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1、毕 业 设 计（论 文）(冶金化工系)题 目 年产30万吨硫磺制硫酸工艺设计 目录摘要1关键词1第一章 综述21.1物质的性质21.1.1硫磺的性质21.1.2稀硫酸化学性质21.1.3浓硫酸的性质21.1.3稀硫酸化学性质41.2硫酸的用途41.3硫酸生产的工艺比较61.3.1 硫磺与硫铁矿的工艺比较61.3.2冶炼烟气8第二章 硫磺制硫酸的工艺流程与操作指标92.1 原料及反应原理92.1.1原料92.1.2 反应原理92.2 工艺流程102.2.1熔硫、过滤及液硫储存工序102.2.2焚硫、转化及吸收工序112.3工艺设计132.4工艺指标132.5不正常现象及处理方法14第三章 主要设
2、备163.1 主要设备163.1.1熔硫工段（包括原料工段）163.1.2焚硫转化工段163.1.3干吸工段193.1.4成品工段20第四章 物料衡算和能量衡算234.1 物料衡算234.1.1 原料的选取234.1.2 本设计所需达到的工艺指标234.1.3 焚硫工段物料衡算234.1.4 转化阶段物料衡算244.1.5 工艺中所需98%硫酸及工艺水的计算264.1.6 年产30万吨硫酸原料消耗量284.2 热量衡算294.2.1 熔硫阶段热量衡算294.2.2 焚硫阶段的热量衡算324.2.3 转化阶段回收热量计算32结语34致谢35参考文献36附录III摘要本设计主要讲述硫酸生产工业中焚
3、硫转化生产工段。其中转化主要讲述“两转两吸”生产工序，其中“两吸”指硫酸的干燥吸收工序，也是本设计的主要内容。将原料液通过空气过滤器过滤后的空气进入干燥塔，塔内用98%的硫酸吸收空气中的水分，并经塔顶除雾器除去酸沫后进入空气鼓风机，空气经压缩升温后送入焚硫炉。原料和空气在炉内反应，生成二氧化硫气体可达911%，经废热锅炉回收余热后，在气体过滤器除去其中的粉尘。操作时不得超过99%以上的浓度。由于干燥和吸收都是放热反应，出塔酸都需经酸冷却器后才能返回塔内使用。具有中间吸收的制酸系统，基建投资虽然高些，但是它能增加硫酸产量，可以使用较高的气体浓度。因此，足以抵偿其增加的投资费用。但是，采用中间吸收
4、的主要意义在于改善硫酸厂的环境。本次设计为了满足生产工艺条件的要求，绘制了工艺流程图，对吸收塔进行物料衡算和能量横算。本设计设计合理，满足工艺生产要求。关键词硫磺、空气、吸收、填料塔、设计第一章 综述1.1物质的性质1.1.1硫磺的性质硫磺一般呈块状或粉末状，浅黄色，带杂质者为灰绿色。条痕黄白色，脂肪光泽，晶体透明或半透明。硬度1.2，不完全解离，性脆。硫磺的比重2.05-2.09。摩擦生负电，易溶（180），燃烧时生淡蓝色火焰，并放出SO2气体。硫磺外观为淡黄色脆性结晶或粉末，有特殊臭味。分子量为32.06，蒸汽压是0.13KPa，闪点为207，熔点为119，沸点为444.6，相对密度为2.
5、0。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。作为易燃固体，硫磺主要用于制造染料、农药、火柴、橡胶、人造丝等。1.1.2稀硫酸化学性质 （1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水； （2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸； （3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水； （4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气； （5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。 （6）强电解质,在水中发生电离H2SO4=2H+ + SO4 2- 1.1.3浓硫酸的性质脱水性就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质，而非稀硫酸的性质，即浓硫酸有脱
6、水性且脱水性很强。 脱水性是浓硫酸的化学特性，物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比（21）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。 可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭（炭化）。 浓硫酸 如C12H22O11=12C + 11H2O (4)黑面包反应 在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象，可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭。 强氧化性跟金属反应 常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝
7、化； 加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成SO2 ；Cu + 2H2SO4(浓) =加热)=CuSO4 + SO2+ 2H2O 2Fe + 6H2SO4(浓) = Fe2(SO4)3 + 3SO2 + 6H2O 在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。 跟非金属反应 热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。 C + 2H2SO4(浓) =(加热) CO2 + 2SO2 + 2H2O S + 2H2SO4(浓) = 3SO2 + 2H2O 2P + 5H2SO4(
8、浓) = 2H3PO4 + 5SO2 + 2H2O 跟其他还原性物质反应 浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。 H2S + H2SO4(浓) = S + SO2 + 2H2O 2HBr + H2SO4(浓) = Br2 + SO2 + 2H2O 2HI + H2SO4(浓) = I2 + SO2 + 2H2O 难挥发性（高沸点）制氯化氢、硝酸等（原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸） 如，用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体 NaCl（固）+H2SO4（浓）=NaHSO4+HCl (常温） 2NaCl（固）+H2SO4（浓）=Na2SO4+2HCl （加
9、热） Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2 再如，利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。 酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等 2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4 Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2 稳定性：浓硫酸亚硫酸盐反应 Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2 1.1.3稀硫酸化学性质 （1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水； （2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸； （3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水； （4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和
10、氢气； （5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。 （6）强电解质,在水中发生电离H2SO4=2H+ + SO4 2- 1.2硫酸的用途（1）用于肥料的生产 硫酸铵（俗称硫铵或肥田粉）和过磷酸钙（俗称过磷酸石灰或普钙）这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。 2NH3+H2SO4= (NH4)2SO4每生产一吨硫酸铵，就要消耗硫酸（折合成100%计算）760kg，每生产一吨过磷酸钙，就要消耗硫酸360kg。（2）用于农药的生产 许多农药都要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸锌可作植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂，如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%
11、)的生产都需用硫酸。前者每生产1t需消耗20%发烟硫酸1.4t，后者每生产1t需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉的滴滴涕，每生产1t需要20%发烟硫酸1.2t。（3）用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。 (4)用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中，都需要浓硫酸精炼，以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。每吨原油精炼需要硫酸约24kg，每吨柴油精炼需要硫酸约31kg。石油工业所使用的活性白土的制备，也消耗不少硫酸。(5)在浓缩硝酸中，以浓硫酸为脱水剂；氯碱工业中，以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气等；无机盐工业中，如冰晶石(Na3AlF6)、硼砂(N
12、a2B4O710H2O)、磷酸三钠(Na3PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)、硫酸铅(PbSO4)、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。许多无机酸如磷酸、硼酸、铬酸(H2CrO4，有时也指CrO3)、氢氟酸、氯磺酸(ClSO3H)；有机酸如草酸(COOH)2、醋酸(CH3COOH)等的制备，也常需要硫酸作原料。此外炼焦化学工业（用硫酸来同焦炉气中的氨起作用副产硫酸铵）、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业（有机溶剂的制备）、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，都消耗相当数量的硫酸。 (6)用于化学纤维的生产为人民所熟悉的粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠
13、的混合液作为粘胶抽丝的凝固浴。每生产1t粘胶纤维，需要消耗硫酸1.2t1.5t，每生产1t维尼龙短纤维，就要消耗98%硫酸230kg，每生产1t卡普纶单体，需要用1.6t20%发烟硫酸。此外，在尼龙、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维等化学纤维生产中，也使用相当数量的硫酸。 (7)用于化学纤维以外的高分子化合物生产塑料等高分子化合物，在国民经济中越来越占有重要的地位。每生产1t环氧树脂，需用硫酸2.68t，号称“塑料王”的聚四氟乙烯，每生产1t，需用硫酸1.32t；有机硅树胶、硅油、丁苯橡胶及丁腈橡胶等的生产，也都要使用硫酸。 (8)用于染料工业几乎没有一种染料（或其中间体）的制备不需使用硫酸。偶氮染料中
14、间体的制备需要进行磺化反应，苯胺染料中间体的制备需要进行硝化反应，两者都需使用大量浓硫酸或发烟硫酸。所以有些染料厂就设有硫酸车间，以配合需要。 (9)用于日用品的生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。塑料的增塑剂（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、赛璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸来制备。玻璃纸、羊皮纸的制造，也需要使用硫酸。此外，纺织印染工业、搪瓷工业、小五金工业、肥皂工业、人造香料工业等生产部门，也都需要使用硫酸。 (10)用于制药工业磺胺药物的制备过程中的磺化反应，强力杀菌剂呋喃西林的制备过程中的硝化反应，都需用硫酸。此外，许多抗生素的制备，常用药物如阿斯匹林、咖啡因、维生素B2、B1
15、2及维生素C、某些激素、异烟肼、红汞、糖精等的制备，无不需用硫酸。 (11)与原子能工业及火箭技术的关系 原子反应堆用的核燃料的生产，反应堆用的钛、铝等合金材料的制备，以及用于制造火箭、超声速喷气飞机和人造卫星的材料的钛合金，都和硫酸有直接或间接的关系。从硼砂制备硼烷的过程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一种高能燃料。硼烷又用做制备硼氢化铀用来分离铀235的一种原料。 由此可见，硫酸与国防工业和尖端科学技术都有着密切的关系。 1.3硫酸生产的工艺比较目前硫酸生产的主要方法有硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸及其他制酸四种生产方法。下面对硫磺制酸和硫铁矿制酸两种制酸方法进行工艺比较，突出硫磺制硫酸的工艺和理性。1.3.1 硫
