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1、1 目录目录 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
2、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 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 2 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 2
3、1 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 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 1 摘要 本设计是进行 24 万吨 H2SO4 年转化系统工艺设计 画出工艺流程图 再画出 X T 平 衡曲线和最适温度曲线 根据进口原料气的组成 平衡曲线和最适温度曲线
4、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 如果设定值和实际计算值相差太大 需要用试差的方法重新设定操作曲线来 计算 直到设计值和计算值差不多 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 催化剂 物料衡算 热量衡算 Abstract The 24 000 tons of H2SO4 per year conversion system is designed in this paper The transformation process flow diagram is drawn firstly and then
5、draw the equilibrium temperature curve and optimum temperature curve According to the composition of materials gas and the properties of catalyst we can set the import and export temperature and the calculation of mass balance and heat balance will be done after drawing the operating line of four pe
6、riods The value of the actual exit temperature and set temperature should be closer to each other otherwise we need return to set the temperature and calculate again At last complete the process manual and memorandum and give some recommendations to environment protection Key word catalyst mass bala
7、nce heat balance 2 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
8、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
9、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 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
10、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 3 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
11、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 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 4 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
12、 1 年操作日 300 天 年 2 1 1 2 生产方式 连续生产 2 1 1 3 生产能力 二氧化硫 转化率 98 2 1 1 4 产品规格 二氧化硫 转化率 98 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一转一吸的工艺 流程 即将二氧化硫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 转化流程为
13、 4 段间接换热式 2 2 装置设计说明 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 5 225 238970 720 186 101 18 10 4 1868 p QTTTJ mol 2 2 2 工艺流程说明 现运用接触法一转一吸酸洗封闭流程生产硫酸 其生产工艺大致有六大工序 即 原料预处理 SO2炉气制取 SO2气体净化 二氧化硫转化 三氧化硫吸收 三废 处理 这里主要介绍一下
14、转化系统 转化系统为一转一吸四段反应装置 因为二氧化硫转化的 过程是一个放热过程 它的转化率随着温度的升高而降低 因此采用多段反应器 通过 一段反应器后物料的温度升高 经冷却后通入下一段反应器继续反应 使整个反应的操 作曲线在最适温度曲线附近 既保证了反应的速度 又可以达到较高的转化率 此流程 使用原料气作为冷却剂 可以省去外加的冷却剂 又可以利用反应产生的热量来预热原 料气 节约能源 一举两得 转化系统包括一个四段反应器和四个换热器 前面制取的 气体经过一系列净化的过程 依次通过第一 第二 第三 第四换热器预热后进入反应 器 第一 第二 第三 第四段反应床层出来的气体分别经过第二 第三 第四
15、 第一 换热器进行冷却 再通入吸收塔 2 2 3 主要设备选型说明 2 2 3 1 考虑到转化器设计应让二氧化硫尽可能在最优化温度条件下反应 最大限度的利 用二氧化硫反应放出的热量 设备阻力既要小 又能使气体分布均匀 故考虑使用外部 换热型转化器 2 2 3 2 换热器考虑到气体有一定腐蚀性 故选用列管式换热器 2 2 3 3 风机选用罗茨风机 2 2 4 化工原材料规格及用量 2 2 4 1 进入转化器气体组成 SO2占 8 O2占 10 N2占 82 2 2 4 2 本设计采用的催化剂型号是 S109 1 起燃温度为 360 使用温度为 400 580 入口 SO2 7 5 9 4 2 6
16、 第三章 转化工序物料衡算与热量衡算 3 1 转化工序流程示意图及简要说明 原料气第一换热器转化炉一段 第二换热器转化炉二段第三换热器 转化炉三段第四换热器转化炉四段 图 1 转化工序流程示意图 上图是硫酸转化工艺的流程 原料气由干燥器进入换热器 再进入转化炉一段 再 进入到第二换热器 以此类推 直到从转化炉四段出来降温至吸收塔 3 2 确定各段进口温度及转化率 3 2 1 温度与平衡转化率的关系 在 400 700 时 公式 见 化工工艺工程设计 邹兰 阎 5140 6 lg4 8817 P K T 传智编 公式 3 1 式中 平衡常数 温度 KKpT 平衡转化率 公式 见 化工工艺工程设计 邹兰 阎 T X 1000 5 0 5 T T Kp aX Kp P baX 传智编 公式 3 2 式中 8 进转化器的炉气中的 SO2的浓度 a 7 10 进转化器的炉气中的 O2的浓度 b 0 11MPa 系统总压力 P a KP 取反应温度 T 由公式 3 1 计算Kp 由公式 3 2 计算 T X 依此计算得平衡转化率与温度的关系列表 表 1 平衡转化率与温度的关系 T400420440
