精细化学专业毕业论文年产15万吨硫酸沸腾焙烧工段初步设计

摘要摘 要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，作为一个国家强大的标志，在国民生产中起着不可忽视的作用。本设计采用接触法和硝化法来生产硫酸，接触法采用接触物质触媒，而硝化法则采用含硝硫酸，即是氧化氮的硫酸溶液。两法均以制备二氧化硫为起点，而后再用不同的方法制成硫酸。本设计用硫铁矿为最初原料，在沸腾焙烧炉中进行高温煅烧，再进入电除尘器，旋风除尘器，最后进入废热锅炉产生初始硫酸，再经处理得到所需硫酸。通过物料衡算与热量衡算得出本次设计符合要求。关键词：硫铁矿，生产，硫酸，沸腾炉ABSTRACTSulfuric acid is a high boiling point volatile acid difficult to dissolve in water, miscible with water in any ratio, as a powerful symbol of a country, in the national production and plays an essential role. The design method and nitration by exposure to produce sulfuric acid, using the contact material contact method - catalyst, and with nitric acid were used for nitrification, which is nitric oxide sulfuric acid solution. Preparation of sulfur dioxide is the two laws as a starting point, and then re-use made of sulfuric acid in different ways. The design for the initial raw material with pyrite, in the boiling baking in high temperature calcination, re-entering the electrostatic precipitator, cyclone, and finally into the waste heat boiler to create the initial sulfuric acid, sulfuric acid and then processed to obtain the required. Through the material balance and heat balance obtained to meet the requirements of this design.Keywords: Pyrite, Production, Sulfuric acid, Boiling furnace. 目录目 录摘要。英文摘要。前言31 绪论31.1硫酸的特质31.1.1硫酸的分子结构31.1.2硫酸的物理性质31.1.3硫酸的化学性质31.2硫酸的生产工艺31.2.1硝化法生产原理31.2.2接触法生产原理31.2.3接触法的优缺点31.2.4硝化法的优缺点31.3原料和产品的储存及运输31.3.1原料的储存及运输31.3.2产品的储存及运输31.4能量的综合利用及节能措施31.4.1能源的综合利用31.4.2节能措施31.5硫酸工业发展的特点31.6我国硫酸工业的发展趋势32 生产工艺32.1硫铁矿焙烧原理32.1.1黄铁矿（普通硫铁矿FeS2）的焙烧原理32.1.2磁硫铁矿的焙烧原理32.2生产流程图32.3沸腾焙烧工段工艺流程简述32.4工艺操作条件和生产指标32.4.1沸腾层温度32.4.2硫铁矿粒度32.4.3炉气中二氧化硫和三氧化硫的浓度32.5工艺设备的优缺点32.5.1优点32.5.2缺点33 工艺计算书33.1物料衡算33.1.1原始数据33.1.2硫的烧出率33.1.3投矿量33.1.3灰渣生成量33.1.4炉气生成量33.1.5炉气组分计算33.1.6空气需用量33.1.7物料进出情况33.2热量衡算33.2.1原始数据33.2.2矿石带入热33.2.3空气带入热33.2.4反应热33.2.5矿渣带出热33.2.6矿灰带出热33.2.7干炉气带出热33.2.8矿石带入水分吸收热33.2.9空气带入水分吸收热33.2.10炉壁损失热33.2.11沸腾层炉气汽化冷却转移走的热量33.2.12外装锅炉出口炉气带走热33.2.13外装锅炉出口灰尘带走热33.2.14锅炉散热33.2.15锅炉漏入空气热损33.2.16锅炉蒸发管吸收热33.2.17蒸汽产量34 主要设备的工艺计算和设备选型34.1操作气流速度与床能力34.1.1操作气流速度的确定34.1.2 床能力34.2炉子主要尺寸的确定34.2.1床面积34.2.2沸腾层高度34.2.3炉膛面积34.2.4炉腹角34.2.5炉膛总高度34.2.6气体分布板34.3其他部件34.3.1风箱34.3.2排热装置34.3.3加料装置34.3.4排料口34.3.5排烟口34.3.6 拱顶及壳体34.4沸腾炉主要结构参数与技术性能表35 “三废”处理35.1尾气的处理35.2 烧渣的综合利用35.3废水废酸的处理与回收36 环境保护与安全措施36.1环境保护36.1.1排气36.1.2污水36.1.3矿渣36.2安全措施36.2.1注意事项36.2.1安全操作规则3设计评述与心得体会3致 谢3参考文献3附图37 1 绪论前 言硫酸是一种重要的基本化工原料，广泛应用于各个工业部门。硫酸的产量常被用作衡量一个国家工业发展水平的标志。硫酸主要用于无机化学工业的原料，号称“无机化工之母”，工业上硫酸、盐酸、硝酸称为三酸。硫酸的最大消费是化肥工业，用以制造磷酸、过磷酸钙和硫酸铵。西方世界的化肥工业在硫酸消费构成中约占65。中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持在5060。在石油工业中，硫酸用于汽油、润滑油等产品的精炼，并用于烯烃的烷基化反应，以生产高辛烷值汽油。钢铁工业需用硫酸进行酸洗，以除去钢铁表面的氧化铁皮。这一工序是轧板、冷拔钢管以及镀锌等加工所必需的预处理在有色冶金工业中，湿法冶炼过程用硫酸浸取铜矿、铀矿和钡矿；电解法精炼铜、锌、镍、镉等，需用硫酸配制电解液。用萤石和硫酸可制取氢氟酸，它是现代氟工业的基础，与核工业及航天工业密切关联。在化学纤维工业中，硫酸用于配制粘胶纤维的抽丝凝固浴；维纶生产需用硫酸进行缩醛化；锦纶的制造过程中，硫酸可溶解环己酮肟而进行贝克曼转位。在塑料工业方面，环氧树脂和聚四氟乙烯等的生产也需用数量可观的硫酸。在染料工业中，硫酸用于制造染料中间体。硫酸与钛铁矿反应可制得重要的白色颜料二氧化钛。我国的硫酸工业起始于19世纪70年代，当时产量很少。新中国成立后，尤其是20世纪80年代后，硫酸工业获得了快速地发展。从2004年起，我国硫酸产量已持续多年居世界第一位。目前，我国硫酸工业已形成集设计、科研、设备制造、施工安装、生产和销售为一体的完整体系。本次设计是针对硫酸制造工艺中原料气的制取工段进行的，这是硫酸制造的第一道工序，也是基础的工序。对焙烧工段进行了物料衡算和能量衡算，其中主要对沸腾焙烧工段主要设备沸腾焙烧炉进行了初步的设计。我诚恳地希望老师对设计中的错误或不足之处予以指正。1 绪论1.1硫酸的特质1.1.1硫酸的分子结构 硫酸是三氧化硫（SO3）和水（H2O）化合而成。化学上一般把一个分子的三氧化硫与一个分子的水相结合的物质称为无水硫酸。无水硫酸就是指的100%(的硫酸，又称纯硫酸。纯硫酸的化学式用“H2SO4”来表示，也有用“SO3H2O”表示，分子量为98.08（即SO3分子量80.06H2O分子量18.02）。工业上通用的硫酸，是指三氧化硫与水以任何比例化合的物质。三氧化硫与水的分子比 1 时，称硫酸水溶液。三氧化硫与水的分子比 1 时，就是三氧化硫在100%硫酸中的溶液，称发烟硫酸。这种硫酸中三氧化硫含量超过硫酸中的水含量，未与水化合的三氧化硫称为游离三氧化硫。硫酸的浓度通常用其中所含硫酸的重量百分数来表示。如98%硫酸，就是指其中含有98%重量的硫酸和2%重量的水。习惯上把浓度75%的硫酸叫做浓硫酸，而把75%以下的硫酸叫做稀硫酸。1.1.2硫酸的物理性质硫酸的相对分子质量为98.078，硫酸是指SO3与H2O摩尔比等于1的化合物，或指100%H2SO4，浓硫酸是一种无色透明的油状液体，20时密度为1.8305gcm-3,难挥发，密度大，极易溶于水，能与水以任意比混溶，溶解稀释时，会放出大量的热。1.1.3硫酸的化学性质1. 同无机化合物的反应a. 与氢的作用浓硫酸在常温下不会被氢还原，但在铂催化剂的存在下会逐渐生成SO2。而稀硫酸则不会被还原。从160170开始浓硫酸能被氢还原。浓硫酸与氢在700900通过SiO2 可还原为一定量的H2S。b. 对水的作用浓硫酸溶于水会生成放出大量的热而成为硫酸的水溶液，把含有少量水的硫酸冷却，可得到H2SO4H2O(熔点8.62)、H2SO42H2O（熔点-38.9）和H2SO44H2O（熔点-25）等的结晶。浓硫酸吸水性强，可作为多种化合物的脱水剂。稀硫酸无此性质。c. 对卤素和卤化物的作用硫酸能溶解氯和碘，能被氟部分分解成过二硫酸（H2S2O8）。卤化物可被浓硫酸所吸收，将其加热又会放出卤化物。使氟化物同硫酸或三氧化硫作用，可得氟磺酸。硫酸对于金属氯化物会发生如下的反应(M代表一价金属离子)：H2SO4+2MCl=M2SO4+2HCl次氯酸盐可被硫酸分解为HClO、HCl和Cl2。在-18下将20倍容积的二氧化氯（ClO2）溶解于硫酸中，到1015，发生Cl2和O2而生成含高氯酸（HClO4）的黄色溶液。d. 对硫和硫化物的作用将硫同浓硫酸一起加热，加热到200生成SO2。如果将硫化氢通入硫酸，则生成H2SO3、S和H2O，但如过将硫酸用三倍容积的水稀释则不会发生这种还原反应。e. 与磷的作用将硫酸与磷置于密闭容器中，并使之沸腾，则发生气相硫蒸气燃烧并产生单体硫。将PCl3同硫酸加热，则发生下述反应：2H2SO4+PCl3ClHSO3+SO2+HPO3+2HClf. 与碳的作用高温时，木炭与浓硫酸的反应如下：浓度91的硫酸，温度达250时，硫酸能被CO还原，反应式如下：此外，硫酸能直接与金属反应，生成金属硫化物成硫酸盐；硫酸与金属氧化物作用生成硫酸盐；硫酸与有机化合物的反应，诸如脱水、水化、磺化等，都是硫酸的重要化学性质，从而奠定了硫酸的广泛用处1。1.2硫酸的生产工艺1.2.1硝化法生产原理1746 年，在英国开始建立了世界第一座用于生产硫酸的铅室反应室。那时，用硫磺和硝石的混合物在密闭的铅室中燃烧，间断进行操作，生成的硫酸就溶解于铅室底盘的水中。到十八世纪末页，改为连续操作2。硝化法的实质是利用高级氧化物将二氧化硫氧化成硫酸：SO2+N2O3+H2O=H2SO4+2NO所生成的一氧化氮再回到系统中参与反应。因此，氮氧化物在生产中只起传递氧的作用。硝化法制造硫酸可归纳为三个重要过程：1. 二氧化硫与氮氧化物的作用。反应结果，二氧化硫被氧化成硫酸，高级的氮氧化物转变为低级氮氧化物（NO）；2. 一氧化氮的氧化。目的在于使其变为高级的氮氧化物，并再次参与二氧化硫的氧化反应。3. 氮氧化物的回收。以硫酸吸收高级氮氧化物使之与尾气分离回收。1.2.2接触法生产原理接触法的原理在于：气态的二氧化硫通过接触剂（触媒）被空气中的氧所氧化，而生成三氧化硫，其反应式如下：所生成的三氧化硫溶解与水中，即得硫酸：接触法生产硫酸由下列四个工序组成：1. 制备二氧化硫气体；2. 精制二氧化硫以除去其中的杂质；3. 二氧化硫氧化成三氧化硫；4. 二氧化硫被吸收而变成硫酸3,10。1.2.3接触法的优缺点接触法制造硫酸主要有以下优点：1. 产品纯度高，且产品种类多；2. 设备腐蚀较轻，容易维护而且维护费用也较小，设备寿命比较长，管理也比较容易；3. 生产比较平稳，指标波动范围小。接触法的缺点主要有：投资较大、建设速度慢、采酸率较低等。1.2.4硝化法的优缺点硝化法制造硫酸主要有如下优点：1. 投资小，建设速度快；2. 采酸率较高可达92%以上，电的消耗比较少；硝化法的缺点：1. 一般只能生产稀硫酸2. 设备腐蚀较重，维护也比较困难，维护费用也较高；3. 生产操作比较不稳定，指标波动大3,4。1.3原料和产品的储存及运输1.3.1原料的储存及运输储存方式：1.露天堆放；2.存放于仓库中。运输方式：铁路直接进入仓库，矿石卸于库内路基两旁；在地下设料斗和皮带运输机，火车开至料仓顶部直接卸入料仓。厂房内运输：1.桥式抓斗吊车（将原矿送到破碎系统的加料斗），2.胶带运输机（利用橡胶帆布带的回转运行连续将物料从一端送到另一端），3.斗式提升机（将松散固体物料作垂直提升或作倾斜角度较大的上升运输过程）5。1.3.2产品的储存及运输储存方式：厂区设有成品酸库，浓硫酸（70%以上）储存在无衬里的钢制储罐里，储存较低浓度硫酸则在储罐里应衬耐酸砖。在寒冷地区应注意防止硫酸冻结。运输方式：远距离运输时，用载重量为1050吨的铁路槽车或水运槽船运输；对于当地需要量不大的消费部门，可利用槽式汽车运输，容器用用容量为0.21吨的钢桶和容量为3045升的玻璃瓶等5,6。1.4能量的综合利用及节能措施1.4.1能源的综合利用1. 高温余热回收利用现代化大型硫酸厂生产过程中对高温余热利用主要是蒸汽动力系统，采用废热锅炉回收高温余热。废热锅炉与硫酸生产系统装置配套使用，回收余热产生蒸汽。产生的蒸汽主要用来发电（也可用来供热和生产用），发电量不仅可以满足本装置的用电要求，还可以向外供电。另外，依据工艺过程中余热的分布合理安排废热锅炉的过热器、蒸发器和省煤器的受热面，使余热回收的汽水系统与工艺系统紧密结合，也是提高余热回收率的有效措施7。2. 中温余热的回收利用中温余热主要是在二氧化硫转化及三氧化硫吸收工艺上开发利用。中温余热回收可采用低压锅炉回收热量，产生低压蒸汽可并入蒸汽总网用于发电或者供热。3. 低温余热的回收利用在硫酸生产的干吸工段，有大量的低温余热。低温余热的利用有3种形式：采用200高温吸收，循环酸通过低压蒸汽锅炉直接产生蒸汽；加热别的需要低温度的物料，如城市用水、磷酸、造纸废液等；用低沸点的物质坐载体，带动透平发电机组发电7,8。1.4.2节能措施1. 降低能量损耗；2. 合理选择保温材料和结构；3. 采用先进的生产方法和设备降低阻力；4. 合理选用风机和酸泵型号；5. 改进阀门；6. 合理配置流程9,10。1.5硫酸工业发展的特点1. 消费量增加，生产高速发展。2. 生产硫酸所用的原料结构发展多样化。3. 硫酸生产规模向大型化发展。4. 硫酸工业的发展促使新技术的开发与应用。5. 硫酸生产向清洁节能化发展。6. 硫酸产品网络化12,13。1.6我国硫酸工业的发展趋势硫酸是个古老的行业，迄今已经有260多年的历史。在我过，由于硫酸与化肥、继而与粮食之间的密切关系，硫酸工业在我国国计民生中占有举足轻重的地位，一直是个备受关注的行业。改革开放以来，硫酸工业得到了迅速的发展，其产业结构、原料构成、装置规模、技术装备水平、废物排放指标全然今非昔比，正在以崭新的面貌迈入现代化工的行列。虽然我国硫酸工业取得了另人瞩目的成就，但是，我国只是一个硫酸生产大国，而不是硫酸生产强国。从技术方面来看，其工艺设计、设备制造、催化剂性能、废热回收率等与国外先进水平仍有一定的差距。因此，坚持与时俱进、坚持技术创新，是我国硫酸工业实现可持续发展的唯一途径。随着全球经济一体化战略的推进，我国目前这种以本国资源为主要原料、中小型企业星罗棋步的产业结构最终将彻底打破，取而代之的是与国际市场竞争规则相适应的体系。生产装置的大型化、环保意识的极限增强、技术装备水平的全方位提升、能源工厂设计理念的广为接纳，这些目前发达国家已经实现或正在追寻的目标必将成为新世纪我国硫酸工业的现实12,13,14。 2 生产工艺2 生产工艺2.1硫铁矿焙烧原理通常所称的硫铁矿，一般是指黄铁矿、磁硫铁矿和含煤硫铁矿等。从外形和块度看，采出未经浮选的通常称作块矿，经过浮选的称作硫精砂，经过浮选有色金属的叫浮选尾砂。2.1.1黄铁矿（普通硫铁矿FeS2）的焙烧原理黄铁矿在焙烧过程中从400左右开始发生热分解，每molFeS2大约放出mol 单质硫。其反应用下式表示： FeS2FeSx+1/2(1-x)S2 2-1x值随温度而变化，在900左右的高温，x=0热解出来的单质硫磺，呈蒸汽状，以特有的蓝色火焰与空气中的氧进行反应，变成SO2气体。这个反应一般以下式表示： S22O22SO2 2-2一硫化铁与氧反应，不同的过程条件，可得到不同的产物。在低温下（250以下）一硫化铁与氧作用生成硫酸亚铁： FeS22O2=FeSO4 2-3在高温时，则进行下列反应：4FeS7O2=2Fe2SO34SO2Q(2472 KJ) 2-4如果温度超过600，则反应式（2-4）不能进行。FeS与O2之间的作用全部按反应式（2-4）进行。这时的硫酸亚铁在热力学上是不稳定的。它按照下式迅速进行分解。FeSO4=FeOSO3 2-5在工业生产中，为了保证全部硫份都尽可能多的转变为二氧化硫，而不生成或尽可能少地生成硫酸盐及SO3，反应都控制在高温下（600-1000）进行的。所以，在焙烧炉中主要进行的反应式是（2-1）、（2-2）和（2-4）。但是总免不了在炉气中还是会含有一些SO3的。将反应式（2-1）、（2-2）和（2-4）进行整理合并，即得普通硫铁矿焙烧过程总的化学反应式：4FeS211O2=2Fe2O38SO2Q(3309.749 KJ) 2-6 当氧气不足或有意控制“弱氧焙烧”时，硫铁矿在焙烧过程中，就会按下列反应式进行；3FeS28O2=Fe3O46SO2Q(2436.3 KJ) 2-7经验表明，按照此反应进行焙烧，所得炉气中SO2含量较低，矿渣易进行磁选对矿渣利用有利，但操作控制范围较窄容易产生升华硫。硫铁矿中所含的杂质，在焙烧过程中按其本身的特性还会起不同的作用。例如铅、钙、镁、钡等全属的硫酸盐是不分解的，而其碳酸盐则会分解为CO2及氧化物。这些氧化物又与SO3反应，最后变成硫酸盐。砷、硒的化合物在焙烧时，则转变为氧化物，在高温下升华逸入炉气中。氟化物在焙烧过程中转变为气态的氟化物随炉气带出。焙烧反应进行得好坏，生产上通常是以矿渣残硫的高低来衡量，总是希望矿渣残破要尽可能低。沸腾焙烧炉，操作正常时矿渣残硫一般为0.5%左右（全硫约1%左右）。在大块的矿渣中有FeS2形态的硫残留，而小块矿渣中所含的硫一般是以FeS形态存在5,15。2.1.2磁硫铁矿的焙烧原理磁硫铁矿一般用Fe7S8分子代表，但实际上它可用FenSn1 (5n16）来表示，其中以n=7的化合物最多。焙烧反应是复杂的，一般认为会发生以下反应：2Fe7S823O2=14FeO16SO2 2-84Fe7S853O2=14Fe2O332SO2 2-92Fe7S8 =7FeSS 2-10FeS10Fe2O3 =7Fe3O4SO2 2-11其中反应式（ 2-10）是析出单质硫的反应,8molS中析出1mol游离硫。一般说来磁硫铁矿在焙烧过程中容易被硫酸化，但比普通硫铁矿难氧化。故焙烧磁硫铁矿时操作温度需要略高些，矿渣残硫也较高些。2.2生产流程图图21沸腾焙烧工段流程图1加料仓；2进料皮带；3空气鼓风机；4沸腾焙烧炉；5废热锅炉；6旋风除尘器；7电除尘器；8螺旋输送机；9增湿滚筒；10运渣皮带；11渣斗；12埋刮板运输机。2.3沸腾焙烧工段工艺流程简述矿石由加料仓1经进料皮带2连续均匀地加入沸腾炉4，沸腾焙烧炉下部由空气鼓风机3鼓入空气，炉气出沸腾炉后进入废热锅炉5，废热锅炉同时起到两重作用：降低炉气温度和利用废热产生蒸汽。炉气废热锅炉出来后经过旋风除尘器6除去炉气中的大部分灰尘，然后进入电除尘器，在经过5060千伏的高压直流电场时，气体分子被电离成带正电荷的阳离子和带负电荷的阴离子，这些离子附着到矿尘上使尘粒也带有正或负电荷，各被异性的电极所吸引粘附到正负电极上，于是矿尘便从气体中分离出来。当收尘极上的矿尘积累到一定程度时，通过机械装置震打收尘极的框架，把矿尘从上面震动下来落到下面的尘斗中。为了保持放电状态良好，电晕极上的矿尘是用机械装置以很短的时间间隔连续震动下来的。炉气从电除尘器出来后便进入下一个工段，即炉气的净化工段。电除尘器除去的矿灰和沸腾炉、旋风除尘器、废热锅炉排出的矿渣通过埋刮板运输机12和螺旋运输机8汇总运送至增湿滚筒9进行降温增湿，然后通过运渣皮带10输送到渣斗11内。矿渣定时由汽车运送出厂外。2.4工艺操作条件和生产指标2.4.1沸腾层温度500时，二硫化铁的分解已甚为明显。随着温度的提高，分解速度也迅速增大。沸腾层内的温度一般控制在8501000，在层内同一个截面上的各点温度都十分接近。混合均匀、温度均匀、传递过程快，这都是流态化床操作的特点。在焙烧过程中发出的热量，一部分被炉气带出炉外，另一部分被炉渣带出炉外，还有多余一部分热量需要移出，否则沸腾层的温度会升得过高，使焙烧的物料熔融结疤，破坏了整个的沸腾操作（控制不超过1000）。在不得已时可以直接向炉内喷水降温，但是这样作并不能将热量移到系统之外，而且使炉气带有大量水汽，这对后面的炉气净化工序是十分不利的。在其他条件不变的情况下，沸腾层温度是随加料多少而升降的，因此可用固定送风量调节加料速度来控制沸腾层温度。 硫铁矿的焙烧速度是随温度升高而加快的。但实际上是不能无限制地提高焙烧温度，以加快反应的进行。这主要是因为温度过高会造成焙烧物料的熔结，从而影响氧气及二氧化硫的扩散，反而使燃烧速度下降。所以在工业生产中的操作温度，一般控制在800-950之间5,16。2.4.2硫铁矿粒度硫铁矿分解过程的速度虽与焙烧表面及矿粒度的大小无关，但当它分解生成一硫化铁再和空气中的氧进行反应时，是一非均相过程。因此，焙烧速度在很大程度上取决于气固相间接触表面的大小，接触表面的大小主要取决于硫铁矿颗粒的大小，即取决于它的粉碎度，不难得出结论：单位重量硫铁矿的表面积是与粒度尺寸（直径）成反比的。当粒度小时，空气中的氧能充分和硫铁矿的表面接触，并易于达到被焙烧的颗粒的内部，生成的二氧化硫也能很快地离开，扩散到气体中去。如果矿石粒度过大，除接触面自然减少外，则在硫铁矿表面上反应以后，生成一层氧化铁薄膜，阻碍氧气继续向矿石中心扩散，生成的二氧化硫也不能很快地离开。在规定的时间内，硫铁矿中所含的硫来不及燃烧完全，使排出的矿渣残硫增高。脱硫速度是随着矿石粒度的缩小而增快的。这种情形在浮选硫铁矿于沸腾炉流化状态下焙烧获得广泛的证实。实际生产中，粒度要求过小，不但会增加矿石破碎磨细的工作量，而且会增加除尘处理的工作量，故一般在沸腾焙烧中使用的硫铁矿的平均粒度，0.07-1.0mm 之间。尾砂的平均粒径一般0.07-1.0mm，各厂的破碎矿，最大粒径3.5mm5,16。2.4.3炉气中二氧化硫和三氧化硫的浓度在炉出口处炉气中二氧化硫浓度一般维持在1213.5%，在鼓风量不变的条件下改变投矿量便会使二氧化硫浓度改变。二氧化硫浓度虽也能进一步提高，但是此时气体中的氧浓度变得太低，将使从二硫化铁分解出来的一部分硫来不及氧化成二氧化硫便随炉其带出炉外。当炉气温度渐渐降低，这部分硫蒸汽便在后部管道或设备的某些部分凝聚成固态，造成堵塞。因此通常控制二氧化硫浓度不超过13%。反之如果把二氧化硫浓度降低，则要增加风量，会使炉其带出矿尘量增加。在加料速度不变和风量不变的情况下，原料中硫的含量会影响到二氧化硫浓度，为使二氧化硫稳定，要求原料的含硫量也要稳定。炉气中除二氧化硫外，还会存在少量的三氧化硫，这是因为矿渣矿尘中三氧化二铁对二氧化硫的氧化能起到催化作用，但在高温下生成的量很少。在沸腾炉炉气中三氧化硫含量一般为0.10.3%。二氧化硫浓度越高，三氧化硫含量越少5。2.5工艺设备的优缺点2.5.1优点1. 生产强度大。由于炉内空气与矿粒的密切接触，气流与矿粒间相对运动剧烈，它的反应快，单位面积的生产强度远较一般静止条件下的生产强度大得多。2. 传热传质效率高，反应速度快。矿在炉内的剧烈翻沸，加上空气的作用，破坏了它们间的隔阂，其比表面较大，每立方米接触表面可达3280-49200m2，随着表面不断更新，因此使它们间的反应速度、传热和传质效率大为提高。3. 焙烧较完全，硫的烧出率高。矿渣残硫如控制得好，可达到0.5%以下，硫的烧出率可达99%以上。4. 容易得到高浓度的二氧化硫气体。由于它反应速率高，消耗的空气少，容易得高浓度体，甚至可接近理论值。一般为了控制矿渣残硫量，防止升华硫产生，常保持少量过剩氧存在，但出口SO2浓度仍可高达13%左右，这是一般静止床所达不到的，且SO3含量低，一般在0.1%左右。5. 适用的原料范围较广。不仅是一般品位较高的矿石可以使用，而且矿山浮选得的副产品冶炼含硫尾砂（硫精砂）也可使用。可以利用高砷高氟矿，还可以利用那些一般无法烧用的低品位原料（含硫低于20%）或含水高于30%的料浆等。因此，对充分利用资源是很有意义的。6. 结构简单。因此材料省，造价低，制作容易，同时维修工作量较小，不需要厂房，可设置在露天。7. 便于实现机械化、自动化。8. 便于矿渣的综合利用。2.5.2缺点1. 炉气中烟尘率大，每立方米气体中含尘量可达200-300g，可占总矿渣量70%以上，这就给炉气的净制处理带来了复杂性。2. 它需要配备一台风压较高的鼓风机，因此动力消耗大大增加5。44 3 工艺计算书3 工艺计算书3.1物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。物料衡算的基础：物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。G1=G2+G3+G4式中，G2：输人物料量总和；G3：输出物料量总和；G4：物料损失量总和；G5：物料积累量总和。当系统内物料积累量为零时，上式可以写成： G1=G2+G3 物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。物料衡算的基准：(1) 对于间歇式操作的过程，常采用一批原料为基准进行计算。 (2) 对于连续式操作的过程，可以采用单位时间产品数量或原料量为基准进行计算。物料衡算的结果应列成原材料消耗定额及消耗量表。消耗定额是指每吨产品或以一定量的产品(如每千克针剂、每万片药片等)所消耗的原材料量；而消耗量是指以每年或每日等时间所消耗的原材料量。制剂车间的消耗定额及消耗量计算应把原料、辅料及主要包装材料一起算入。3.1.1原始数据年生产能力150000吨日生产能力450吨（一年以330天每天24小时连续生产）原料含硫35%（干基）、含水4%的硫铁矿（FeSO4）空气气温20，含水10gm-3,二次空气用量20%炉气含SO213%，含SO30.17%,其余为N2,O2（未测量）灰渣灰渣=70%30%，灰中残硫0.3%,渣中残硫0.5%制酸系统效率净化率96.0%，转化率97.0%，吸收率99.95%标 准 m3标准状态下的气体体积数3.1.2硫的烧出率灰渣平均残留率式中，CS（残）灰渣平均残硫率，%CS（灰）灰中残硫量，%CS（渣）渣中残硫量，%灰渣产率：式中，CS(实) 矿石中硫的实际含量,%CS(残) 矿渣中的残硫量,%则灰渣产率为：硫的烧出率式中，s 硫的烧出率，则硫的烧出率为：3.1.3投矿量总硫利用率：式中， 总硫利用率，%； 净化率，%； 转化率，%； 吸收率，%。则，耗矿定额：式中， 耗矿定额，kg矿/吨酸； MS 硫的摩尔质量，kg/mol； MH2SO4硫酸的摩尔质量，kg/mol。则，投矿量：3.1.3灰渣生成量式中，灰渣生成量，kg/h则，其中： 3.1.4炉气生成量式中，炉气生成量，炉气中二氧化硫、三氧化硫的含量，%则， =35587.29m3/h3.1.5炉气组分计算炉气中氧含量（%体积）按反应式 来进行计算，其炉气中的含量关系如下： 所以 即 又得表3-1炉气中各气体含量表：组分含量%130.173.8782.963.1.6空气需用量按反应式 来进行计算。生成SO2需氧量V1： 生成SO3需氧量V2：=124.78m3/h炉中过剩氧量V3:进炉总氧量VO2:V O2=V1+V2+V3=6361.23+124.78+1377.23=7863.24m3/h需要空气量V空:或随空气带入炉内水份量: 或=374.441822.4=465.97 m3/h所以炉内湿空气总量:3.1.7物料进出情况沸腾焙烧反应： ，水、氮气未参加反应。 =0.0419735.35+374.44 =1163.85kg/h =36971.05kg/h =13213.14kg/h 于是， =1163.85+36971.05+1962.17+13213.14+ 212.07+15452.78 =68975.06kg/h表3-2物料平衡表物料名称输入kg/h输出kg/h投矿量（干矿）18945.59N236975.9536975.95O211890.051962.17H201163.851163.85SO213213.14SO3212.07矿渣15452.78合计68975.7968975.063.2热量衡算热量衡算的基础是能量守恒定律，在无轴功的条件下，进入系统的热量与离开热量相互平衡。实际生产中传热设备的热量衡算可由下式表示。Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中，Q1物料进入设备带入热量，kJ；Q2由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ；Q3过程热效应，kJ；Q4物料离开设备带出的热量，kJ；Q5消耗在加热设备各个部件上的热量，kJ；Q6设备向四周散失的热量，kJ。热量衡算的方法 热量衡算时一般建议以273K为基准温度，以液态为基准物态。（1） 物料进入设备带人热量Q1(或物料由设备带出的热量Q4)的计算 物料质量，kg；Cpi物料平均等压比热容，kJ (kg)-1；T 物料温度，；T0计算基准温度，。生产过程中有相变化时还要加上相变热。（2）过程热效应(Q3)过程热效应包括化学过程热效应(Qr)和物理过程热效应(Qp)。即：Q3=Qr+Qp式中，GA参与反应的A物质量，kg；qr标准化学反应热，kJmol-1；MAA物质的分子量。Qp可通过盖斯定律来计算。消耗在加热设备各个部件上的热量(Q5)的计算:式中，Mi设备上i部件质量，kg；Cpi设备上i部件比热容，kJ (kg)-1T1设备各部件初温，；T2设备各部件终温，。设备向四周散失的热量(Q6)的计算式中，A设备散热表面积，m2；散热表面向四周介质的联合给热系数，W (m2)-1； TW2四壁向四周散热时的表面温度，；T0周围介质温度，；t 过程持续时间，s。由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量的计算:Q2=Q4+Q5+Q6-Q1-Q3 选定加热剂(或冷却剂)，即可从有关手册查出该物质cp，再确定其进出口温差T，则加热剂(或冷却剂)的用量为：式中，传热系数，kJ(m2h)-1；A传热面积，m2；T m 对数平均温差，。从上式即可计算所需的传热面积。对不需加热或冷却的设备可不必进行热量计算，此时水、汽等消耗量的确定可从同类型的生产车间取得。热量衡算结束应列成动力消耗定额及消耗量表23。3.2.1原始数据炉温：沸腾层800，炉气出口850单位换算：1cal=4.1868J以1h为计算基准3.2.2矿石带入热室温20， =58353.48kcal3.2.3空气带入热空气温度40，Q2=406.853744422.4 3.2.4反应热焙烧1kg干燥硫铁矿的热效应31.8Cs(烧) =21789720.99kcalCs(烧)硫的烧出率3.2.5矿渣带出热800，Fe3O4, =825919.47kcal3.2.6矿灰带出热850， =2096324.91kcal3.2.7干炉气带出热850, SO2, Q6=8507.834948.7622.4 =10344208.88kcal3.2.8矿石带入水分吸收热 =784673.54kcal3.2.9空气带入水分吸收热 =153666.02kcal3.2.10炉壁损失热沸腾炉具有外表面积685m2,测得壁温140，周围空气温度403.2.11沸腾层炉气汽化冷却转移走的热量Q10=Q1+Q2+Q3-Q4-Q5-Q6-Q7-Q8-Q9 =58355.48+458020.36+21789720.99-825919.47- 2096324.91-10344208.88-784673.54-1533666.02-1027500 =6661582.01kcal表3-3沸腾炉热量平衡表输入（kcal）输出（kcal）矿石带入热58353.48矿渣带出热825919.47空气带入热458020.36矿灰带出热2096324.91反应热21789720.99干炉气带出热10344208.08矿石带入水分吸收热784673.54空气带入水分吸收热153666.02炉壁损失热1027500沸腾层汽化移走热6661582.01总计21893874.8321893874.833.2.12外装锅炉出口炉气带走热450 I=155kcal/m33.2.13外装锅炉出口灰尘带走热Q12=10816.954500.23=1119554.33kcal3.2.14锅炉散热外表面积72m2,外壁平均温度100，周围空气温度203.2.15锅炉漏入空气热损漏气率10%（约3500m3）450下，I=144.7kcal/m3,20下，I=4.9kcal/m3Q14=V(I450-I20)3.2.16锅炉蒸发管吸收热 =Q5+Q6+Q7+Q8-Q11-Q12-Q13-Q14 =2096324.91+10344208.88+784673.54+153666.02-6028311.15-1119554.33-74880-489300 =5666907.87kcal3.2.17蒸汽产量 =6661582.01+5666907.87 =12328489.88kcal其中，沸腾层汽化冷却占炉气蒸发管束占=100%-54.03%=45.97%表3-4 工艺条件表锅炉工艺条件泡包压力21饱和温度213.85饱和水焓218.6 kcal-1饱和蒸汽焓668.7 kcal-1给水温度104 硬度0.03-1给水压力25 含氧量0.03-1给水焓inb104 pH7排污率5% 含Fe0.5-1炉水含盐量25003000-1炉水碱度700-1 =6661582.01+5666907.87668.7-104+0.5218.6-104 =20423.6kg/h =20.4t/h表3-5废热锅炉热