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1、云南广播电视大学云南国防工业职业技术学院毕业设计作者：崔文涛学号：学院：化学工程学院专业：精细化学品生产技术题目：15万吨湿法磷酸生产工艺-萃取和过滤工序指导者：_张永明高级讲师（姓名）（专业技术职务）张永明高级讲师评阅者：_（姓名）（专业技术职务）摘要本设计关键介绍了采取硫酸分解磷矿（湿法磷酸）制取磷酸。设计关键内容有设计总论、工艺设计和非工艺设计三部分。总论部分具体介绍了产品规格、原料选择、全厂生产路线选择和磷酸在国民生产中关键性。工艺部分关键是分析湿法磷酸生产基础原理、结晶过程、生产方法选择、工艺条件确实定、设备选择、物料衡算、热量衡算和设备计算。非工艺部分关键介绍了地面水污染、大气污染
2、和废气污染处理情况。依据设计画出了湿法硫酸车间生产工艺步骤图。关键词：湿法磷酸，工艺设计，工艺计算。Abstractthisdesignmainlyintroducedusesthesulfuricaciddecompositionphosphorusore(aqueousmethodphosphoricacid)thesystemtotakethephosphoricacid.Thedesignmaincontenthasthedesigngeneralremarks,thetechnologicaldesignandthenon-technologicaldesignthreeparts.
3、Thegeneralremarkspartialindetailintroducedtheproductspecification,therawmaterialselection,theentirefactoryproducetheroutethechoiceaswellasthephosphoricacidlivesthemid-productionimportanceinthenational.Thecraftarepartialmainlyisanalyzestheaqueousmethodphosphoricacidproductionthebasicprinciple,thecrys
4、talprocess,theproductionmethodchoice,thecraftconditiondetennination,theequipmentchoice,Materialbalance,thethermalgraduatedarmcalculateswiththeequipmentcomputation.Thenon-craftpartialmainlyintroducedthegroundwaterpollution,theairpollutionandthewastegaspollutionprocessingsituation.Accordingtodesignedh
5、asdrawntheaqueousmethodsulfuricacidworkshopproductionflowchart.Keyword：Aqueousmethodphosphoricacid,technologicaldesign,processdesign第一章绪论61.1湿法磷酸生产发展6第二章概述62.2磷酸性质62.2.1磷酸物理性质62.2.2磷酸化学性质62.3硫酸62.3.1硫酸性质62.3.2硫酸用途62. 4工艺路线及要求6第三章工艺生产过程133. 1湿法磷酸生产基础原理63.1.1 湿法磷酸生产关键化学反应63.2湿法磷酸生产过程中相平衡63.2.1硫酸钙在CaS0
6、4-H3P0-H20三元体系相平衡63.2.2硫酸钙在CaS04-H3P0-H2S04-H20四元体系中相平衡63.2.3硫酸钙在CaS04-H3P0-H20三元体系中转化动力学63.3磷酸生成过程63.3.1磷矿酸解过程63.3.2硫酸钙结晶过程63.4湿法磷酸生产方法选择论证63.4生产工艺确实定63.4磨矿63.4反应料浆冷却（方法）634消泡方法确实定63.5工艺步骤图示意图绘制63.6设备选择论证63.6.1球磨机63.6.2反应槽63.6.3过滤机63.7设备选择论证63. 7.1酸解过程工艺条件选择63. 7.2过滤过程工艺条件确实定6第四章非工艺部分设计134. 1地面水污染6
7、4. 2大气污染64. 2.1粉尘64. 2.2二氧化硫64. 2.3氟化物64.3废气洗涤6参考文件37致谢382.2物料衡算132.2.1 硫磺焚烧物料衡算132.2.2 转化器物料衡算惨13第三章工艺步骤图及关键设备163.1 工艺步骤及各工序介绍163.1.1 工艺步骤图163.1.2 硫磺制酸工艺步骤说明163.2 关键设备173.2.1 焚硫炉173.2.2 转化器183.2.3 干吸塔193.2.4 空气鼓风机203.2.5 废热锅炉21第四章三废处理244.1 低浓度二氧化硫气体处理244.2 硫酸污水处理244.3 二氧化硫尾气处理25第五章安全生产对策方法和提议265.1
8、工艺操作要求介绍265.2 防火防爆方法305.3 岗位安全要求335.4 加强安全管理方法34第六章设计总结36参考文件37致谢38第一章概述1.1 硫酸生产发展概况近十几年以来，中国硫酸工业得到很大发展，关键标志之一是硫酸工程设计项目多、质量好、技术水平高、经济效益和社会效益显著。中国自行设计、自己建设中、小型硫酸工程遍布全国，还负担了很多大型硫酸工程设计。另外，从国外引进了部分优异硫酸技术。硫酸工程设计进步，大大改变了中国硫酸工业技术情况。硫酸工程设计因采取原料不一样其形式各异，工艺过程和设备须和所用原料相匹配。以前中国以硫铁矿生产硫酸为主体，在今相当长时期内，这种情况不会有较大改变；以
9、重有色冶金工业冶炼烟气生产硫酸，是中国硫酸工业关键组成部分；伴随硫磺供给增加，愈来愈多新建工程从治理环境、生产简便和经济角度考虑，选择以硫磺生产硫酸；以石膏、磷石膏为原料生产硫酸、联产水泥工程，也有新发展。通常情况下，以硫铁矿制酸工艺较复杂些，硫磺制酸过程简便些。硫酸工程设计和消费相关，因为硫酸产品大部分用于生产磷肥等化学肥料,所以硫酸工程大部分和磷肥工业配套建设。比较经典是小磷铁工程中120td硫酸工程；12Okta磷钱工程中600td硫酸工程；240kta磷钱工程中1200td硫酸工程；还有配合重钙生产硫酸工程。对重有色金属冶炼工业硫酸工程，硫酸装置规模大小取决于冶炼金属和所选择冶炼工艺。
10、在这些联合企业中，硫酸装置投资费用是举足轻重，所占百分比均较高。因为磷肥工业和重有色冶金工业装置日趋大型化，配套硫酸装置也对应大型化。然而，毕竟硫酸生产不是这些企业主体装置,所以硫酸工程设计不应喧宾夺主，而应为主体装置“服务”。装置设计要有其适应性和灵活性。硫铁矿制酸南化、开封、云峰、铜陵、黄麦岭、大峪口等大型硫酸工程和冶炼烟气制酸贵溪、白银、葫芦岛、韶关、株洲、金川、金隆等大型硫酸工程设计全部在不一样程度上考虑了其配套地位。硫酸工程设计广泛采取了优异技术和装备。在很多工程设计中，应用中国自己开发新技术，也引进了国外部分新技术；大量使用中国研制装备，亦引进了部分优异和大型设备；还推广使用了很多
11、新材料等。这些方法大大改善了工艺和装备状态，延长了装备使用寿命，降低了维修。中国是世界上使用硫铁矿生产硫酸最多国家，在矿制酸方面也是最成熟和最富有经验国家。有一流沸腾焙烧技术，较全方面地掌握了气体净化方面技术，效果和指标均很好。对装置机械化和自动化作了足够重视，尤其是在大型装置中，原料贮运、装卸,采取和移植其它工业部门行之有效设备，提升机械化水平。控制方面，己经在部分大型工程中，设置了集散系统(DCS),提升了工程设计自控水平。工程设计组织体制逐步和国际接轨，推广了以项目经理负责制为中心新体制，提升了管理水平，适应了进入国际市场需要。很多设计单位装备不停地改善和提升，应用了CAD辅助设计系统，
12、开发和引进了很多应用软件，计算、方案选择、出图均由微机完成，确保了设计质量，加紧了设计进度。设计单位设计质量普遍提升了，具体反应在这些年建设硫酸工程成功率十分高，很多设计单位还经过IS09001质量体系认证，取得了向国际市场进军通行证。1.2 硫酸性质1.2.1 浓硫酸1物理性质纯硫酸是一个无色无味油状液体。常见浓硫酸中H2SO4质量分数为98.3%,其密度为1.84gcm-3,其物质量浓度为18.4mol1.-l0硫酸是一个高沸点难挥发强酸，易溶于水，能以任意比和水混溶。浓硫酸溶解时放出大量热，所以浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不停搅J若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生“发烟
13、”现象这么超出98.3%硫酸称为发烟硫酸”吸水性将一瓶浓硫酸敞口放置在空气中，其质量将增加，密度将减小，浓度降低，体积变大，这是因为浓硫酸含有吸水性。就硫酸而言，吸水性是浓硫酸性质，而不是稀硫酸性质。浓硫酸吸水作用，指是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定水合物，并放出大量热：H2SO4+nH2O=H2SO4nH2O,故浓硫酸吸水过程是化学改变过程，吸水性是浓硫酸化学性质。浓硫酸不仅能吸收通常游离态水(如空气中水)，而且还能吸收一些结晶水合物(如CUSO4-5H2O、Na2CO310H2O)中水。2化学性质1 .脱水性就硫酸而言，脱水性是浓硫酸性质，而非稀硫酸性质，即浓硫酸有脱水性且脱水
14、性很强。脱水性是浓硫酸化学特征，物质被浓硫酸脱水过程是化学改变过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数比（2：1）夺取被脱水物中氢原子和氧原子。可被浓硫酸脱水物质通常为含氢、氧元素有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中有机物，被脱水后生成了黑色炭（碳化）。浓硫酸如C12H22Ou=I2C+UH202 .强氧化性跟金属反应常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。加热时，浓硫酸能够和除金、钳之外全部金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身通常被还原成S02Cu+2H2SO4（浓）=CuS04+S03t+2H2O2Fe+6H2SO4（浓）=Fe2（SO4）3+3SO3t+6H2O在上述反应中，硫酸表现出了
15、强氧化性和酸性。跟非金属反应热浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态氧化物或含氧酸，本身被还原为SC）2。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。C+2H2SO4（浓）=C02t+2SO2+2H2OS+2H2SO4（浓）=3SO2t+2H2O2P5H2SO4（浓）=2H3PO4+5SO2t+2H2O跟其它还原性物质反应浓硫酸含有强氧化性，试验室制取H2S、HBr.HI等还原性气体不能选择浓硫酸。H2S+H2SO4（浓）=SlS02t+2H2O2HBr+H2SO4（浓）=Br2t+S02t+2H2O2HI+H2SO4（浓）=12+S02t+2H2O3 .难挥发性(高沸点)：制氯化氢、硝酸等(
16、原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸)如，用固体氯化钠和浓硫酸反应制取氯化氢气体2NaCl(0)+H2SO4=(浓)Na2SO4+2HCltNa2SO3+H2SO4=Na2SO4H2O+SO2t再如，利用浓盐酸和浓硫酸能够制氯化氢气。4 .酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4Ca3(PO3)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)25 .稳定性：浓硫酸和亚硫酸盐反应Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2t122稀硫酸物理性质无色无嗅透明液体。化学性质1可和多数金属(比铜活泼)氧化物反应，生成对应硫酸盐和水；2可和所含酸根离子氧化性比硫酸根离
17、子弱盐反应，生成对应硫酸盐和弱酸；可和碱反应生成对应硫酸盐和水；可和氢前金属在一定条件下反应，生成对应硫酸盐和氢气；加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖水解。1.3硫酸用途总述-硫酸是基础化学工业中关键产品之一。它不仅作为很多化工产品原料，而且还广泛地应用于其它国民经济部门O它应用范围日益扩大，需要数量日益增加O兹将硫酸在国民经济中作用分述以下。为农业生产服务用于肥料生产硫酸镂(俗称硫镂或肥田粉)和过磷酸钙(俗称过磷酸石灰或普钙)这两种化肥生产全部要消耗大量硫酸。2nh3+h2so4=(nh4)2so4每生产一吨硫酸核，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
18、酸360kg。用于农药生产很多农药全部要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸锌可作植物杀菌剂，硫酸铭可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最一般杀虫剂，如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%)生产全部需用硫酸。前者每生产13需消耗20%发烟硫酸1.4t后者每生产It,需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉滴滴涕，每生产It需要20%发烟硫酸12。为工业生产服务用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门，尤其是有色金属生产过程需要使用硫酸。比如用电解法精炼铜、锌、镉、锲时，电解液就需要使用硫酸，一些贵金属精炼，也需要硫酸来溶解去夹杂其它金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前，全部必需用硫酸清除钢铁表
19、面氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其它质量要求较高钢材，全部必需每轧一次用硫酸洗涤次。另外，有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前，全部要经过用硫酸进行酸洗手续。在一些金属机械加工过程中，比如镀银、镀铭等金属制件，也需用硫酸来洗净表面锈。在黑色冶金企业部门里，需要酸洗钢材通常约占钢总产量5%6%,而每吨钢材酸洗，约消费98%硫酸30kg50kg。用于石油工业汽油、润滑油等石油产品生产过程中，全部需要浓硫酸精炼，以除去其中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。石油工业所使用活性白土制备，也消耗不少硫酸。用于其它化工生产和其它工业部门很多化
20、工生产全部需要使用硫酸。比如，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（na2b4o710h2o）、磷酸三钠、磷酸氢二钠、硫酸铅、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁和其它硫酸盐制备全部要用硫酸。很多无机酸如磷酸、硼酸、格酸（h2cro4,有时也指CrO3）、氢氟酸、氯磺酸（ClSO3h）；有机酸如草酸KCoOh）2、醋酸等制备，也常需要硫酸作原料。另外炼焦化学工业（用硫酸来同焦炉气中氨起作用副产硫酸镂）、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业（有机溶剂制备）、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，全部消耗相当数量硫酸
21、。对处理人民“穿”和“用”等问题所起作用用于化学纤维生产为人民所熟悉粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠混合液作为粘胶抽丝凝固浴。每生产It粘胶纤维，需要消耗硫酸1.2t1.53每生产It维尼龙短纤维，就要消耗98%硫酸230kg,每生产It卡普纶单体，需要用1620%发烟硫酸。另外，在尼龙、醋酸纤维、聚丙烯懵纤维等化学纤维生产中，也使用相当数量硫酸。用于化学纤维以外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相关键地位。每生产It环氧树脂，需用硫酸2.683号称“塑料王”聚四氟乙烯，每生产It,需用硫酸1.32t;有机硅树胶、硅油、丁苯橡胶及丁腊橡胶等生产，也全部要使用硫酸。用
22、于染料工业几乎没有一个染料（或其中间体）制备不需使用硫酸。偶氮染料中间体制备需要进行磺化反应，苯胺染料中间体制备需要进行硝化反应，二者全部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。用于日用具生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。塑料增塑剂（如苯二甲酸醉和苯二甲酸酯）、赛璐珞制品所需原料硝化棉，全部需要硫酸来制备。玻璃纸、羊皮纸制造，也需要使用硫酸。另外，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，也全部需要使用硫酸。用于制药工业磺胺药品制备过程中磺化反应，强力杀菌剂吠喃西林制备过程中硝化反应，全部需用硫酸。另外，很多抗生素制备，常见药品
23、如阿斯匹林、咖啡因、维生素b2、bl2及维生素c、一些激素、异烟阴、红汞、糖精等制备，无不需用硫酸。对巩固国防方面所起作用一些国家硫酸工业发展，曾经是和军用炸药生产紧密连结在一起。不管军用炸药(发射药、爆炸药)或工业炸药，大全部是以硝基化物或硝酸酯为其关键成份。关键有硝化棉、三硝基甲苯(tnt)、硝化甘油、苦味酸等。即使这些化合物制备是依靠硝酸，但同时必需使用浓硫酸或发烟硫酸。和原子能工业及火箭技术关系原子反应堆用核燃料生产，反应堆用钛、铝等合金材料制备，和用于制造火箭、超声速喷气飞机和人造卫星材料钛合金，全部和硫酸有直接或间接关系。从硼砂制备硼烷过程需要多量硫酸。硼烷衍生物是最关键一个高能燃
24、料。硼烷又用做制备硼氢化铀用来分离铀235一个原料。由此可见，硫酸和国防工业和尖端科学技术全部有着亲密关系。农业土质方面在农业生产中，越来越多地采取硫酸改良高PH值石灰质土壤。过去20年来，尿素-硫酸肥料产量大幅度提升并在美国西部诸州土壤中广泛施用。将硫酸注入牛奶场湖泊，改变湖水PH值，可处理圈养牲畜过程产生若干空气和水责问题，将硫酸施入农用土壤和水中，其关键作用是溶解钙、镁碳酸盐和碳酸氢盐。这些钙、镁盐然后替换可交换钠盐，钠盐随即用水浸洗除去。当碳酸盐和碳酸氢盐被分解后，硫酸和更惰性物质反应，释放出磷、铁等植物养分。简单地降低土壤PH值可引发很多元素溶解度改变，提升它们对植物效力。在高PH值
25、石灰质土壤上施用硫酸，可使植物愈加健壮，收成增加。第二章设计理论依据2.1 设计要求设计规模：硫磺制酸年厂33万吨生产时间300天生产过程中：硫磺中含硫尾气以SCh形式排出吸收要求：大气污染物综合排放国家标准(GB162971996)限定二氧化硫最高许可排放质量浓度为960mgm3,吸收率299.95%2.2 物料衡算2.2.1 硫磺焚烧物料衡算本设计硫酸产量为每十二个月98.3%H2S4330000t,则H2SO4产量为：Y=年产量(t)1000(生产日x24)=33OOOO98.3%1OOO(30024)=456054.17kgh=4563616.08molh取一小时为基准依据关系式：SH
26、2SO4可得S量为4563616.08mol=.43g=146035.72kg硫磺含硫量为96%,则需要硫磺量为140194.28kg2.2.2 转化器物料衡算在工艺参数确定中我们己确定了各段物料含量和温度数据并己对其优化。现在经过这些数据计算各段物料组成。A.标准通气本设计硫酸产量为每十二个月98.3%H2S433(MM)0t缶在且330000X983X1000则产酸量为F=中，鼻二二300X24=456054.17(kgh)生产日x24进转化工序a=0.09,b=0.086,总转化率x=0.995,吸收率n=099975,进转化器标准气量以1小时为基准V标=Y22.4(98xra)二243
27、99.711?标=1089.3kmol进入转化器一段炉气温度为680C,压力为负压IOkPa。273+Z100OOOC“2CV31nono1V-Vu=94639.5nr=1089.3kmol2731000+HU炉气成份：SO2=Vua=98.0kmol=6272.0kgO2=V标xb=93.7kmol=2998.4kg所以N2=I089.3-98.0-93.7=897.6kmol以实际生产经验，通常冷激炉气为总量16%左右。计算得炉气分配表，见表2-6表26炉气分配比气体进转化器一段炉气kmol冷激炉气kmolSO298.015.68。293.714.99N2897.6143.62累计1089
28、.3174.29B.物料衡算本设计选择两转两吸步骤,转化阶段共分五段，其中第一次转化过程有三段,第二次转化有两段。进转化器SO2浓度为9%,02浓度为8.6%,N2浓度为82.4%o一段转化率为60%,二段转化率为80%,三段转化率为96%,四段转化率为99.2%五段转化率为99.5%o第一次转化a转化器一段出口气量转化率为0.60SO298.0(l-0.6)=39.2kmolSO398.00.6=58.8kmolO293.7-58.82=64.3kmolN2897.6kmolb.转化器二段出口气量转化率达0.80S298.0(l-0.80)=19.6kmolSO398.00.80=78.4k
29、molO293.7-78.42=54.5kmolN2897.6kmolc.转化器三段出口气量转化率为0.96SO298.0(l-0.96)=3.92kmolSO398.00.96=94.08kmolO293.7-94.082=46.66kmolN2897.6kmol第一次SO3吸收率为99%,进入第二次转化：d.转化器四段出口气量转化率达0.992SO298.0(l-0.992)=0.784kmolSO398.00.992-(94.0899%)=4.077kmolO293.7-98.00.9922=45.092kmolN2897.6kmol已转化器五段出口气量转化率达0.995SO298.0(
30、l-0.995)=0.49kmolSO398.00.995-(94.0899%)=4.371.kmolO293.7-98.00.9952=44.945kmolN2897.6kmol第二次吸收，二次吸收总吸收率为99.975%,出口气体成份如表2-7：表27出口气分配比气体SO2SO3O2N2气量Zkmol0.490.0243844.945897.6百分比0.05200.00264.765995.1795第三章硫磺制酸工艺步骤及其关键设备3.1 工艺步骤及各工序介绍3.1.1工艺步骤图3-1硫磺制酸工艺步骤图3.1.2硫磺制酸工艺步骤说明（1）原料工段固体硫磺由火车运至硫磺仓库，采取人工上料方法
31、，经过一大倾角胶带式输送机将硫磺输送至快速熔硫槽加料口处。（2）熔硫工段来自原料工段固体散装硫磺由胶带输送机送入快速熔硫槽内熔化，经熔化后熔融液硫自溢流口自流至过滤槽中，由过滤泵送入带助滤剂预涂层液硫过滤器内过滤后流入液硫中间槽内，再由液硫输送泵输送到液硫贮罐内，液硫由液硫贮罐经精硫泵（屏蔽泵）送到焚硫转化工段焚硫炉内燃烧。快速熔硫槽、助滤槽、液硫贮罐、精硫槽等内均设有蒸汽加热管，用0.50.6MPa蒸汽间接加热，使硫磺保持熔融状态。助滤槽内设有助滤泵将助滤剂硅藻土预涂到液硫过滤器上。(3)焚硫及转化工段液硫由精硫泵加压经磺枪机械雾化而喷入焚硫炉焚烧，硫磺燃烧所需空气经空气过滤器过滤后，再经空
32、气鼓风机加压、干燥塔干燥后送入焚硫炉。(4)干吸及成品工段空气鼓风机设在干燥塔上游，即硫磺焚烧及转化所需空气经过滤器过滤、鼓风机加压后进入干燥塔塔底，用98%硫酸吸收掉空气中水分使出塔干燥空气中水分0.1gNm3,经塔顶除雾器除去酸雾后干燥空气进入焚硫炉。从干燥塔出来浓度约97.8%硫酸流入干吸塔循环槽中，和来自第一吸收塔吸收酸混合后，经干燥塔酸循环泵加压后送入干燥塔酸冷却器中，经冷却至约70后送到塔顶进行喷淋。由转化器第三段出口气体经冷热换热器和省煤器II回收热量、温度降为172后一部分进入第一吸收塔塔底，塔顶用来温度75、浓度为98.0%硫酸喷淋，吸收气体中SO3后酸自塔底流出进入干吸塔循
33、环槽中，和来自干燥塔干燥酸进行混合并用工艺水调整循环酸浓度至98%后，再由一吸塔酸循环泵依次送入一吸塔酸冷却器冷却后，送至一吸塔塔顶进行喷淋。另一部分一次转化气进入烟酸塔。塔内用104.5%发烟硫酸进行喷淋，吸收转化器中SO3后，由塔底流入发烟酸循环槽，经过来自一吸塔酸冷却器出口98%硫酸调整浓度为104.5%,然后经烟酸塔循环泵送入烟酸塔酸冷却器，冷却后发烟酸一部分作为产品送至成品工段，另一部分送入烟酸塔塔顶进行喷淋。吸收后炉气和另一部分气体混合后再进入第一吸收塔。由转化器四段出来二次转化气经低温过热器/省煤器I换热降温后进入第二吸收塔塔底。该塔用温度为75C,浓度为98%硫酸喷淋，吸收SO
34、3后硫酸自塔底流入吸收塔循环槽。以后经二吸塔酸循环泵加压，并经二吸塔酸冷却器冷却后进入第二吸收塔喷淋。98%成品硫酸由干燥酸循环泵出口引出，再经成品酸冷却器冷却至40后进入成品酸贮罐3.2 关键设备3.2.1 焚硫炉因为硫磺燃烧速度快，所以炉子结构简单，现在通常多用卧式焚硫炉。使用最普遍是喷雾焚硫炉。喷雾焚硫炉结构，是在钢制圆筒内部衬绝热砖和耐火砖。为使硫磺和空气接触良好在23个地方用耐火砖砌半圆形挡墙。硫磺喷雾要求是：形成易于气化微粒、喷雾角度要大，且能均匀分散。喷嘴喷枪和喷头部分采取1.316或相当材料。为了预防炉内高温引发损坏和预防因受热而引发硫磺粘度上升，喷枪应有蒸气夹套。焚硫炉能力同
35、其它工业燃烧炉一样，能力弹性比较大，通常变动12.5倍。表示能力单位，多采取每日、每立方米容积可焚烧多少吨硫磺量来表示。依据实际生产统计，通常是Im?容积雾化焚硫炉，每日可焚烧It左右硫磺，即可生产3t左右硫酸。能力高炉子每日每立方米可焚烧2t左右硫磺。通常规律是，小型炉子能力偏小，大型炉子能力偏大。其关键原因是雾化情况和炉内气速不一样所造成四。雾化焚硫炉生产能力，通常可用下式进行计算23：Q=KV24/100Oq式中：K焚硫单位容积发烧量，通常为116.3232.6kWm3hq燃烧Ikg硫磺之热效应，纯净硫磺为2.57kWkgV焚硫炉容积，m3Q雾化焚硫炉能力，t(dm3)3.2.2 转化器
36、转化器是SCh实施氧化反应并确保SCh排放达标关键设备。转化器长久处于400620C高温下操作，处理含Se)2、SO3腐蚀气体各段间不一样温度造成不一样热膨胀应力，而段间不许可有气体泄漏;另外还要求良好气体分布性能以确保较高转化率。所以，转化器需要有既合理又可靠结构设计和选材。现在转化器在结构上有两种形式积木式结构和中心筒式结构。积木式结构采取平底球冠盖立式回筒形容器，其内部自下向上由若干立柱和桩柱支撑隔板和格栅。中心筒式结构采取两个同心立式圆简，内圆筒直径较小，为中心管，既用于支撑催化剂和隔板部分重量，又作为部分反应段进气通道，催化剂装填在内、外两层圆筒之间。两种结构形式在大型硫磺制酸装置上
37、全部有应用，各有特点。积木式转化器采取立柱和桩柱支撑催化剂格栅和隔板部分重量，在催化剂装填部位筒体内表面衬砌粘土质隔热砖，结构简单。转化器主材为OCrI8Ni9不锈钢，一段可布在设备底部。顶盖采取球冠形，并在外部用扁钢加强，以确保设备强度和刚度。每层隔板均用一个密封圆弧环和壳壁焊成整体，以赔偿隔板因热膨胀而产生变形，避免层间气体串流。格栅上铺设耐热瓷球和不锈钢丝网后再放催化剂。SCh气体经特殊设计分布装置由进气口进入转化器，分布愈加均匀。平面型催化剂床层结构可确保反应愈加均匀。设备底部为平底，由若干滑动式支座支承在土建基础上，能够有效地吸收或赔偿操作状态下因高温热膨胀产生变形，大幅降低设备应力
38、水平，所以设备整体安全性和稳定性很好。中心筒式转化器中各段催化剂层设在用耐热瓷球找平弧形床层板上，催化剂和瓷球之间用一层不锈钢丝网隔开。设备主材为OCrI8Ni9不锈钢，一段一样可部署在设备底部。部分段尤其是一段设计为中心筒进气方法，可使气体在各段反应床层分布均匀。转化器各段之间用弧形隔板分隔，能够有效地吸收或赔偿操作状态下因高温热膨胀产生变形，既能确保层间气体不串流，又能降低设备应力水平。设备底部内外圆筒分别支撑在土建基础上。但用耐热瓷球找平弧形床层阻力不均匀，中心筒空间利用率不高，弧形床层板及分隔板制造难度相对偏大。因为在设计理念上是采取高强度和低刚度来确保设备整体安全性和稳定性，总体上设
39、备强度虽高但刚度相对偏低，所以设备整体安全性和稳定性不如积木式结构。但中心筒式转化器设备材料有所节省，一次性投资较小。在转化反应中，为了使反应靠近最好操作温度即适宜温度。我们在反应时必需降低温度，移去一部分热量，这就是我们所说降温。通常有两种操作方法：一个恒温操作方法，这种方法会使转化器体积太大也极难使移走热量达成要求。另一个方法即绝热操作过程，也是我们曾普遍采取方法。转化器操作气体平均操作温度t尸440480C,ft,为负IOkPa,V标=24399.7m3h,停留时间10秒。t取460C则:=72791.9m3h273+11000“273100OOO+/.V转=停留时间tV3600=202
40、.2m3设转化器高度和直径比：HD=2.7,(D74)x3.14XH=V转D=4.57m,H=12.34m,经圆整后得D=4.6m,H=12.4m3.2.3 干吸塔高效干吸塔系统是将塔填料支承结构形式、高效塔填料、高效分酸器、高效除雾器元件和塔尺寸、操作气速和喷淋酸喷淋密度统一考虑，相互配合，从而形成高强度塔，达成符合工艺要求干澡吸收效率。干吸塔关键结构基础上是相同，塔体为立式圆筒形结构，碳钢内衬耐酸砖。通常采取高铝质耐酸瓷填料支承结构，有采取大跨度、高开孔率耐酸高铝瓷条梁,也有采取高开孔率瓷球拱。干燥塔通常采取国产抽屉式金属丝网除雾器或进口网垫式除雾器。第一吸收塔酸温高、雾量大、雾粒细，为保
41、护后面换热设备，采取高效纤维除雾器第二吸收塔为确保尾气排放要求也采取高效纤维除雾器。从生产使用效果看，其除雾效率均令人满意。酸分布器分酸效果直接影响到空气干燥和SO3吸收效果。中国研窕开发带阳极保护槽管式酸分布器每平方米超出40个分酸点，现在大部分大型硫酸装置干吸塔采取这种形式分酸器。该分酸器降酸管填埋于种阶梯环坟料之中，酸液由酸泵打入主管，再分配至各分酸槽，由槽体上各降液管流出。槽体结构设计要确保每个槽分酸量基础相同，而且不会产生滋流等现象。分酸器制造完成后，在制造厂内要进行水喷淋试验。采取带阳极保护槽管式酸分布器，即使一次性投资较大，但酸分布点多，分酸效果好，使用寿命长，且节省了维护和维修
42、费用。塔底设计通常分为碟形底和平底两种方案。中石化集团南京设计院结合以上两种塔底结构优点，并依据大型化干吸塔特点，将干吸塔设计成含有塔底出酸优点平底结构，立即塔底设计成为外部平底内部锥形结构，出酸在锥形底中央最低点。这种结构同碟形底结构一样不需要大混凝土平台，设计若干根支腿支撑整座塔重量，生产或停车时全部可使塔底积酸全部排尽。为预防将塔内填料碎片带至循环槽打坏酸泵叶轮，在出酸口通常全部设置防涡流装置。3.2.4 空气鼓风机空气鼓风机是硫磺制酸装置最为关键设备，其运行好坏直接影响到整个装里稳定性和可靠性，是装置开车率最关键确保。一台好鼓风机，除了能满足工艺条件外还必需含有良好操作稳定性和操作弹性
43、和长久运行可靠性，而且其噪音要小，能耗要低。大型空气鼓风机关键有轴流式和离心式两种结构类型。轴流式鼓风机采取透平压缩原理，风机效率稍高叶片运转线速度低于离心风机，能够降低磨蚀另外能够利用静叶角度来调整风量。但这种风机结构复杂，造价高，和其配套土建费用高。总升压在3060kPa硫酸装置用鼓风机，中国外通常采取离心式。空气鼓风机动力消耗占了硫酸装置动力消耗大部分。空气鼓风机有蒸汽驱动和电驱动两种方法。蒸汽驱动是采取背压式蒸汽透平直接驱动鼓风机，汽源为硫酸装置副产中压过热燕汽。其优点是可直接利用一部分副产中压蒸汽驱动鼓风机，所产生低压背压蒸汽供其它生产装置使用，而其它部分中压燕汽送去发电，从而降低了
44、硫酸装用电负荷和发电机组负荷。即使燕汽驱动部分投资较电动驱动高，但总投资费用下降了，经济上是合算。在操作方面，采取透平驱动风机，开启扭矩大，开启、升速平稳透平和风机直连，无需齿轮增速机构，能够在较大范围内调整转速，以适应多种工艺负荷要求避免了热能转化成电能再转换成机械能过程中能量损失能够避免采取电机驱动时开启电流过大对电网造成较大冲击。因为透平所用蒸汽是硫酸装置自产，在装刚开车时难以自行开启空气鼓风机进行预热升温，所以开车时需要外界提供符合要求汽源，没有汽源企业或考虑到其它原因可专门配套电动式开车风机。3.2.5 废热锅炉废热锅炉是硫酸装置关键设备之一，开车不顺利硫酸装置多数是因为锅炉故障，而
45、好锅炉则是硫酸装置长久安全运行前提条件。硫磺制酸装置废热锅炉有两种形式，一个是水管锅炉，另一个是火管锅炉，这两种形式锅炉中国全部有成熟可靠设计经验。中国外大型硫磺制酸装置通常全部采取火管锅炉。火管锅炉含有很多优点气流分布均匀，无炉气滞留区，不易发生局部腐蚀能承受较高气体侧压力，降低了漏气率对负荷改变适应性强操作简单，安全可靠动力消耗低价格较廉价，安装工作量小耐火材料较少，维修工作量小，清理轻易等。硫磺制酸装置火管锅炉总体设计为管板采取挠性管板，以吸收火管热膨胀，降低火管和管板焊缝应力前管板采取特制材料加以保护，以降低管板两侧温差应力火管人采取特制套管加以保护，以免焊缝和管口受高温炉气热冲蚀火管
46、和管板采取特殊焊缝形式，以确保焊缝可靠性。废热锅炉有单锅壳单汽包和双锅壳单汽包两种结构形式。双锅壳单汽包结构形式,占地稍大，造价高，对烟气平衡控制要求高。在制造加工和运输条件许可情况下，通常采取单锅壳单汽包结构。带单汽包锅壳式废热锅炉，汽包由下降管和上升管和锅壳连接，并支承在锅壳上。汽包筒体由钢板卷焊而成，封头用钢板冲压而成。汽包内装有除沫器供汽水分离之用。汽包上设有安全阀接口，上升管口处装有挡板。汽包上装有两只就地水位表，另外还有一对水位报警及控制室水位指示器接口、一对水位变送器接口，用以调整锅炉给水，控制汽包水位。为预防汽包水位过高而影响蒸汽品质，汽包上设有紧急放水管口。锅壳筒体内火管呈正三角形排列，管子和管板采取熔深焊。为预防高温气流对管端形成热冲击和磨损，在管端内嵌入错质刚玉保护套管，套管和列管间隙填充耐高温硅酸铝纤维。另外，前管板上涂敷错质磷酸盐可塑料以降低管板温度。为增强管束在运行中稳定性以降低振动，锅壳内部署了两块支承板。每个下降管口全部设置挡板以防炉水直接冲刷列管。前烟箱耐火层为高铝砖，绝热层采取粘土质隔热耐火砖。为吸收热膨胀，高铝砖和前管板耐火浇注料交接处留有膨胀缝，内填硅酸铝纤维烟箱至锅壳转角处也填充有硅酸铝
