学士学位论文年产32万吨硫酸工程项目工艺设计.docx

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学士学位论文年产32万吨硫酸工程项目工艺设计

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：

072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）

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

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,催化剂,环境保护

Annualoutputof32milliontonsofsulfuricacidprocess

designproject

（KeyDesign:

TransformingProcesses）

Abstract

Veryextensiveuseofsulfuricacid,bothintheindustrialsector,orinthedevelopmentofagriculturalproductiontomeettheneedsofthepeople'smateriallife,strengthennationaldefenseforces,playsanimportantrole.Sulfuricacidinthebulkproductionofchemicalsproducedbylivingintheforefront,isanimportantchemicalrawmaterial.Thedesignincludesgeneralpart,technologypartandthenon-processpart.Generalpartofthesulfuricacidindustryathomeandabroadbyanalyzingthesituationanddevelopmenttrend,andthusthelocationoffactoriesandproductionlinestomakeachoice.Aftersulfuricacid,sulfuricacidandsmeltingfluegasacidcomparison,thefinalchoiceofsulfuricacidsolution.Processsectionincludesequipmentselectionandverification,suchas:

useofsulfurfurnacehorizontaldrumofsulfurfurnace,dryabsorptionprocessusingthreetowersofatrough,intousedouble-absorptionprocessofthe3+1process.Then,theappropriateequipmentformaterialbalanceandheatbalance.Ratherthantheprocesssomeofthemajorenvironmentalprotection,suchaswastewater,wastegas,wasteresiduetreatmentandpreventionofnoisepollution.Thetotalconversionrateofsulfurdioxide,99.8%,theexhaustemissionsofsulfurdioxidecontentof458.6683mg/m3,acidmistconcentration2.9361mg/m3,chimneyheightof60meters,fullymeetthenationalstandard;selectionofequipmentandmaterialsarealsoAllachieveddomestically.

Keywords:

sulfur,sulfuricacid,conversion,catalyst,EnvironmentalProtection

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%，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/T534－2002）一等品规格,硫酸质量符合以下要求：

H2SO498.0%，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/T2449－2006.

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，H2SO4,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.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