毕业设计年产8万吨硫酸车间工艺设计.doc

目 录1.设计任务说明书 11.1项目 11.2设计内容 11.3设计规模 11.4设计依据 11.5产品介绍 11.6生产方式 32.工艺路线的选择及设计 32.1工艺路线选择 32.2工艺流程介绍 53.换热器物料衡算 63.1转化工段流程图及简述 63.2换热器物料衡算 84.换热器热量衡算 104.1炉气带入热量Q1 104.2水的冷凝热Q2 114.3入塔酸带入热Q3 114.4 93％酸稀释热Q4 114.5炉气带出热Q5 114.6出塔酸带出热Q6和酸的温度 125.典型设备设计 125.1填料干燥塔干燥流程与原理 125.2干燥塔设备的计算 136.主要设备一览表 167.车间人员定置 168.经济技术指标 179.厂房布置及水电要求 1810.安全﹑环保 19致谢 23附图 249年产8万吨硫酸车间工艺设计1.设计任务说明书：1.1项目：年产8万吨硫酸转化工段工艺及换热器的设计1.2设计内容：转化工段工艺设计；换热器的设计1.3设计规模：1.3.1年产 8万吨硫酸；1.3.2年生产日 300天；1.3.3日生产能力 266.67吨，日产24小时，每小时生产11.11吨。

1.4设计依据：本设计是依据大冶有色金属公司的生产技术资料，并结合设计任务书的内容和生产管理规范的相关文件而进行设计的1.5产品介绍：1.5.1基本介绍：产品化学名称：硫酸英文名：Sulfuric acid化学结构式：分子式：H2SO4分子量：98.07由三氧化硫和水化合而成依据三氧化硫与水的摩尔比的不同，可分为普通硫酸、发烟硫酸和无水硫酸三大类1.5.2理化性质：表1. 硫酸的物理性质物理性质性质参数20℃密度，g/cm3 1.8305熔解热（100%），KJ/mol10.726汽化潜热（326.1℃），KJ/mol50.124熔点℃10.37±0.05沸点℃ 100% 275±598.4% 326±5硫酸的化学性质包括：1．强酸，作为二元酸，它有中性盐（硫酸盐）和酸（硫酸氢盐）2．氧化性，根据还原剂的不同，硫酸可以被还原到二氧化硫、硫和硫化氢3．强脱水性，对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏作用4．可与硝酸可混合组成硝化剂，应用与有机化合物的硝化过程5．可作为有机反应磺化剂 6. 对硫和硫化物的作用：常温下，S与浓硫酸不反应，加热至200℃，发生氧化还原反应并产生SO2逸出；将H2S通入浓硫酸中，生成H2SO3、S和H2O。

稀硫酸与H2S不发生这种反应与磷作用 常温下，磷与硫酸不反应，经加热便反应，生成SO2和H3PO4： 3H2SO4+2P→2H3PO4+3SO2将H2SO4与P置于密闭容器中，使之沸腾，则发生气相硫蒸气燃烧并产生单体硫：2H2SO4+PCL3ClHSO3+SO2+HPO3+2HCl与碳作用C+2H2SO4→2H2O+CO2+SO2H2SO4（＞91%）+CO→CO2+SO2+H2O1.5.3用途： 硫酸是重要的基本化工原料，主要用于制造磷肥和氮肥杀虫剂、除草剂等的制造也需使用大量的硫酸，炼焦时炉气中的氨需用硫酸吸收此外，在钢材加工、化学纤维、染料工业、石油炼制、制革，制药、油漆、炸药及高能燃料制造等方面都需要用硫酸，故被称为“化学工业之母”1.5.4原料： 铜金矿冶炼制得的烟气1.5.5原料标准：表2. 硫酸产品原料标准烟气成分SO2SO3O2CO2N2H2O含量（%）7.40.2154.865.511.21.5.6产品质量规格：表3. 硫酸产品质量标准各组分百分含量（%）优等品一等品合格品灰分≤0.02≤0.03≤0.10Fe ≤0.005 ≤0.010―As ≤0.0001 ≤0.005―Hg ≤0.001≤0.01―Pb ≤0.005≤0.02―透明度/mm≥80≥50―色度/mL≤2.0≤2.0―1.6生产方式：设计工艺选用净化塔(增湿塔和填料塔)、干燥塔、转化器和吸收塔等设备，进行连续生产。

生产安排为三班制，每班八小时2.工艺路线的选择及设计：2.1工艺路线选择：2.1.1主要的工艺路线有以下3种：A．硫铁矿制硫酸：FeS SO2 SO3 H2SO4 首先对硫铁矿进行预处理，对于块状硫铁矿则要粉碎加工成粉矿，对于硫精砂则要进行干燥若矿的品种较多，入炉前还要按杂质含量要求进行掺配原料预处理之后的制酸流程如上图其主要工序为：硫铁矿焙烧、炉气净化、二氧化硫转化及三氧化硫吸收二氧化硫的炉气制取是采用沸腾焙烧，应用余热锅炉回收高温位热能炉气烟尘率高，设置旋风除尘器、电除尘器，经除尘后的炉气进入湿法净化工序，通过第一、第二洗涤设备除去炉气中大部分杂质，再经两级电除雾对炉气进一步精制炉气中的水分在干燥塔内采用浓硫酸进行脱水干燥，并专设过滤设备捕集炉气夹带的雾沫此后，由主风机将炉气抽送到转化工序入转化的二氧化硫经换热器加热到反应温度，进入各段触媒，最后一段出口三氧化硫经冷却进入发烟硫酸及98%酸吸收塔，出塔气体经除沫后转入尾气处理工序此外，还有多种硫铁矿制酸流程，如不同冷却方式的稀酸洗流程、水洗流程以及一次转化流程等 图1. 以硫铁矿为原料的接触法制酸生产流程图1.加矿皮带 2.沸腾炉 3.余热锅炉 4.旋风除尘器 5.电除尘器 6.第一洗涤器 7.第二洗涤器 8.间冷器 9.电除雾器 10.稀酸泵 11.第二循环槽 12.稀酸泵 13.第一循环槽 14.沉淀槽 15.热水泵 16.汽泡 17.除氧器 18.给水泵 19.锅炉水槽 20.空气风机 21.干燥塔 22.酸冷却器 23.一吸塔 24.二吸塔 25.主风机 26.换热器（Ⅳ） 27.换热器（Ⅰ） 28.转化器 29.换热器（Ⅱ） 30.换热器（Ⅲ） 31.加热炉 32.予热器 33.二吸循环槽 34.一吸循环槽 35.干燥塔循环槽B．硫磺制硫酸：S SO2 SO3 H2SO4硫磺来源于天然硫磺、从石油和天然气副产物回收硫磺，天然硫磺和回收硫磺纯度很高，可达99.8%以上，有害杂质的含量很少，作为生产硫酸的原料，不需要复杂的炉气净化工序，还可以省掉排渣设备，工艺流程短，生产中热量可合理利用，对环境的污染少，但天然硫磺受到地域的限制，而且高纯度的硫磺在地壳中的含量少。

C．冶炼烟气制硫酸：含硫的矿石 SO2烟气 SO3 H2SO4可以从矿石中回收重要的金属资源，而且将炉气中的有害气体SO2进行回收利用，减少环境污染结合该公司的具体情况——黄石大冶地区蕴涵丰富的铜金矿资源，最终选择路线C作为生产硫酸的最佳方案2.2工艺流程介绍：二氧化硫风机换热器转炉旋风除尘电除尘器高温排风机一级动力波洗涤口气体冷却塔二级动力波洗涤口电除雾器 干燥塔转化器一至三段中间吸收塔换热器转化器四段 最终吸收塔 尾气烟囱 图2. 工艺流程框图图2为工艺流程框图，它以冶炼烟气为原料的接触法生产硫酸的过程，主要工序包扩烟气的净化，气体的干燥，二氧化硫的转化，三氧化硫的吸收经过除尘后的烟气，依次通过冷却塔，洗涤塔，第一级电除雾器和第二级电除雾器进行净化，在冷却塔和洗涤塔中，烟气中所含的微量三氧化硫从硫酸蒸汽形态变成酸雾，砷，硒和其他金属的氧化物则成为固体粒子，从气相中分离出来；它们一部分由烟气中残存在的微量矿尘一起被洗涤除去，另一部分随气体进入电除雾器，在高压静电作用下被清除干净经过净化的气体，在干燥塔中被循环淋洒的浓硫酸干燥，干燥酸的浓度一般维持在93%左右，由于在气体被浓硫酸干燥的过程中防出大量热量，所以在干燥塔硫酸循环系统中设有酸冷却塔，用冷却水把热量带走。

经过干燥的气体进入二氧化硫鼓风机，提升压力后，送往转化工序从二氧化硫鼓风机出来的气体，首先经过换热器，依次被转换器第三段和第一段出来的三氧化硫气体加热，于大约420℃的温度下，进入转化器的第一段，气体中的部分二氧化硫气体，在五氧化二钒的催化作用下，与空气中的氧气进行反应，生成三氧化硫并防出热量，使反应后的气体温度升高，为了使未反应的那部分二氧化硫进一步转化，转化器的第一段出来的气体在换热器内进行冷却，然后进入第二段转换，继续进行二氧化硫的转换反应，从第二段出来的气体，在换热器中被冷却，然后进入第三段转换，从第三段出来的气体中，绝大部分二氧化硫已经转化为三氧化硫，为了达到更高的最终转换率，第三段出来的气体在换热器中被冷却并在中间吸收塔内用浓硫酸将气体中的三氧化硫吸收除去从中间吸收塔出来的气体已基本不含三氧化硫，只含少量的未转化完全的二氧化硫，为使气体达到催化氧化所需要的温度，气体通过换热器，依次被从转化器的第四段出来的气体和转化器第二段出来的气体加热，然后进入转化器的第四段，进行二氧化硫的最终转化经过第四段转化二氧化硫总转化率可达到99.7%以上从转化器的第四段出来的气体在换热器中冷却，然后进入最终吸收塔，将气体中的三氧化硫全部吸收除去。

3.换热器物料衡算：3.1转化工段流程图及简述：3.1吸收工段流程图及简述图3.吸收工段流程图炉气干燥是净化工序的组成部分，目的是去掉炉气中的水分吸收是硫酸生产中的最后一道工序，目的是把转化气中的SO3吸收下来制成产品硫酸此两过程本是硫酸生产中不相连贯的程序，但由于在着两个操作过程中都使用浓硫酸作为吸收剂，都是吸收过程，彼此间又必须进行串酸调节其浓度，采用的设备也几乎完全一样，故在设计和生产上都把它们划归为同一个工段来进行管理，统称干吸工段或干吸岗位干吸岗位的工艺流程和设备装置，随转化工艺和产品酸的品种的不同而异对于“一转一吸”工艺，干吸工段一般只配置两台填料塔（即干燥塔和吸收塔）及各自的酸循环系统两转两吸”工艺的干吸工段至少要配置三台塔（即干燥塔、中间吸收塔和最终吸收塔），酸的循环系统有两个或三个，可以采用两个循环系统，即干燥循环系统和吸收循环系统（中间吸收塔和最终吸收塔合用一套酸循环系统）也有用98%H2SO4干燥的，则三塔只用一个循环酸槽若需生产发烟硫酸，在以上两种配置中都需加装发烟硫酸吸收塔和发烟硫酸的循环系统酸循环系统，由循环槽，冷却器和泵等三个主要设备所组成由于冷却器有的放在泵的进口，有的放在泵的出口，故在酸循环系统上，有“泵前流程”和“泵后流程”之分。

由于干吸岗位的传质、传热过程，是气液直接传递的，气体中必然带有液体，液体中也必然含有一定的气体，故本岗位还没有除沫和脱吸装置（脱吸又称吹出）一.一次吸收的干吸岗位工艺流程从转化系统导入的转化气一部分进入发烟硫酸吸收塔，另一部分进入98%硫酸吸收塔经发烟硫酸吸收塔吸收后的气体，再与直接进入98%硫酸吸收塔的转化气混合，一齐进入98%硫酸吸收塔，两部分气量的分配比例通过蝶阀来调节，一般控制进发烟硫酸吸收塔的气量不少于三分之一，经98%硫酸吸收塔吸收后的气。