . 4 1.3 硫酸生产工艺流程叙述 . 5 1.3.1 SO
2、2气体的制取 . 5 1.3.2 炉气的净化 . 6 1.3.3 SO2气体的转化 . 6 1.3.4SO3气体的吸收 . 6 1.3.5 尾气的处理 . 7 1.4 硫酸的用途 . 7 1.4.1 硫酸的工业用途 . 7 1.4.2 硫酸的农业用途 . 8 2 物料平衡计算 . 8 2.1 设计要求 . 9 2.2 熔硫部分的物料衡算 . 9 2.3 熔硫工段的能量衡算 . 9 3 主要设备 . 10 3.1 熔硫釜 . 11 3.2 焚硫炉 . 11 3.3 转化器 . 13 3.4 干吸塔 . 14 3.5 空气鼓风机 . 14 荆楚理工学院毕业设计 II 3.6 循环吸泵 . 15 3
3、.7 废热锅炉 . 15 3.8 过热器和省煤器 . 16 4 硫酸的安全生产 . 16 4.1 硫酸工业中催化剂的重要作用 . 17 4.2 硫酸生产中可能存在的危害 . 17 4.3 我国硫酸工业技术概况 . 18 4.4 安全防护措施及防护用具 . 18 4.5 环境保护与治理建议 . 18 设计小结 . 19 参考文献 . 20 致谢 . 21 荆楚理工学院毕业设计 III 10 万吨 /年硫酸生产工艺设计 （硫磺制酸熔硫工序） 摘要 硫酸作为工业之母，至今还发挥着重要作用。采用硫磺制硫酸有利于保护环境建清洁文明工厂，且装置上投资为原来的 50%，具有很大的经济效益。硫酸生产工艺主要由
4、五部分组成，包括二氧化硫气体的制取，炉气的净化，二氧化硫气体的 转化，三氧化硫气体的吸收以及尾气的处理。本设计主要涉及固体硫磺熔融装置熔硫装置的工艺方案选择、主要设备选型、液硫的中和处理及熔硫尾气的洗涤、对主要工序进行了物料衡算，热量衡算等。 关键词： 熔硫 、物料衡算 、热量衡算、工艺方案 、设备选型 荆楚理工学院毕业设计 IV The design of the production process of 100000 tons of sulfuric acid (sulfuric acid sulfur melting process) Abstract sulfuric acid as
5、 the mother of industry, has played an important role. The sulfur burning sulfuric acid is beneficial to Protect environment to build a clean and civilized factory,and the equipment investment was 50%, which has great economic benefits. The sulfuric acid production process mainly consists of five pa
6、rts, including the preparation of sulfur dioxide gas, furnace gas purification, transformation of sulfur dioxide, three sulfur dioxide gas absorption and exhaust gas treatment. Selection of process plans, this design mainly involves solid sulfur melting unit sulfur melting device selection of main e
7、quipment, liquid sulfur and sulfur melting treatment and exhaust washing, the material balance of the main process, heat balance etc. Keywords: sulfur melting, material balance, heat balance, process scheme, equipment selection 荆楚理工学院毕业设计 V 设计主要技术指标（或研究目标） 1、原料规格：硫磺： 99.5% 2、生产规模及工艺指标： 年生产能力： 10 万吨
8、100硫酸 二氧化硫转化率： 95 吸收温度： 180 吸收塔吸收率： 100% 喷淋酸：温度 80，浓度 98% 3、年开工时间： 300 天 荆楚理工学院毕业设计 第 1 页 共 26 页 前言 硫酸被誉为工业之母，是重要的化工原料 之一；硫酸工业也是重要的基本化学工业之一。硫酸的用途很是广泛，参与众多重要化学品的生产，如 用于生产磷铵、过磷酸钙、硫铵等。另外，硫酸可以用于生产硫酸盐、塑料、人造纤维、染料、油漆、药物、农药、杀草剂、杀鼠剂等；也可用作除去石油产品中的不饱和烃和硫化物等杂质的洗涤剂；在环保方面也大有用途；在国防工业中与硝酸一起用于制取硝化纤维、三硝基甲苯等。如此见来，硫酸的应
9、用范围之广泛，并且需求量日益增加，所以我们有必要加强生产，在绿色环保节约型经济的基础上不断改造，力求更大效率。 全世界各行消费硫酸比例（ %） 化肥 己内 酰胺 二氧化钛 氟化氢 饲料添加剂 石油炼制 洗涤剂 湿法炼铜 其他 60.6 4.5 3.2 2.7 1.9 1.6 1.5 1.2 22.8 表 1-1 中国硫酸工业主要是以硫铁矿制酸。在 70 和 80 年代工厂经历重大曲折硫酸工业和转。原因是世界硫磺市场价格飙升，企业难以承受，导致这些工厂已经停产或转换。在 90 年初，价格逐渐下降，促进世界硫磺，硫磺制酸在中国逐步发展，近年来技术的飞速发展，除了一些小，硫酸厂已建成或正在建设，大型
10、硫磺制酸装置也在建设中，这波的发展将有中国硫酸生产结构的影响巨大，加上中国对 环保的重视程度，硫酸生产过程中，硫酸已日益成为主流，这些都是分析原因： 1，因为在硫酸厂焙烧，净化工段，只有硫磺，硫磺熔融，转化，干燥和吸收段，成品，原材料部分也比硫酸装置简单，因此流程短，材料处理，设备少，建设周期短：节约 50%的硫酸厂的建设投资，降低设备管理费用； 2、减少原材料运输。硫磺，杂质少，产品质量好，单位产品能耗低，热利用程度高，生产蒸汽比硫酸高酸万吨， 0.3 吨中压蒸汽（不含低热量利用） ;、三废排放量少 ,有利于保护环境 ,做到文明生产；、根据目前的价格、运输成本及加工成本进行对比，采用硫磺制酸
11、 比采用硫铁矿或硫精砂制酸具有更高的经济效益。由于上述原因 ,吸引了国内硫酸工业原料结构向硫磺制酸转移。除了正在新建的硫磺制酸装置外 ,有些工厂将硫铁矿制酸装置改造为硫磺制酸。 在采用硫磺制酸中分别为熔硫，硫磺的精制，焚硫和造气，吸收和干燥四大步，其中，熔硫工序至关重要，首先熔硫工序对温度要求很高，其次它又决定了后续硫磺精致的程度及最终产品的质量。 固体硫硫基由皮带机为快速加热和熔化熔硫槽。快速熔硫槽内置蒸汽加热盘管和搅拌器，加强外围蒸汽夹套加热。槽硫温度控制在 135左右加热和蒸汽 0.6MPa 熔融。从溢流口进入硫 磺熔融硫磺罐粗糙通过自由沉降熔融硫磺，对沟槽底部的杂质颗粒较大，夹带的液体
12、少量于硫磺，排放口底部缝隙周期性地手动排出。从快速熔硫槽溢流到粗硫槽液硫，粗硫槽槽挡板，开始作为过滤槽用分为两格和格型滤波器。原油硫槽内设有蒸汽加热盘管，以保持温度在 135 摄氏度的液体硫磺。 槽内设有搅拌器。液硫过滤由预涂、过滤、排渣三个基本步骤组成。过滤后液体粗硫由过滤泵送入液硫过滤机以除去其中的杂质颗粒 ,控制过滤后液硫中灰分含量 30 / ,当过滤机进料和出料侧压差达到一定值时 ,停止进料 ,进行震动排渣 ,至此 ,完成一个过滤周期。 过滤后的液体硫磺进中间槽 ,液体硫磺中间槽内设有蒸汽加热盘管 ,维持槽内液硫温度在 135。精制液体硫磺自液硫中间槽由中间泵送往液硫贮罐贮存 ,液硫贮
13、槽底部设有蛇管式加热器 ,顶盖安装了加热盘管热顶 ,维持精硫贮槽内液硫温度在 135 145。 第一章 综述 荆楚理工学院毕业设计 第 2 页 共 26 页 1.1 硫磺、硫化物及硫酸的性质 1.1.1 化学性质 硫磺： 易燃烧，着火点为 363 ，火焰呈蓝色，一般情况下燃烧并不剧烈。硫磺粉尘在空气中达到一定浓度会发生爆炸。 硫化物：一般包括二氧化硫、三氧化硫及硫化氢，这里主要讲硫的氧化物，二氧化硫、三氧化硫为酸性气体，具 有刺激性气味，极易与水反应生成亚硫酸、硫酸。 硫酸：化学式为 H2SO4，分子量为 98.078，从化学意义上讲，硫酸是三氧化硫与水的等摩尔化合物，硫酸有三种水化物： H2
14、SO4 H2O， H2SO4 2H2O， H2SO4 4H2O，是一种无色无味油状液体，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。浓硫酸有三大特性，分别为吸水性，脱水性和强氧化性。 （一）吸水性 浓硫酸 具有吸水作用，指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过程，吸水性是浓硫酸特有的化学性质。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）中的水。鉴于硫酸的这个特性， H2SO4可用于干燥很多的气体，作为干燥剂使用。
15、 （二）脱水性 脱水性是浓硫酸化学特性，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和氧原子。可被浓硫酸脱水的物质一般是含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑和棉花等物质，被脱水后生成了黑色的炭（碳化）。 如 C12H22O11 浓 硫 酸 12C+11H2O （三）强氧化性 （ 1）跟金属反应 常温下，浓硫酸能使铁、铝等 金属钝化 。 加热时，浓硫酸可与除金、铂之外所有金属反应， 生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成SO2，在这些反应里，硫酸表现出了强氧化性和酸性。如： Cu+2H2SO4(浓 ) CuSO4+SO2 +2H2O
16、2Fe+6H2SO4(浓 )=Fe2(SO4)3+3SO2 +6H2O （ 2）跟非金属反应 热的浓硫酸可以将碳、硫、磷等非金属单质氧化成其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。在这类反应里，浓硫酸只表现出氧化性。如： C+2H2SO4(浓 ) CO2 +2SO2 +2H2O S+2H2SO4(浓 )=3SO2 +2H2O （ 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。 如： H2S+H2SO4(浓 ) =S +SO2 + 2H2O 1.1.2 物理性质 硫磺（ S）的分子量 32.066，常压下的沸点为 444.6，
17、硫磺有多种同素异形体，主要是斜方硫荆楚理工学院毕业设计 第 3 页 共 26 页 和单斜硫， 135时，液态硫磺的密度达到 1.7912 3cmg 。 二氧化硫 ( 2SO )在常温下为无色气体，分子量是 64.063，在 20下 1 体积的水可溶解 40 体积的 2SO 并释放出 34.4 molKJ/ 的热量，随着温度的升高，其在水中的溶解度降低。 三氧化硫 ( 3SO )在室温下是液体，气态三氧化硫分子量是 80.062.三氧化硫有三种聚合体，分别是、型，它们的结构和聚合度各不相同。 纯硫酸是一种无色无味油状液体。常用浓硫酸中 H2SO4 质量分数为 98.3，物质的量浓度是18.4mo
18、l 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，沿着器壁，慢慢倾倒，不断进行搅”。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。 1.2 硫酸的生产方法 通过焚烧精制后的的硫磺来得到二氧化硫和少
19、部分三氧化硫原料气，然后再用然后用 98.3的硫酸吸收为成品酸，也就是 100%硫酸。以下是主要的反应方程式： 22 SOOS 322 022 SOSO 4223 SOHOHSO 根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法： 1.2.1 硝化法制造硫酸 硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使 SO2氧化制成硫酸。 塔式法 铅室法的基础上发展起来的塔的方法，其制造过程是氮氧化物的氧的传递函数，从而氧化二氧化硫和三氧化硫，水吸收制成硫酸，和铅室法是在液相的过程，生产成本和产品质量比铅室法更好 。塔式法制出的硫酸浓度可达 76%左右，而目前我国硫酸生产接触法占绝大部分，塔式法
20、已很少，但硝化法还具 有一定的优点。它产酸的浓度 76左右，该浓度的酸适合制造过磷酸钙，另外，此种生产方法设备简单，建厂快，硫利用率比较高，可以用杂质比较高的原料。 硝化法的反应历程比较复杂，但可以用简单化学方程式表示如下： 荆楚理工学院毕业设计 第 4 页 共 26 页 反应中所需的 NO 由硝酸供给，氧气来自空气。 铅室法 铅室法是在气相中进行的反应。由于这个方法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，成品为稀硫酸，且必须消耗硝酸。因此，这个方法后来逐渐地被淘汰。 1.2.2 接触法制造硫酸 接触法是目前广泛采用的方法，接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应 ，结合成三氧化硫，然后用 98.3的硫酸吸收为成品酸。这种方法优于塔式法的是在于成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物），但炉气的净化和精制相当复杂。 目前可以作为制造硫酸原料的含硫资源除硫磺外，主要有硫铁矿、硫精砂（尾砂）、有色金属冶炼气、焦炉气、天然气、石油气中的硫化氢也可作为制取二氧化硫气体的原料。将二氧化硫与氧化合成为三氧化硫的反应式是： 2SO2 O2 = 2SO3 Q 这个反应在常温下没有触媒存在时，实际上不能进行。为了使这一反应加快，必须提高温度并且采用触媒催化（也叫触媒氧化），这便是接触法制造硫酸 名称的由来。 1.3 硫酸生产工艺流程叙述
