产万吨硫酸转化系统工艺设计方案 .docx

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1、精品名师归纳总结2.1 概述 42.1.1 产品规模和规格 42.1.2 工艺方案表达 42.2 装置设计说明 42.1.1 工艺原理 42.2.2 工艺流程说明 5目录 摘要： 1ABSTRACT:1第一章文献综述 2其次章工艺说明书 4可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结2.2.3 主要设备选型说明 52.2.4 化工原材料规格及用量 5第三章转化工序物料衡算与热量衡算63.1 转化工序流程示意图及简要说明63.2 确定各段进口温度及转化率 63.2.1 温度与平稳转化率的关系 63.2.2 最相宜温度与转化率的关系 73.2.3 确定操作线 73.2.4 各段进口温度及转化率

2、83.3 转化工序物料衡算 93.3.1 进转化器一段气体量及成分 103.3.2 出一段气体量及成分 103.3.3 出二段气体量及成分 103.3.4 出三段气体量及成分 103.3.5 出四段气体量及成分 103.4 转化器各段的热量衡算 123.4.1 转化一段反应热量和出口温度 123.4.2 转化二段反应热量和出口温度 143.4.3 转化三段反应热量和出口温度 16可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.4.4 转化四段反应热量和出口温度 17第四章安全备忘录 214.1 概述 214.2 二氧化硫和硫酸的危害214.3 二氧化硫和硫酸运输、使用等应留意的事项以及如何

3、防护22第五章环境爱护与治理建议 23可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结5.1 三废主要来源 235.1.1 废气 235.1.2 废水 235.1.3 矿渣 235.2 三废处理方案 235.2.1 废气 235.2.2 废水 235.2.3 废渣 24设计小结 25参考文献 26致谢 27可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结摘要：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平稳曲线和最适温度曲线，依据进口原料气的组成，平稳曲线和最适温度曲线以及催化剂的起燃温度、使用温度大致估量四段转化过程的操作线，依据操作线来进行物料衡

4、算和热量衡算，假如设定值和实际运算值相差太大，需要用试差的方法重新设定操作曲线来运算，直到设计值和运算值差不多。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：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 draw the equilibrium temperature curve and opti

5、mum 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 periods. The value of the actual exit temperat

6、ure 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 toenvironment protection.Key word:catalyst, mass balance, heat balance可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳

7、总结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进展水平的标志。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 岁月，在旧中国产量很少。新中国建立后，硫酸工业获得了高速进展。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，严峻污染四周环境，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。为了削减污染，降低生产成本改用硫 磺制硫酸。发达国家早就开头普遍推广了，

8、由于近期进口硫磺比国内廉价，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FeSO47H2O）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 岁月以前，这种方法为不少的方所采纳。古代称硫酸为“绿矾油”， 就是由于采纳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，这一反应在通常情形下很难进行。后来人们发觉，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

9、水吸取，即制成硫酸。依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 年开头采纳，反应是在气相中进行的。在铅室法的基础上进展起来的塔式法，开头于本世纪初期。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纳的方法，它创始于1831年，在本世纪初才广泛用于工业生产。到20 岁月后，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纳接触法生产。新中国成立后，即大力进展先进的接触

10、法硫酸生产，逐步代替铅室法和塔式可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结法。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 的硫酸吸取为成品酸。这种方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯公式公式3.2）式中： =8% 进转化器的炉气中的 SO2 的浓度%）可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结=10% 进转化器的炉气中的 O2 的浓度%）=0.11MPa 系统总压力 取反应温度 T由公式3.1）运算由公式公式公式3.4） 表 3 二氧化硫的浓度与 值的关系SO2浓度， %SO2 浓度， %SO2 浓度， %23958677312101127830380

11、045171189262212133285064552由上表查得，浓度为 8%的 SO2 对应的 值为 226。操作线温度的确定：已知催化剂的起燃温度为360，使用的温度为 400-580， 考虑到应使操作线尽量与最适温度曲线靠近，且出口温度在催化剂的使用温度范畴内，取原料气的进口温度为360，四段操作线的斜率依据原理气里SO2 的浓度差表得1/226。考虑到原料气的预热过程是依次经过第一、其次、第三、第四换热器，对应于 第四、第一、其次、第三段反应器的冷却，所以假如考虑每个换热器的换热面积相当， 就出口气体冷却降温的温差应为第一段大于其次段，其次段大于第三段，依据这个原就，分别取第一段的降温

12、的温差为65，其次段的降温的温差为 50，第三段的降温的温差为 40，并且每一段转化器的出口温度和转化率对应的点都在平稳曲线和正确温度曲线之间，由此估算得到四段反应器的操作曲线。3.2.4 各段进口温度及转化率表 4 一次转化分段转化率和温度段数一二三四转化率 81.8690.7195.1397.79进口温度 360480450420由图 2 以及表 4 的数据可得： 转化器第一段操作线方程：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结其次段操作线方程： 第三段操作线方程。 第四段操作线方程。图 2 四段反应过程的 X-T 关系图3.3 转化工序物料衡算本设计为 24 万吨/年硫酸转化系统

13、工艺设计 以每小时运算），由可得实际进气总量为为便利运算，本设计假设进气总量为1000kmol，故在最终的运算结果上需乘于系数可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.3.1 进转化器一段气体量及成分以 1000kmol 的进气总量为标准进行运算，已知SO2占 8%，O2 占 10%，N2 占 82%3.3.2 出一段气体量及成分3.3.3 出二段气体量及成分3.3.4 出三段气体量及成分3.3.5 出四段气体量及成分由以上运算汇总转化器物料衡算结果于表5可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结表 5 转化器物料衡算结果进一段）SO2347.822261.87791.68O2

14、434.813913.69739.510N23565.499830.179864.182出一段 进二段）4348136005.497395.2100SO263.0984038.31413.41.50SO3284.74222779.46378.26.77O2292.4299357.76550.46.95N23565.499830.179864.184.784205.6136005.494206.1100出二段 进三段）SO231.9282043.4715.20.76SO3315.525242.17067.87.53O2274.88795.16156.66.56N23565.499830.1798

15、64.185.144187.7135910.793803.6100出三段 进转化器第一段气体带入热量 已知出转化器第一段气体温度 545 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： SO2 的平均摩尔热容：SO3的平均摩尔热容：O2 的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出一段气体每上升 1所需热量为： SO2所需热量：SO3 所需热量：O2所需热量： N2 所需热量：所需总热量：3反应热摩尔反应热总反应热一段出口温度4一段出口气体带出热量可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结3.4.2 转化二段反应热量和出口温度1进转化器其次段气体带入热量 已知出转化器其次段气体温度 500 所以可得各组

16、分气体的平均摩尔热容： SO2的平均摩尔热容：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结SO3 的平均摩尔热容：O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出二段气体每上升 1所需热量为： SO2所需热量：SO3所需热量： O2所需热量。 N2所需热量：所需总热量：3反应热摩尔反应热总反应热二段出口温度4二段出口气体带出热量3.4.3 转化三段反应热量和出口温度1进转化器第三段气体带入热量 出转化器第三段气体温度 460 各组分气体的平均摩尔热容： SO2的平均摩尔热容：SO3的平均摩尔热容：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结O2 的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出三段

17、气体每上升 1所需热量为： SO2 所需热量：SO3 所需热量：O2所需热量： N2 所需热量：所需总热量：3反应热摩尔反应热总反应热三段出口温度4三段出口气体带出热量3.4.4 转化四段反应热量和出口温度1进转化器第四段气体带入热量 已知出转化器第四段气体温度 426 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： SO2的平均摩尔热容：SO3的平均摩尔热容：可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结O2的平均摩尔热容：N2的平均摩尔热容：故出四段气体每上升 1所需热量为： SO2所需热量：SO3 所需热量： O2所需热量： N2所需热量：所需总热量：3反应热摩尔反应热总反应热四段出口温度4四段出

18、口气体带出热量转化器热量平稳见表 6表 6 转化器热量衡算结果气体进口反应热量气体出口可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结段数温度热量温度热量一段二段三段四段360486480332839192854577039960480662102003066940500692771414506182569915329274606335862642057501591923184.84265842477623418552433914979268100502.5第四章安全备忘录4.1 概述本设计中的主要危害物为原料气中二氧化硫，以及产物硫酸。二氧化硫是大气中主要污染物之一，是衡量大气是否遭到污染的

19、重要标志。在我国的一些城镇，大气中二可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结氧化硫的危害较为普遍而又严峻。而硫酸对皮肤、粘膜等组织有剧烈的刺激和腐蚀作用，会对人体产生严峻危害，所以对这些物质必需进行有效的防范。4.2 二氧化硫和硫酸的危害二氧化硫进入呼吸道后，因其易溶于水，故大部分被阻滞在上呼吸道，在潮湿的粘膜上生成具有腐蚀性的亚硫酸、硫酸和硫酸盐，使刺激作用增强。上呼吸道的平滑肌因有末梢神经感受器，遇刺激就会产生窄缩反应，使气管和支气管的管腔缩小，气道阻力增加。上呼吸道对二氧化硫的这种阻留作用，在肯定程度上可减轻二氧化硫对肺部的刺激。但进入血液的二氧化硫仍可通过血液循环抵达肺部产生刺

20、激作用。二氧化硫可被吸取进入血液，对全身产生毒副作用，它能破坏酶的活力，从而明显的影响碳水化合物及蛋白质的代谢，对肝脏有肯定的损害。动物试验证明，二氧化硫慢性中毒后，机体的免疫受到明显抑制。二氧化硫浓度为10 15ppm 时，呼吸道纤毛运动和粘膜的分泌功能均能受到抑制。浓度达20ppm 时，引起咳嗽并刺激眼睛。如每天吸入浓度为100ppm8小时，支气管和肺部显现明显的刺激症状，使肺组织受损。浓度达400ppm 时可使人产生呼吸困难。二氧化硫与飘尘一起被吸入，飘尘气溶胶微粒可把二氧化硫带到肺部使毒性增加 34 倍。如飘尘表面吸附金属微粒，在其催化作用下，使二氧化硫氧化为硫酸雾，其刺激作用比二氧化

21、硫增强约1 倍。长期生活在大气污染的环境中，由于二氧化硫和飘尘的联合作用，可促使肺泡纤维增生。假如增生范畴波及广泛，形成纤维性病变， 进展下去可使纤维断裂形成肺气肿。二氧化硫可以加强致癌物的致癌作用。据动物实验，在二氧化硫作用下，动物肺癌的发病率高于单个因子的发病率，在短期内即可诱发肺部扁平细胞癌。硫酸蒸气或雾可引起结膜炎、结膜水肿、角膜混浊，以致失明。引起呼吸道刺激， 重者发生呼吸困难和肺水肿。高浓度引起喉痉挛或声门水肿而窒息死亡。口服后引起消 化道烧伤以致溃疡形成。严峻者可能有胃穿孔、腹膜炎、肾损害、休克等。皮肤灼伤轻 者显现红斑、重者形成溃疡，愈后癍痕收缩影响功能。溅入眼内可造成灼伤，甚

22、至角膜 穿孔、全眼炎以至失明。慢性影响：牙齿酸蚀症、慢性支气管炎、肺气肿和肺硬化。环 境危害：对环境有危害，对水体和土壤可造成污染。燃爆危急：本品助燃，具强腐蚀性、强刺激性，可致人体灼伤。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结4.3 二氧化硫和硫酸运输、使用等应留意的事项以及如何防护生产、运输和使用二氧化硫时应严格依据刺激性气体有害作业要求操作和作好个人防护，可将数层纱布用饱和碳酸氢钠溶液及1%甘油潮湿后夹在纱布口罩中，工作前后用 2%碳酸氢钠溶液漱口。生产和使用场所空气中二氧化硫浓度不应超过15mg/m3 的最高容许浓度。有明显呼吸系统及心血管系统疾病者，禁止从事与二氧化硫有关的作

23、业。如有人中毒，应立刻将患者移离有毒场所，呼吸新奇空气或氧气、雾化吸入2% 5%碳酸氢钠+氨茶碱+的塞 M 松+抗生素。用生理盐水或清水完全冲洗眼结膜囊及被液体二氧化硫污染的皮肤。 .对吸入高浓度二氧化硫有明显刺激症状，但无体征者，应亲密观察不少于 48h，并对症治疗。积极防治肺水肿，可早期、足量、短期应用糖皮质激素。需要时可用二甲基硅油消泡剂。硫酸操作处置：密闭操作，留意通风。操作尽可能机械化、自动化。操作人员必需经过特的培训，严格遵守操作规程。建议操作人员佩戴自吸过滤式防毒面具全面罩），穿橡胶耐酸碱服，戴橡胶耐酸碱手套。远离火种、热源，工作场所严禁吸烟。远离易燃、可燃物。防止蒸气泄漏到工作

24、场所空气中。防止与仍原剂、碱类、碱金属接 触。搬运时要轻装轻卸，防止包装及容器损坏。配备相应品种和数量的消防器材及泄漏应急处理设备。倒空的容器可能残留有害物。稀释或制备溶液时，应把酸加入水中，防止沸腾和飞溅。硫酸运输留意事项： 本品铁路运输时限使用钢制企业自备罐车装运，装运前需报有关部门批准。铁路非罐装运输时应严格依据铁道部危急货物运输规章中的危急货物配装表进行配装。起运时包装要完整，装载应稳妥。运输过程中要确保容器不泄漏、不倒塌、不坠落、不损坏。严禁与易燃物或可燃物、仍原剂、碱类、碱金属、食用化学品等混装混运。运输时运输车辆应配备泄漏应急处理设备。运输途中应防曝晒、雨淋， 防高温。大路运输时

25、要按规定路线行驶，勿在居民区和人口稠密区停留。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结第五章环境爱护与治理建议5.1 三废主要来源5.1.1 废气一转一吸工艺及尾气回收后的主要废气为SO2。5.1.2 废水硫酸制备工艺主要采纳硫铁矿，故总有酸性污水排出。硫酸废水通常具有色度大、酸度高的特点，其主要有害物质是硫酸、亚硫酸、矿尘、砷、氟以及多种中金属离子 等。炉气酸洗净化流程排除的烯酸，浓度一般在3%20%之间，除含有矿尘外，们仍有砷、氟等杂质，通常被称为废酸。5.1.3 矿渣矿渣是硫酸生产过程中排除的废渣，主要为硫铁矿渣。我国硫铁矿都含砷，焙烧过程中砷的少出率只有约40%，大部分仍六在矿

26、渣中，经焙烧后的砷大部分是水溶性 的，遇雨水浸泡后会被溶出，最终流入江河，污染水体。5.2 三废处理方案5.2.1 废气低浓度的 SO2 烟气回收方法许多，主要有氨 -酸法、钠 -酸法和活性炭法，其中以氨 - 酸法应用最为广泛。除能排除 SO2 污染，爱护环境之外，仍可综合利用生产处有经济价值的固体亚硫酸钠、亚硫酸氢铵、固体亚硫酸钠等延长产品。5.2.2 废水硫酸工业污水的处理，通常采纳石灰中和的方法，此外仍有电石渣-铁屑处理法。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结废酸的利用：把沉降分别后的烯酸直接与98%的浓硫酸参合，配成72%的硫酸用于制造一般磷酸钙。代替水补加到吸取塔循环酸槽

27、内，制成商品硫酸。废酸热解 在生。进行浓缩处理制成浓硫酸。用硫化法处理污酸回收金属。5.2.3 废渣硫铁矿渣含有丰富的铁和其他金属，因此采纳磁选铁精矿、矿渣制砖、氯化球团炼铁等方法将其综合利用。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结设计小结课程设计不仅是对前面所学学问的一种检验，而且也是对自己才能的一种提高。通过这次为期两周的课程设计，使我拓宽了学问面，锤炼了才能，把所学学问进行了串 联，综合素养得到较大提高。同时也使我明白了自己的学问仍比较欠缺，自己要学习的东西仍太多。明白了学习是一个长期积存的过程，在以后的工作、生活中都应当不断的学习，努力提高自己学问和综合素养。作为这个学期学习

28、体系的有机组成部分，课程设计虽然只有两周，但具有重要的意义。它的一个重要功能，在于运用学习成果，检验学习成果。运用学习成果：把课堂上学到的系统化的理论学问，尝试性的应用于实际设计工作，并从理论的高度对设计工作的现代化提出一些有针对性的建议和设想。检验学习成果：看一看课堂学习与实际工作究竟有多大距离，并通过综合分析，找出学习中存在的不足，以便为完善学习方案，转变学习内容与方法供应实践依据。对我们化工专业的本科生来说，实际动手才能的培育至关重要，而这种才能的培育单靠课堂教案是远远不够的，必需从课堂走向实践。这也是一次预演和预备毕业设计工作。通过课程设计，我们可以找出自身状况与实际需要的差距，并在以

29、后的学习期间准时补充相关学问，为求职与正式工作做好充分的学问、才能预备，从而缩短从校内走向社会的心理转型期。在这次课程设计中也使我们的同学关系更进一步了，同学之间相互帮忙，有什么不懂的大家在一起商议，听听不同的看法对我们更好的懂得学问，所以在这里特别感谢帮忙我的老师和同学。可编辑资料 - - - 欢迎下载精品名师归纳总结参考文献1 汤桂华等 . 化肥工学丛书之硫酸 M . 北京: 化学化工出版社， 19952 周学良等 . 催化剂M . 北京: 化学工业出版社， 2002.103 刘少武，刘东等 . 硫酸工作手册 M . 南京: 东南高校出版社， 2001.44 南京化工讨论院 . 硫酸生产分析方法 M . 北京: 燃料化学工业出版社， 1971.125 李绍芬. 硫酸工艺学 M . 北京: 高等训练出版社， 1957.86 陈五公平 . 硫酸与硝酸 M . 北京: 化学化工出版社， 1989.67 娄爱娟，吴志泉，吴叙美 . 化工设计