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1、北京科技大学远程与成人教育学院北京科技大学远程与成人教育学院 毕业设计 论文 毕业设计 论文 题 目 年产 40 万吨铜冶炼烟气制酸系统转化工艺恒算 学习中心 远程教育 专 业 冶金工程 年 级 姓 名 自振华 学 号 1220080010 指导教师 张 辉 2015 年 3 月 25 日 目目 录录 摘要 摘要 1 ABSTRACT ABSTRACT 1 1 第一章第一章 文献综述文献综述 2 2 第二章第二章 工艺说明书工艺说明书 4 4 2 1 概述 4 2 1 1 产品规模和规格 4 2 1 2 工艺方案叙述 4 2 2 装置设计说明 4 2 1 1 工艺原理 4 2 2 2 工艺流程
2、说明 5 2 2 3 主要设备选型说明 5 2 2 4 化工原材料规格及用量 5 第三章第三章 转化工序物料衡算与热量衡算转化工序物料衡算与热量衡算 6 3 1 转化工序流程示意图及简要说明 6 3 2 确定各段进口温度及转化率 6 3 2 1 温度与平衡转化率的关系 6 3 2 2 最适宜温度与转化率的关系 7 3 2 3 确定操作线 7 3 2 4 各段进口温度及转化率 8 3 3 转化工序物料衡算 9 3 3 1 进转化器一段气体量及成分 10 3 3 2 出一段气体量及成分 10 3 3 3 出二段气体量及成分 10 3 3 4 出三段气体量及成分 10 3 3 5 出四段气体量及成分
3、 10 3 4 转化器各段的热量衡算 12 3 4 1 转化一段反应热量和出口温度 12 3 4 2 转化二段反应热量和出口温度 14 3 4 3 转化三段反应热量和出口温度 16 3 4 4 转化四段反应热量和出口温度 17 第四章第四章 安全备忘录安全备忘录 21 4 1 概述 21 4 2 二氧化硫和硫酸的危害 21 4 3 二氧化硫和硫酸运输 使用等应注意的事项以及如何防护 22 第五章第五章 环境保护与治理建议环境保护与治理建议 23 5 1 三废主要来源 23 5 1 1 废气 23 5 1 2 废水 23 5 1 3 矿渣 23 5 2 三废处理方案 23 5 2 1 废气 23
4、 5 2 2 废水 23 5 2 3 废渣 24 设计小结设计小结 25 参考文献参考文献 26 致致 谢谢 27 摘要 本设计是进行 400Kt 铜冶炼烟气制酸转化系统工艺设计 首先 通过制定两转两吸 接触法作为主工艺路线 画出工艺流程图 再绘制 X T 平衡曲线和最适温度曲线 根据 转化入口原料气的组成 平衡曲线和最适温度曲线以及催化剂的起燃温度 使用温度 大 致估计四段转化过程的操作线 根据操作线来进行物料衡算和热量衡算 完成工艺说明 书 安全备忘录 即完成课程设计说明书 关键词关键词 铜冶炼烟气 两转两吸接触法 SO2 触媒 物料横算 热量衡算 Abstract The convers
5、ion system of 400Kt a copper smelt off gas sulfuric acid making process is designed on this paper Firstly the double conversion and double absorption of contacting technics is selected as the main process and then the flow chart and equilibrium temperature curve and optimum temperature curve are dra
6、w corroding the above mentions According to the composition of conversion section inlet gas the equilibrium temperature curve and optimum temperature curve the lowest reacting temperature of catalyst to draw the operation line of conversion for four catalyst bed performance and the calculation of ma
7、ss balance and heat balance will be done after drawing the operating line of four periods At last complete the process manual and safety procedure to finish all design Key word copper smelt off gas double conversion and absorption SO2catalyst mass balance heat balance 第一章 文献综述 硫酸是一种重要的基本化工原料 广泛应用于各个
8、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 我国的硫酸工业起始于 19 世纪 70 年代 在旧中国产量很少 新中国建立后 硫酸 工业获得了高速发展 传统的工艺流程是硫铁矿制酸法 这种工艺落后 不但厂区内粉 尘飞扬 矿渣如山 而且排放出大量废水 废气 严重污染周围环境 每年仅向农户支 付的赔偿金和上缴的排污费占据了不少生产成本 为了减少污染 降低生产成本改用硫 磺制硫酸 发达国家早就开始普遍推广了 由于近期进口硫磺比国内便宜 利润空间很 大 大多数国内
9、硫酸生产厂家转向用硫磺法生产硫酸 1 早在 8 世纪就有硝石与绿矾在一起蒸馏得到硫酸的方法 Paracelsus 记述了用绿矾 FeSO4 7H2O 为原料 放在蒸馏釜中锻烧而制得硫酸的方法 在锻烧过程中 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 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
10、业制法可分为硝化法和接触法 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 其 中铅室法在 1746 年开始采用 反应是在气相中进行的 在铅室法的基础上发展起来的塔 式法 开始于本世纪初期 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 以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法 它创始于 1831 年 在本世纪初才广泛用于工业生产 到 20 年代后 由于钒触媒的制造技术和催化效能不断 提高 已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒 世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产 新中国成立后 即大力发展先进的接触法硫酸生产 逐步代替铅室法和塔式
11、法 接触法 中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应 结合成三氧化硫 然后用 98 3 的硫酸吸收为成 品酸 这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高 质量纯 不含氮化物 但炉气的净化 和精制比较复杂 在外部换热式转化流程中 反应过程与换热过程是分开的 气体在床 层中进行绝热反应 温度升高到一定程度后 离开催化床进行降温 然后再进入下一段 床层进行绝热反应 酶进行这样一次绝热反应称为一段 为了达到较高的最终转化率 必须采取多段催化转化 一次转化 一次吸收流程 所谓一次转化 一次吸收是指 SO2经过多段转化后只经过 一个或串联两个吸收塔 吸收其中 SO3后就排放 这种流程比较简单 但转化率相对较低 一般不超过
12、 97 在 60 年代以前 我国硫酸厂大多数采用这种流程 两次转化 两次吸收流程 60 年代以来 转化工艺流程最大的变化就是采用了两次 转化 两次吸收新流程 简称为两转两吸 这项新技术开始时 着眼于充分利用硫的资 源和减少 SO2排放量 保护环境 这种方法的特点是 1 最终转化率高 2 能够处理较高 浓度的 SO2气体 3 减少尾气中 SO2排放量 4 所需换热面积较大 5 系统阻力比一转一 吸增加 4 5kPa 第二章 工艺说明书 2 1 概述 2 1 1 产品规模和规格 2 1 1 1 年操作日 年操作日 300 天 年 2 1 1 2 生产方式 生产方式 连续生产 2 1 1 3 生产能
13、力 生产能力 转化处理烟气量 122315Nm3 h 硫回收率 98 84 二氧化硫转化率 99 8 废酸排放量 288m3 d 排放酸浓度 49 6g L 其中 SO2 含量 822mg m3 酸雾含 量 3 1mg m3 尾气污染物含量均低于 大气污染物综合排放标准 GB16297 1996 的 相关规定 满足排放要求 2 1 1 4 产品规格 产品规格 根据硫平衡计算 硫酸产量 40 万吨 年 100 H2SO4 产品酸规格 98 5 质量符合标准 工业硫酸 GB T534 2002 中一级品的要求 2 1 2 工艺方案叙述 国内生产硫酸的方法主要是用硝化法和接触法 考虑到硝化法所需设备
14、庞大 用铅 很多 检修麻烦 腐蚀设备 反应缓慢 本设计采用的是接触法 该方法制得的成品酸 浓度高 纯度较高 理论上催化氧化操作过程的段数越多 最终转化率越高 而且过程 更接近于最佳温度曲线 催化剂的利用率越高 本设计的生产过程采用两转两吸的工艺 流程 即将二氧化硫经过三段转化后进入一吸塔吸收 吸收一次转化生成的 SO3 而后 剩余的 SO2 返回转化工序 通过四段触媒 进行二次转化后 再返回二吸塔吸收生成的 SO3 吸收达标的尾气排放 转化工艺采用四段 3 1 两次转化 一次转化以后生成的 SO3 被一吸塔吸收以后 吸收率 99 99 以上 将一次转化所生成的 SO3 移除烟气的气象组分 减少
15、生成物 有利于提高二次转化的反应推动力和正反应速率 SO2 转化率将达到 99 2 2 装置设计说明 2 2 1 为确保总转化率 99 8 转化触媒采用进口高效触媒 部分为低温触媒 2 2 2 SO2鼓风机采用进口产品 目前国内 SO2风机的的制造水平 通常采用一用一备的 配置 这样 不但增加了占地 而且维护量较大 设备利用率低 2 2 3 转化热交换器及 SO3冷却器选用新型急扩加速流缩放管壳式换热器 该换热器采用 双面强化传热的缩放型传热管 对管内外两侧气体均有促进界面湍流 强化对流 传热 使得总传热系数可达 36W m2 K 节省了传热面积 该换热器采用空心 环管间支承结构 可降低流体阻
16、力 且壳程环状进出口不易积垢 有利于降低能 耗 2 1 1 工艺原理 二氧化硫转化通常是在不高于 0 5MPa 压力下进行 而且 SO2 SO3 浓度又较低 体 系可视为理想气体 二氧化硫氧化反应是一个可逆放热反应 223 1 2 p cat SOOSOQ 3 32 1 2 SO p SOO p K pp 225 238970 720 186 101 18 10 4 1868 p QTTTJ mol 2 2 2 工艺流程说明 转化工艺采用四段 3 1 两次转化 III I IV II 换热流程 图 1 转化工序流程图 从 SO2 鼓风机出来的烟气 依次通过 III I 换热器 与三段转化 一段转化后的高 温烟气进行换热后 气体升温至 430 进入一段转化 在此 烟气中的大部分 SO2 被 转化成 SO3 反应放出的热使烟气温度升高 为提高 SO2 转化率 经 换热器降温后进 入二段转化 在此 烟气中的部分 SO2 被转化成 SO3 从二段转化出来的高温烟气经 换器降温后进入三段转化 烟气中的 SO2 进一步转化为 SO3 从三段转化出来的高温烟 气依次经 换热器 SO3 冷却器降温冷却
