硫酸生产毕业设计.doc

武汉工程大学本科毕业设计I摘要硫酸生产工艺主要由五部分组成，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。主要包括工艺流程的选定，工艺过程计算，主要设备工艺计算及选型，以及绘制部分设备的平面布置。本设计采用二塔二电流程，以年产11万吨硫酸车间净化工段工艺设计，设计中对主要工序进了物料衡算，热量衡算，并以此绘制物料平衡表和热量平衡表。然后以净化工段为重点，对相关设备进行了计算。关键词：硫酸；二塔二电；物料衡算；热量衡算；工艺设计武汉工程大学本科毕业设计IIAbstractSulfuricacidproductionprocessismainlycomposedoffiveparts,includingthepreparationofsulfurdioxidegas,thefurnacegaspurification,thetransformationofsulfurdioxidegas,theabsorptionofsulfurtrioxidegasandthetreatmentofexhaustgasprocesses.Thedesignmainlydescribesabouttheprocessofsulfuricacidproductionwiththeannualproductioncapacityof110,000tons,includingtheflowprocessdesign,thecalculationandselectionofthemainequipment,thelayoutofsomeequipment.Usedpyriteastherawmaterialinthedesign.Thedesignmainlycalculatedthemassbalanceandheatbalance，anddrewmaterialbalancetableandheatbalanceinmainlyproductionprocess.Andthen,usethedepurationsegmentastheemphasis,calculatedTherelevantModelSelectionoftheRelateddevices.Finally,theprocessdescription,securitymemorandum,memorandumoftechnicalrisk,theproposalofenvironmentalprotectionandmanagementwerecomplete.Keywords：Sulfuricacid；twotowersandtwoElectricprecipitators；massbalance；heatbalance武汉工程大学本科毕业设计III目录第一章文献综述-11.1硫酸的性质-11.1.1硫酸的物理性质-11.1.2硫酸的化学性质-21.2硫酸的生产方法-31.2.1硝化法制造硫酸-31.2.2接触法制造硫酸-41.3硫酸的安全生产-51.3.1硫酸工业中催化剂的重要作用-51.3.2硫酸生产中可能存在的危害-61.3.3我国硫酸工业技术概况-71.3.4环境保护与治理建议-71.3.5安全防护措施及防护用具-91.4硫酸生产工艺流程流程叙述-91.4.1SO2气体的制取-91.4.2炉气的净化-91.4.3SO3气体的吸收-111.4.4尾气的处理-11第二章酸洗净化工段计算依据-142.1净化流程-142.2设计能力-142.3课题条件-142.4工艺指标及条件-142.5净化工段各设备除雾比率的分配-152.6各塔循环酸浓度-152.7气象条件-15第三章物料平衡计算-163.1净化工段总平衡-163.1.1硫平衡-163.1.2水平衡-173.1.3冷却塔出口炉气温度的计算-173.2冷却塔循环系统物料平衡-183.2.1出冷却塔酸的组成-193.2.2混合后酸的组成:-193.3洗涤塔循环系统物料平衡-203.3.1出洗涤塔酸的组成-203.3.2出洗涤塔的酸混合后的组成-213.4净化工段物料流程图-21第四章热量平衡计算-224.1冷却塔热量横算-224.1.1炉气带入的热量-224.1.2三氧化硫冷凝器-224.1.3反应热-224.1.4稀释热-23武汉工程大学本科毕业设计IV4.1.5冷却塔内水蒸发吸收热-234.1.6炉气带出的热量-234.1.7传递给循环酸的热量及出塔酸温-244.1.8酸冷却器和冷却水用量-244.2洗涤塔热量衡算-264.2.1炉气进洗涤塔带入热-264.2.2冷凝热和稀释热-274.2.3炉气带出热量-274.2.4传递给循环酸的热量及出塔酸温-284.2.5酸冷却器和冷却水用量-28第五章设备计算-315.1酸冷却器-315.2冷却塔-315.2.1冷却塔所需的容积及空速-315.2.2塔中喷头数量-325.3洗涤塔-335.3.1表面传热系数的计算-335.3.2洗涤塔填料面积的计算-355.4电除雾器-36设计小结-37参考文献-41致谢-42大学本科毕业设计1第一章文献综述前言硫酸工业是一项比较古老的工业，我国很早就有人用蒸馏绿矾制硫酸。随着时代的发展，特别是近代工业的飞速发展，硫酸制造工业日益显示了它的重要性。无论是在国民经济各工业部门，还是发展也非常快，无论是从制取原料，还是从工艺流程都有质的飞跃。以前制取原料单一，工艺流程简单，现代制取原料广泛，工艺流程合理，大大提高硫的利用率。引进现代技术进行废热回收，大大节约了能源消耗。通过对工业废水的处理，不仅净化环境，而且使得贵重金属得到回收利用。我国硫酸工业也在高速发展，不仅产量的增加和品种数的增多，同时还表现在生产技术的效率提高了。在原料品种上，块矿和尾矿或浮选硫铁矿同时使用，高品位矿和地品味矿同时使用。冶炼烟气制酸在生产中也占有相当比重，硫磺制酸比重也有所增加。工艺流程由过去水洗流程，一转一吸流程，逐步过渡到酸洗精华，二转二吸，并使用多种高效率净化设备。热酸回收基本上做到了由大型硫酸厂高温位能利用发电过渡到中低温热能同时使用。展望未来，我国硫酸工业前途广阔，今后发展，不仅产量迅速增长，而且在生产技术上也会出现具有中国特色的装置路线。1.1硫酸的性质硫酸，分子式为H2SO4。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。硫酸是基础化学工业中重要的产品之一。硫酸的性质决定了它用途的广泛性，硫酸主要用于生产化学肥料、合成纤维、涂料、洗涤剂、致冷剂、饲料添加剂和石油的精炼、有色金属的冶炼，以及钢铁、医药和化学工业1。所以硫酸号称“工业之母”是名副其实的。1.1.1硫酸的物理性质纯硫酸是一种无色无味油状液体。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3，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”。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的硫酸称大学本科毕业设计2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硫酸的化学性质浓硫酸有三大特性，分别为吸水性，脱水性和强氧化性2。（一）吸水性浓硫酸的吸水作用，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、Na2CO3·10H2O）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。（二）脱水性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（21）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。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）。如C12H22O11浓硫酸12C+1H2O（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，在这些反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。Cu+2H2SO4(浓)CuSO4+SO2+2H2O2Fe+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+3SO2+6H2O（2）跟非金属反应大学本科毕业设计3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酸，本身被还原为SO2。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。C+2H2SO4(浓)CO2+2SO2+2H2OS+2H2SO4(浓)=3SO2+2H2O2P+5H2SO4(浓)=2H3PO4+5SO2+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。H2S+H2SO4(浓)=S+SO2+2H2O2HBr+H2SO4(浓)=Br2+SO2+H2O2HI+H2SO4(浓)=I2+SO2+2H2O1.2硫酸的生产方法生产硫酸最古老的方法是用绿矾（FeSO4·7H2O）为原料，放在蒸馏釜中锻烧而制得硫酸。在煅烧过程中，绿矾发生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝，便可得到硫酸。2（FeSO4·7H2O）煅烧Fe2O3+SO2+SO3+14H2O在18世纪40年代以前，这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”，就是由于采用了这种制造方法的缘故。二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但是，这一反应在通常情况下很难进行。后来人们发现，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。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3。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二氧化硫氧化制成硫酸。塔式法同样在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于20世纪初期。1907年在奥地利建成了世界上第一个塔式法制硫酸的工厂，其制造过程是使氮的氧化物起氧的传递作用，从而氧化二氧化硫，再用水吸收三氧化硫而制成硫酸，与铅室法不同的是该过程在液相中进行，生产成本及产品质量都大大优于铅室法。塔式法制出的硫酸浓度可达76%左右，目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。而目前我国硫酸生产接触法占绝大部分，塔式法已很