1、 论 文（设计）题目：年产 32 万吨硫酸工程项目工艺设计（重点设计：转化工序）学 院：化学与化工学院专 业：化学工程与工艺班 级：0 7 2 班 学 号: 070811110117 学生姓名: 吴 盛 镇 指导教师: 汤 正 河 2011 年 5 月 25 日贵州大学本科毕业论文（设计） 第 I 页 贵州大学本科毕业论文（设计）诚信责任书本人郑重声明：本人所呈交的毕业论文（设计） ，是在导师的指导下独立进行研究所完成。毕业论文（设计）中凡引用他人已经发表或未发表的成果、数据、观点等，均已明确注明出处。特此声明。论文（设计）作者签名： 吴盛镇 日 期： 2011 年 5 月 25 日贵州大学本
2、科毕业论文（设计） 第 1 页 目录摘要 .3Abstract.4第一章 总论 .51.1 设计对象 .51.1.1 设计规模 .51.1.2 原料和产品规格 .51.1.3 工业硫磺的性质及用途 .51.1.4 硫酸的性质及用途 .51.1.5 硫酸工业的概况及其发展趋势 .61.2 硫酸厂址位置的选择 .81.2.1 所选厂址位置的优势 .91.3 硫酸生产路线的选择和论证 .101.3.1 硫酸工业的原料及生产工艺 .101.3.2 硫磺制酸与硫铁矿制酸的优缺点比较 .141.3.3 硫磺中的杂质对制酸工艺的影响 .151.4 年工作日的制定和工作制度 .161.4.1 年工作日的确定
3、.161.4.2 年工作制度的确定 .16第二章 工艺部分 .172.1 重点工序的基本反应原理 .172.1.1 二氧化硫氧化热力学 .172.1.2 最佳温度的选择 .192.1.3 二氧化硫浓度的最佳范围 .202.1.4 二氧化硫氧化反应动力学 .202.1.5 催化剂的选用 .222.2 二氧化硫转化工序的论证 .232.2.1“两转两吸”工艺选择论证 .242.3 设备选择论证 .27贵州大学本科毕业论文（设计） 第 2 页 2.3.1 空气鼓风机的选择 .272.3.2 焚硫炉的选择 .272.3.3 废热锅炉的选择 .282.3.4 转化器的选择 .282.3.5 干吸塔的选择
4、 .292.3.6 液硫过滤器的选择 .302.4 工艺操作条件的确定 .302.4.1 转化器入口气体中二氧化硫含量 .302.4.2 最终转化率 .312.5 填料的选择原则 .312.6 填料的支撑形式 .322.7 工艺计算 .322.7.1 已知条件 .322.7.2 系统物料衡算 .332.7.3 熔硫 .352.7.4 空气干燥 .392.7.5 焚硫 .462.7.6 焚硫炉 .472.7.7 副产蒸汽量 .482.7.8 一次转化 .492.7.9 二次转化 .662.8.0 各段触媒用量计算 .712.8.1 换热器计算 .772.8.2 吸收水平衡 .822.8.3 排气
5、筒高度的确定 .82第三章 非工艺部分 .833.1 环境保护 .833.1.1 废气处理 .833.1.2 废水处理 .843.1.3 废渣处理 .843.1.4 噪声处理 .843.2 消耗定额与技术经济指标 .84参考文献 .85致谢 .85贵州大学本科毕业论文（设计） 第 3 页 年产 32 万吨硫酸工程项目工艺设计（重点设计：转化工序）摘要硫酸用途非常广泛，无论在工业部门，还是在发展农业生产、满足人民物质生活需求、加强国防力量，都起着重要的作用。硫酸在大宗生产的化学品中产量居于前列，是重要的化工原料之一。本设计包含总论部分、工艺部分和非工艺部分。总论部分首先通过分析国内外硫酸工业的现
6、状及发展趋势，从而对建厂位置和生产路线作出选择。经过硫磺制酸、硫铁矿制酸和冶炼烟道气制酸的比较，最终选用硫磺制酸方案。工艺部分主要包括设备的选型和论证，比如：焚硫炉选用圆桶型卧式焚硫炉，干吸工艺采用三塔一槽，转化工艺选用两转两吸的 3+1 流程。接着对相应的设备进行物料衡算和热量衡算。而非工艺部分主要包括环境保护，例如废水、废气、废渣的治理和噪声污染的防治。最二氧化硫总转化率达到 99.8%以上，所排放的尾气中二氧化硫含量为458.6683mg/m3，酸雾浓度为 2.9361mg/m3，烟囱高度为 60 米，完全达到了国家标准；选用的设备和材料也全部实现了国产化。关键词：硫磺, 硫酸 , 转化
7、, 催化剂 ,环境保护 贵州大学本科毕业论文（设计） 第 4 页 Annual output of 32 million tons of sulfuric acid process design project(Key Design: Transforming Processes)AbstractVery extensive use of sulfuric acid, both in the industrial sector, or in the development of agricultural production to meet the needs of the peoples m
8、aterial life, strengthen national defense forces, plays an important role.Sulfuric acid in the bulk production of chemicals produced by living in the forefront, is an important chemical raw material.The design includes general part, technology part and the non-process part.General part of the sulfur
9、ic acid industry at home and abroad by analyzing the situation and development trend, and thus the location of factories and production lines to make a choice.After sulfuric acid, sulfuric acid and smelting flue gas acid comparison, the final choice of sulfuric acid solution.Process section includes
10、 equipment selection and verification, such as: use of sulfur furnace horizontal drum of sulfur furnace, dry absorption process using three towers of a trough, into use double-absorption process of the 3 +1 process.Then, the appropriate equipment for material balance and heat balance.Rather than the
11、 process some of the major environmental protection, such as wastewater, waste gas, waste residue treatment and prevention of noise pollution.The total conversion rate of sulfur dioxide, 99.8%, the exhaust emissions of sulfur dioxide content of 458.6683mg/m3, acid mist concentration 2.9361mg/m3, chi
12、mney height of 60 meters, fully meet the national standard; selection of equipment and materials are alsoAll achieved domestically.Keywords: sulfur, sulfuric acid, conversion, catalyst, Environmental Protection贵州大学本科毕业论文（设计） 第 5 页 第一章 总论1.1 设计对象1.1.1 设计规模：32 万吨/年1.1.2 原料和产品规格原料：硫磺 规格：含硫 98.96%，0.11%
13、，灰分 0.93%。产品：98%的浓硫酸规格：产品质量标准执行中华人民共和国工业硫酸标准（GB/T 5342002)一等品 规格,硫酸质量符合以下要求：H 2SO4 98.0%，铁含量 0.01%，As 含量 0.005%，透明度 50mm，色度 2.0mL。1.1.3 工业硫磺的性质及用途工业硫磺是一种重要的化工产品和基本工业原料，工业硫磺有块状、粉状、粒状和片状等，呈黄色或者淡黄色，产品质量标准执行 GB/T24492006.工业硫磺分子量为 32.06，蒸汽压为 0.13kpa，闪点为 207，熔点为 119。它不溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳。属于二级易燃物，自然点 205，其粉尘
14、或蒸汽能与空气形成爆炸性混合物,属易燃固体危险品。硫磺主要用来生产硫酸、染料、烟花爆竹及橡胶制品，还可用于军工、医药、农药等部门。食品硫磺在食品工业中可用来防腐、杀虫、漂白、熏染等，还可用于淀粉工业软化玉米及其它原料用。1.1.4 硫酸的性质及用途 1硫酸，H 2SO4,相对分子质量为 98.078，是指 SO3 与 H2O 摩尔比等于 1 的化合物，或指 100%H2SO4，外观为无色透明油状液体，密度 (20)为 1.8305g/cm3。工业上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即 SO3 与 H2O 摩尔比小于或等于 1 的物质。发烟硫酸是 SO3与 H2O 的摩尔比大于 1，亦为无色油状液体，因
15、其暴露于空气中，逸出的与 SO3 空气中的水分结合形成白色酸雾，故称之为发烟硫酸。硫酸或发烟硫酸的浓度都可用 H2SO4 质量分数表示。但发烟硫酸的浓度常用其中所含的游离 SO3 或全部 SO3 质量分数表示。常用的硫酸组成可分为：92%硫酸，98%硫酸、100%硫酸、20%发烟酸、65%发烟酸。硫酸是强酸之一，具有酸的通性。但浓硫酸贵州大学本科毕业论文（设计） 第 6 页 有其特殊的性质。在物理性质方面，有相对密度大，沸点高，液面上水蒸气的平衡分压极小等特性；在化学性质方面，有氧化、脱水和磺化的特性。硫酸与水可以任意比例混合，同时放出大量的热，会飞溅伤人或引起爆炸；硫酸的密度是随温度的降低及
16、含量的增加而增加，但是硫酸的冰点并不是随其温度的增加而降低的，浓度低于 76%的硫酸与金属反应会放出氢气。硫酸用途非常广泛，无论在工业部门还是在农业生产、满足人民物质生活需要、加强国防力量，都起着重要的作用。硫酸在大宗生产的化产品产量位居前列，是最重要的化工原料之一。硫酸的最主要用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、重过磷酸钙、硫胺等。在中国，硫酸产量的 60%以上用于生产磷肥和复肥。在化学行业中，硫酸是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、药物等生产中必不可少的原料。在农药、除草剂的生产中亦需要硫酸。在石油行业中，石油精炼需要使用大量硫酸作为洗涤剂，以除去石油产品中的不饱和烃和
17、硫化物等杂质。在冶金行业中，钢材加工及成品的酸洗都需要硫酸；电解法精炼铜、镉时，电解液需使用硫酸；某些贵金属的精炼亦需用硫酸溶去夹杂的其他金属。在火炸药及国防工业中，浓硫酸用于制取硝化甘油、硝化纤维等炸药。原子能工业中用于浓缩铀。运载火箭所用燃料亦离不了硫酸。1.1.5 硫酸工业的概况及其发展趋势1.中国硫酸工业的概况及发展趋势 2,3,4硫酸工业是中国化学工业中建立较早的一个部门。中国是硫铁矿资源比较丰富，硫铁矿产量居世界首位。相对而言，天然和再生硫磺要少得多，因此硫铁矿是中国硫酸生产的主要原料。用它生产的硫酸占硫酸总产量的 80%以上，其他原料在 20%以下，其中冶炼烟气占 16%左右。根
18、据中国硫资源的特点，今后中国的制酸原料仍以硫铁矿为主，同时大力发展冶炼烟气制酸，稳健地发展硫磺制酸、石膏制酸。80 年代以前，中国硫酸工业的装置数多而规模小，工艺陈旧，三废排放严重，所采用工艺基本都是水洗净化、一次转化，设备效率低，开工率低，能耗大。但是随着国家相关政策的进一步实施，近年来，引进了一大批大型先进生产装置，使得硫酸产贵州大学本科毕业论文（设计） 第 7 页 量有进一步增加。目前，中国硫酸企业总生产能力为 22Mt/a。同时，在技术上也有明显提高。主要表现在：（1）装置大型化，相续新建一批 200kt/a 及 280kt/a 装置，更大规模的具有世界水平的硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸装
19、置正在建设中。（2）利用新工艺改造旧装置，目前多数水洗净化已改为酸洗，仍未改造的装置，其废水基本得到治理，两次转化技术得到推广，装置的能力已超过一次转化装置的能力，一次转化装置的尾气多数得到治理；在提高装置热利用率方面，大中型装置基本做到了利用高、中温热能发电，在建或新建大型装置还利用低温热能，使热回收率接近 90%。（3）广泛采用新结构、新材质的高效设备代替老旧设备，很多进口设备，如酸泵、酸冷器、转化器、电除雾器等已基本国产化。（4）使用环状催化剂，积极引进和开发高活性低温催化剂。随着设计技术、设备制造及安装技术的不断提高，中国硫酸工业必将大型化、自动化、低排放、低能耗等方面取得更大进展。2
20、.国外硫酸工业的概况及发展趋势 3,4,5接触法制酸几乎是目前世界上硫酸工业的唯一生产方法。其原料为能够产生二氧化硫的含硫物质，一般有硫磺、硫化物、硫酸盐、含硫化氢的工业废气等。在不同国家中，由于本国含硫资源的不同，生产硫酸的原料路线有很大的差异，且所用原料的比重随硫资源的供给情况也有所调整。相对而言，硫磺资源较丰富，制酸过程简单，且经济效益好，以硫磺为原料制酸占酸总量的绝大多数。近年来全世界的硫酸产量中，硫磺制酸约占 65%，硫铁矿制酸约占 16%，其他原料制酸约占 19%。自从接触法硫酸生产工艺出现两转两吸技术以来，硫铁矿制酸的基本工艺过程没有大的变化，仍为沸腾焙烧、电除尘、酸洗净化、电除
21、雾、塔式干吸、两转两吸。硫酸工业提高劳动生产率、降低成本、减少污染的进展主要在以下几个方面：（1）装置大型化。装置大型化可以显著的降低成本和提高劳动生产率。因此，小型工厂正逐渐被大型化工厂取代，发达国家新建装置规模一般为 300900kt/a。目前，硫酸大部分的产量由 300kt/a 以上的装置生产。贵州大学本科毕业论文（设计） 第 8 页 （2）设备结构和材质的改进。改进设备结构可增强设备生产强度、延长寿命、降低建设投资和运行费用。其中新材质的应用为设备性能的提高、结构的改进和新技术应用提供保证。这方面的进展是近 20 年来硫酸工业技术发展的表现。（3）节能与废热的利用。20 世纪 70 年
22、代广泛利用了含硫原料燃烧热，以及二氧化硫转化的反应热产生蒸汽发电，其电量除满足本身需求外，还向外输送。对于硫磺制酸装置，热利用率可达 65%到 75%。现在为了节省系统动力，普遍提高了原料气中的二氧化硫浓度，并且广泛采用环状催化剂、大开孔率填料支承结构、新型填料等技术。（4）生产的计算机管理。在新建厂中，普遍采用 DCS 和计算机管理系统，以确保装置运行稳定和达到最优操作状态。（5）减少污染物排放，保护环境。目前，国外除了广泛采用两转两吸工艺提高二氧化硫转化率，以及净化几乎全部为酸洗外，为了进一步使转化率到达 99.9%以上，愈来愈多的装置使用高活性含铯催化剂和“3+2”五段催化床层。据称，这
23、样既能降低成本又能达到严格的排放标准。可以预见，接触法硫酸生产将向增加能量回收、减少排放和降低成本的方向发展，其手段仍然主要依赖以上五个方面。此外，多年来在二氧化硫沸腾转化、加压转化、非稳态转化等方面的研究成果，为接触法硫酸生产技术的发展提供新的契机。 1.2 硫酸厂址位置的选择 6硫酸企业厂址的选择是一项十分复杂的工作，必须根据拟建项目的技术经济要求，结合建厂地区的自然地理特征，交通运输条件、水源和动力供应条件、建筑施工条件以及工人住宅区布置条件等进行多方案的技术经济比较，选择一个能最大限度满足建设和生产经营要求的、建厂费用和经营费用最省的建厂位置。厂址选择的一般要求如下：（1）厂址应当靠近主要原材料供应地区或产品销售地区。（2）厂址应当有较好的交通运输条件，包括公路、铁路、水路等。年运输量超过某个数值时（按国家规定） ，应铺设专用线并和铁路正线连接。（3）必须有充足的水源保证供应，如有温度较低的充足水源则更好，这样可以 节省冷却设备，节约投资。
