《本科毕业设计---年产24.5万吨的硫磺制酸工艺设计.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《本科毕业设计---年产24.5万吨的硫磺制酸工艺设计.doc（38页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、北京化工大学毕业设计（论文）毕业设计年产24.5万吨的硫磺制酸工艺设计诚信申明本人申明： 本人所提交的论文年产24.5万吨的硫磺制酸工艺设计，论文中所引用的他人的文字，研究成果，是我查阅资料认真思考独立完成的。论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究结果，均在论文中加以说明。 本人签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书毕业设计（论文）题目：年产24.5万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计函授站： 专业：化工工艺班级： 学生姓名：指导教师（含职称）：1 设计（论文）的主要任务及目标：本设计主要是三氧化硫吸收塔的设计，通过该装置的设计，使学生在熟练掌握专业知识的基础上能够将理论应运到实际
2、生产中去，从而培养学生理论联系实际以及独立设计、创新能力。撰写设计计算书一份；主体设备装置图1张，工艺流程图1套。 条件：年开工300天，二氧化硫的转化率为95%，吸收温度180，吸收率100%喷淋酸为80的98%的浓硫酸。2 设计（论文）的基本要求和内容：（1）完成塔设备的主体部分的物料衡算与主要设备设计计算；（2）画出塔设备的装置图；（3）画出带控制点的工艺流程图；3 主要参考文献：1 谭天恩.化工原理(第二版)下册M.北京：化学工业出版社，19982 匡国柱.化工单元过程及设备课程及设计（第二版）M.北京：化学工业出版社.20073 编委会，华工工艺手册M，化工工业出版社4 张贵军.化工
3、计算M.北京：化学工业出版社.20085 侯温顺.化工设计概论(第二版)M.北京：化学工业出版社.20086 王绍良.化工设备基础M.北京：化学工业出版社.20087 高职高专化学教材编写组编.物理化学（第二版）M.北京：化学工业出版社.20008 中国石化集团.化工工艺设计手册（上，下）.第2版.北京：化学工业出版社，19949 石油化工工规划设计院.塔的工艺设计.北京：石油化学工业出版社，19774 进度安排：序号设计（论文各阶段名称）起止时间1下达任务书及设计要求5月3日5月4日2撰写开题报告5月5日5月20日3查找资料明确设计目的及基本要求5月21日6月2日4设计计算6月3日6月14日
4、5绘制设备图6月15日6月20日6编写论文6月21日7月15日7后期修改7月21日7月26日年产24.5万吨的硫磺制酸工艺摘 要本设计所给的任务是在接触法制硫酸工业中，普遍采用“两转两吸”的生产系统。其中“两吸”是指硫酸的干燥吸收工序，也是本次设计的主要内容。将原料液通过空气过滤器过滤后的空气进入干燥塔内，塔内用为96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冷却后才能
5、返回塔内循环使用。具有中间吸收的制酸系统，基建投资虽然高些。但是塔能增加硫酸产量，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塔的工艺及物性数据进行了计算，并对塔径工艺尺寸作了算。本设计设计合理，满足生产工艺要求。关键词：硫磺；空气；吸收；填料塔；设计IV目录前言1第1章 概述3第1.1节物质的性质31.1.1 硫磺的性质31.1.2 硫酸的性质3第1.2节硫酸的用途4第1.3节合成方法5第1.4节质量指标5第1.5节硫酸工业现状及发展趋势61.5.1我国
6、硫酸工业的生产现状61.5.2我国硫酸工业的发展趋势61.5.3硫酸工业企业发展建议及分析71.5.4国外硫酸工业的生产现状及发展趋势8第2章 硫磺制酸吸收工段简介10第2.1节三氧化硫吸收原理10第2.2节吸收酸浓度的选择11第2.3节高温吸收的工艺原理11第3章 主要设备的工艺计算13第3.1节中间吸收的工艺计算133.1.1酸喷淋量q143.1.2中间吸收塔的物料衡算153.1.3塔径的计算163.1.4填料层高度的计算183.1.5塔附属高度的计算213.1.6液体初始分布器223.1.7吸收塔的流体力学参数计算22第3.2节 主要设备热量衡算233.2.1 中间吸收塔热量衡算23结论
7、26致谢30附图3132前言硫酸是常见的三大强酸之一，它是纯晶为无色，无臭，透明的油状液体。呈酸性。市售的工业硫酸为无色至微黄色，甚至红棕色，相对密度为98。1.8365（20），98.3%的硫酸为1.8276（20），熔点10.35，沸点338.有很强的吸水能力，与水可以按不同比例混合。硫酸是工业上常见的溶剂，也是非常重要的化工原料之一，它无色、有毒、有强的腐蚀性质的液体。硫酸在化工、医药、农业、国防、工业等行业是不可缺的基础原料和溶剂，它是生产硫酸铵、过磷酸钙等农药和石油的精练不可缺少的原料，在对巩固国防方面是和军用炸药的生产紧密连结在一起。所以，再化工生产中硫酸占据着越来越重要的位置。为
8、了达到生产的工艺要求，将硫磺与空气混合加热、焚烧、转化提纯分离以达到回首有用组分目的，本工艺是用浓硫酸来吸收SO3以达到吸收的目的。吸收是利用气体混合物各组分在液体中溶解度的差别，用液体吸收剂分离气体混合物的单元操作。吸收是分离有用气体与惰性气体最常用的一种操作，在化工、炼油等工业中应用很广，它是气体混合物与作为吸收剂的液体充分发接触时，溶解度大一个或几个组分溶解与液体中，溶解度小的组分仍留在气相，从而实现了气体混合物的分离。在化工生产中，吸收操作广泛的应用于混合气体的分离，其具体应用大致有一下几种：回收混合气体中有用价值的组分出去有害组分以净化气体之辈某种气体的溶液工业废气的治理随着冶炼烟气
9、制酸以及硫磺制酸的发展，我国硫铁矿制酸的产量在总产量中将下降到50 %左右，2005 年，其年产量基本稳定在1300 万1400 万吨。对现有大、中型硫铁矿制酸能力暂不能盲目改为硫磺制酸，主要是采取积极措施解决对水质的污染问题，降低硫铁矿制酸成本，增强竞争力；同时积极推广沸腾炉焙烧硫磺技术。我国硫磺资源较少，硫磺年产量多年来维持在30万吨左右，根据有关部门预测，我国在今后的1015 年内，为满足国内对油品的需求，进口原油量将达到1 亿吨，而且大部分为中东高硫原油，在加工过程中必然会产生大量硫化氢气体；同时内地炼厂对原油的深度加工，也会副产大量酸性气体，因此，在可预见的将来，我国回收硫磺的总产量
10、会有较大幅度的增长。同时，会给硫磺制硫酸带来广阔的空间和发展空间。第1章 概述第1.1节物质的性质1.1.1 硫磺的性质块状硫磺为淡黄色块状结晶体，粉末为淡黄色粉末，有特殊臭味，能溶于二硫化碳，不溶于水。比重、熔点、及其在二硫化碳中的溶解度均因晶体不同而异，沸点约为445，硫磺在空气中燃烧，燃烧时发生蓝色火焰，生成二氧化硫，粉末于空气或氧化剂混合易发生燃烧，甚至爆炸。 硫磺是无机农药中的一个重要品种。商品为黄色固体或粉末，有明显气味，能挥发。硫磺水悬液呈微酸性，不溶于水，与碱反应生成多硫化物。硫磺燃烧时发出青色火焰，伴随燃烧产生二氧化硫气体。用于防治病虫害常把硫磺加工成胶悬剂。它对人、畜安全，
11、不易使作物产生药害。硫磺属多功能药剂，除有杀菌作用外，还能杀螨和杀虫。用于防治各种作物的白粉病和叶螬等，持效期可达半月左右。1.1.2 硫酸的性质(1)化学性质吸水性 浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定的水合物，并放出大量 的热：HSO4 + nHO = HSO4nHO，故浓硫酸吸水的过程是化学变化的过程，吸水性是浓硫酸的化学性质浓硫酸不仅能吸收一般的游离态水而且还能吸收某些结晶水合物中的水。 脱水性 就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质反应时，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，
12、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（碳化）。 强氧化性 常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化。 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SO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SO 。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。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）.酸性：制化肥，如
13、氮肥、磷肥等 .稳定性：浓硫酸与亚硫酸盐反应 (2)物理性质 稀硫酸是一种无色无嗅的透明液体，纯硫酸是一种无色无味油状液体常用的浓硫酸中HSO4的质量分数为98.3，其密度为1.84gcm-3，其物 质的量浓度18.4molL-1。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶 解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。” 若将浓硫酸中继续通入三氧化硫,则会产生发烟现象,这样超过98.3%的硫酸称为发烟硫酸 第1.2节硫酸的用途硫酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。它的应用范围日
14、益扩大，需要数量日益增加。世界的化肥工业在硫酸消费构成中约占65。中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持在5060。在石油工业中，硫酸用于汽油、润滑油等产品的精炼，并用于烯烃的烷基化反应，以生产高辛烷值汽油。钢铁工业需用硫酸进行酸洗，以除去钢铁表面的氧化铁皮。这一工序是轧板、冷拔钢管以及镀锌等加工所必需的预处理。在有色冶金工业中，湿法冶炼过程用硫酸浸取铜矿、铀矿和钡矿；电解法精炼铜、锌、镍、镉等，需用硫酸配制电解液。用萤石和硫酸可制取氢氟酸（见萤石化学加工），它是现代氟工业的基础，与核工业及航天工业密切关联。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸药的制造中，硫酸是硝化工序不可缺少的脱水剂。
15、在化学纤维工业中，硫酸用于配制粘胶纤维的抽丝凝固浴；维纶生产需用硫酸进行缩醛化；锦纶的制造过程中，硫酸可溶解环己酮肟而进行贝克曼转位。在塑料工业方面，环氧树脂和聚四氟乙烯等的生产也需用数量可观的硫酸。在染料工业中，硫酸用于制造染料中间体。硫酸与钛铁矿反应可制得重要的白色颜料二氧化钛。第1.3节合成方法工业上生产硫酸的方法主要有接触法和硝化法两类。接触法制得的硫酸纯度、浓度都较硝化法制得的硫酸为高，我国目前全部以接触法生产，其工艺流程依所采用的原料种类而异。硫磺法是将硫磺经熔融、焚烧生产二氧化硫气体，经废热锅炉、过滤器、再沸器、再经通入空气氧化转化为三氧化硫，再经冷却、酸吸收制得硫酸成品，其使用
16、本方法时，因原料硫磺纯度高，工艺过程简化,S+O2=SO22SO2+O2=2SO3SO3+H2O=H2SO4不需要复杂的净化工段及废水，废渣治理。硫铁矿法制硫酸是将硫铁矿原料处理后，加入沸腾烧焙炉，通入空气进行氧化焙烧，生产的二氧化硫气体经净化后进入转化器转化为三氧化硫，再经酸吸收制得硫酸成品，其4Fe+11O=8SO+2FeO33FS+8O=6SO+Fe3O42SO+O=2SO3SO3+HO=HSO4冶炼烟道气法以冶炼烟气为原料，将其中的二氧化硫通过转化器转化为三氧化硫，再经过酸吸收，制得硫酸成品。其2SO+O=2SO3SO3+HO=HSO4第1.4节质量指标国家一级标准工业硫酸质量指标（1
17、）含量大于等于92.5%;（2）灰分含量小于等于0.010%；（3）Fe的含量小于等于0.010%；（4）沙的含量小于等于0.005%；（5）透明度大于等于50mm;（6）色度为2.0mL.第1.5节硫酸工业现状及发展趋势1.5.1我国硫酸工业的生产现状目前，我国共有硫酸生产企业600多家，其中小型硫酸厂占80%左右，产量占总产量的55%左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力.硫酸生产路线有硫璜制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。我国硫酸生产多年来一直是以硫铁
18、矿为主要原料。而国外基本上是以硫磺为生产原料的。硫磺制酸与硫铁矿制酸相比，在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在着一定的优势。近几年来，我国硫磺制酸发展也比较快。1995年硫铁矿制酸所占比例约为80%，1998年硫铁矿制酸所占比例约为60%，到了2001年比例下降到40%左右。同时，硫磺制酸所占比例由1995年的1.5%左右增加到2001年的30%左右，硫磺制酸工业发展速度较快。这主要是受进口硫磺价格低、国内硫铁矿资源紧张等因素制约了硫铁矿制酸的发展。近年来我国硫酸工业发展速度较快，硫酸年产量由1995年的1684.58万吨（折100%）发展到2001年的2651.34万吨（折100%
19、），1995年至2002年间硫酸产量年平均增长率达到了8.11%。1.5.2我国硫酸工业的发展趋势我国是农业大国，随着农业和化学工业的发展，化肥产量增长很快。硫酸产品消费量也将随之增加。在我国硫酸工业的发展中，应尽快调整硫酸企业的规模结构，硫铁矿制酸与硫磺制酸相比，在硫铁矿资源、品位、运输费用以及环保等方面存在着一定的劣势。近几年来，在进口硫磺价格较低的带动下，使得我国硫磺制酸工业发展较快，现在我国硫磺制酸的比例占硫酸工业已达到了30%左右。改变了以硫铁矿制酸中小型企业为主体的状况，尽一步发展硫磺制酸，在沿海地区有选择地建设硫磺制酸装置，充分利用低价位的进口硫磺原料，使我国硫磺制酸生产能力占硫
20、酸工业的45%左右为宜。同时保持硫铁矿制酸的生产比例，避免国际硫磺市场对我国硫酸行业的冲击。改中小企业为大型企业，发挥规模经济的优势。为满足我国对硫酸逐年递增的需求量，有计划地新建一些硫酸生产装置，并充分考虑到选地、与磷肥基地相配套等，生产规模上应15万吨/年以上为宜。1.5.3硫酸工业企业发展建议及分析我国硫酸工业与世界硫酸强国的差距，以及硫酸行业面临的挑战，提出以下发展建议：要创建一流硫酸企业。针对我国硫酸行业中小企业居多、企业管理相对比较落后的现实情况，我们要把重点放在加强企业管理方面，尽快改善我国硫酸企业管理落后的局面。 硫酸企业应把产品质量视为企业的生命，把质量工作放企业各项工作的首
21、位，发挥品牌效应，创造世界知名品牌，向管理要效益。加速实现企业大型化、信息化、自动化。组建企业集团只是形式上的做大，真正要实现企业大型化达到降低硫酸成本的目的，还必须通过技术改造尽快实现硫酸设备的大型化。其次通过技术改造来加速实现硫酸企业信息化、自动化。信息化可使企业的销售、供应、技术及管理快捷、畅通地和国际接轨，为此我国的硫酸企业必须尽快进入网络时代。同时，实现硫酸生产控制自动化也是降低硫酸生产与劳动有关费用成本的必由之路，控制自动化程度越高，硫酸成本与劳动有关的费用就越低，硫酸企业的劳动生产率就越高。提高硫酸企业装备技术水平。发展我国自身技术的同时，对发达国家已经研制成功的硫酸新工艺、新技
22、术、新材料、新设备，我们可以通过对工艺技术和成套设备的引进，也可以因地制宜地消化吸收之后用来改造我们自己的硫酸装备，向国外技术水平靠拢，从而尽快提高我国硫酸企业的装备技术水平。积极采用高新技术和先进适用技术，改造和提升传统产业。要完善以企业为主体的技术创新体系，在继续搞好引进技术和关键设备消化吸收的基础上结合我国国情开展技术创新，希望有更多的企业和科研设计单位能拥有自己的专利技术和知识产权。我们要继续搞好对外开放，加大对外技术交流和国际合作的广度和深度，逐步缩小我们与国外的差距。我们要运用世贸组织的有关规则，制定具体的应对措施，保护硫酸产业安全。分利用废热能源。硫资源带来的废热能源是硫酸行业得
23、天独厚优势之所在，石油、天然气、煤等主要能源原料的供不应求更加反映出硫酸行业废热能源的弥足珍贵。对国内硫酸企业来说和国际市场完全平等的接轨将意味着硫酸价格的进一步下降。目前，西北欧的硫酸企业出售硫酸废热能源获得的利润，已经远远超过了销售硫酸获得的利润。因此充分利用硫酸系统高中低温位废热能源是十分必要的。我国现有利用硫酸系统的中压蒸汽发电的硫酸企业只占硫酸企业总数的10.6 %，数量太少，应积极利用热管技术等新技术回收硫酸中废热， 将提高我国硫酸废热的回收水平。人才是事业之本。我国不仅需要创建一支高素质的硫酸产业科技人才队伍，而且还需要创建一支高素质的硫酸产业企业家和职工队伍，二者缺一不可. 一
24、个硫酸企业管理水平的高低和科技人才的使用主要取决于该企业的“领导班子”特别是“一把手”。同时还需要一支有奉献精神、敢打硬仗善打硬仗的高素质职工队伍。环保达标成为企业生存的首要条件。21世纪是绿色世纪，实施的是可持续发展战略，企业的命运与环境的关系比以往任何时候都更为密切。按照我国目前大气污染物综合排放标准，新建装置的二氧化硫最高允许排放浓度为960mg/ m3。大型装置，特别是硫磺制酸装置，只要设计合理、管理严格完全可以达到这一标准。总之，我国的硫酸企业必须严格执行国家的环境保护政策，加强能源和资源的综合利用，坚持采取“可持续发展”之策略，才能保证硫酸企业立于不败之地。1.5.4国外硫酸工业的
25、生产现状及发展趋势近年来，国外硫酸工业技术不断得到改进，主要集中在设备结构和材质的改进，提高余热利用效率和节能生产装置的大型化，环境保护和安全生产，催化剂的改进，以及生产操作的计算机管理方面。国外硫酸工业先进，热能利用率高，既能发电，又能供热。自动化水平高，便于管理，提高劳动生产率。在意大利罗马召开的2008年全球硫酸研讨会上，英国硫酸咨询公司的首席咨询师迈克凯托指出，收受新增产能陆续投产的影响，全球硫酸市场将面临供过于求的局面。预计2017年全球硫酸产品将增加到3560万吨/年，其中 大部分来自中东，加拿大，哈萨克斯坦和中国。同时，全球硫酸消费量有望增加2090万吨/年，其新增消费量来自东亚
26、，非洲，大洋洲和中东地区。产能增速 将远超过需求增速，这意味着全球硫酸市场将出现产量过剩情况，即硫酸产品也将会过剩。现代化的硫酸装置都有生产规模大操作人员少的特点，一旦设备发生故障将会造成重大经济损失。特别是冶炼烟气制酸厂，硫酸装置的故障，还会影响有色金属的生产，造成损失更大。因此，改进设备的结构和材质，保证生产装置的可靠稳定运转，是个各家公司不断努力的方向。国外生产装置中三废得到妥善的解决，不污染周围环境，排放气中含量82.5 kg/h，含208 mg/Nm均符合60m烟囱大气排放标准中排放量不超于110kg/h,600mg/Nm的含量。生产装置中的高,中温余热全面给予回收后发电供热,生产装
27、置中午废水废渣排放。固体硫磺熔融过程中，基本上在密闭的设备内进行。生产原料路线，工艺技术路线综合利用以及强化的环境保护技术完全符合清洁生产。今后生产中应站在全球视野的高度，把握好经济发展的周期，具体问题具体分析，认清形势，抓住机遇，合理预测硫酸未来走势，制定正确发展规范，调整战略，积极开拓硫酸市场，在发展中能够更上一层楼。第2章 硫磺制酸吸收工段简介 在接触法制硫酸工业中，普遍采用“两转两吸”的生产系统。其中“两吸”是指硫酸的干燥吸收工序，也是本次设计的主要内容。 经空气过滤器后的空气进入干燥塔内。塔内用w(H2SO4)为96%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
28、缩升温后送入焚硫炉。 干燥和吸收系统均采用泵后冷却流程，既塔循环槽泵酸冷却器塔的循环过程。循环槽采用子母槽，其中中间吸收塔和最终吸收塔个用一台子母槽，母槽两边分设两台子槽，两台子槽上各设一台循环酸液下泵。吸收酸的w(H2SO4)为98%。通过引入中间吸收塔酸冷却器后w(H2SO4)为98%的硫酸来调节干在的w(H2SO4),吸收算的w(H2SO4)通过串入干燥循环酸和加水进行调节。第2.1节三氧化硫吸收原理三氧化硫与硫酸中的水结合是放热反应：SO3(气)+H2O(液)=H2SO4（液）+12.48kg（18）大多数硫酸厂都是采用填料吸收塔用浓硫酸吸收三氧化硫。三氧化硫吸收过程是化学过程。表面上
29、用硫酸吸收三氧化硫的过程似乎是物理过程，然而实质上三氧化硫被吸收并非单纯的物理溶解，它在生成的同时，放出大量的热，因此也属于化学吸收。第2.2节吸收酸浓度的选择在浓度低于98.3%的硫酸液面是水蒸汽和少量硫酸蒸汽存在，在吸收含气体混合物的同时，气体是与水蒸汽相互作用生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽生成后，气相硫酸蒸汽分压便大于酸液面上硫酸蒸汽压力，此时硫酸蒸汽会被酸吸收。由于水蒸汽的做用，故气体中水蒸气含量就会减少，使气相中水蒸汽分压比酸液面上的水蒸气压力低。因此，酸液中的水份不断向气体中蒸发。当水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度时，气相中硫酸含量便不断增多，直至超过其饱和含量于是产生硫酸蒸汽过饱和现象
30、。如饱和度超过临界值，则硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。硫酸浓度越低，淋洒酸温越高，则由于其中的水蒸气越多，生成的酸雾就越多。实践证明，用浓度低于98.3%很多的硫酸吸收时，当酸温生搞到某一数值（临界值），水的蒸发速度会大到足以使水蒸气和气像中的三氧化硫全部结合成酸雾，于是吸收过程完全终止。硫酸浓度高于98.3%的浓硫酸，液面上有硫酸蒸气和三氧化硫蒸气存在，三氧化硫便不能被它吸收完全。因此，一部分会随尾气排出，与大气中水蒸气化合，形成酸雾。在实际生产中，不可能在整个过程中自始至终保持同一硫酸浓度。硫酸吸收了之后浓度相应提高。这就要求吸收酸浓度保持在某一允许的范围而不是某一个浓度。因此喷淋酸浓度控制在9
31、8%98.3%，出塔浓度即使达到99%也是允许的。 本设计吸收采用98%的浓硫酸作为吸收剂。第2.3节高温吸收的工艺原理为了避免吸收过程是酸雾的产生，可以采用高温吸收工艺。用提高表面温度的办法使塔低酸液面上的硫酸蒸气压力与进塔气体中的硫酸蒸汽分压接近，从而使气体中的硫酸蒸气能较慢地在酸液表面进行冷凝，避免在塔底因硫酸蒸汽过饱和度过大，产生冷凝而形成酸雾。要判断在吸收过程是否会产生酸雾，要看硫酸蒸汽在过程是的过饱和度S值是否大于相应的临界过饱和度值。硫酸蒸汽的过饱和度可以用式表示 S硫酸蒸汽过饱和度；P气体中的硫酸蒸汽分压；Ps酸液面上的硫酸的饱和蒸汽压；在实际生产中，需要控制过程的最大饱和度小
32、于临界值。使冷凝过程可以再不产生酸雾的情况下进行。要对是否会发生空间冷凝进行理论计算是困难的。幸而生产中以有控制不使吸收过程中形成酸雾的成熟经验。最有效的降低蒸气最大饱和度的办法是提高冷凝表面温度，即采用提高吸收酸温度的高温吸收工艺。高温吸收工艺有如下特点：1 塔气体温度以高于180为宜，气温高时，相应的硫酸液膜温度也被提高。2 高进吸收塔酸温度不低于7580，使出塔酸温度达到105110，提高进塔酸温度，可以少损失在循环酸中的热量，同时 使酸液面保持较高的酸蒸汽压。出塔酸温高可以增加酸冷却器的传热温差，减少所续传热面积。同时有利于低温的硫酸热的回收利用。第3章 主要设备的工艺计算第3.1节中
33、间吸收的工艺计算 年产浓硫酸 245kt 以一年300天算 则：日产浓硫酸 820kt 则：每小时产 8202498=34.3 假设一次转化率为95% 来自转化工段的气体组成为 SO 8202498%=1.74 SO 8202498=33.0 O 8202498%0.5=0.870N 820249837921=1.98*表1 中间吸收塔的进口气组成 温度为180SOSON1.7433.00.870 1.98设SO吸收率为100%，则中间吸收塔出口气的组成如下：表2 中间吸收塔出口气组成 SON1.740.8701.98喷淋酸为80的98%的浓硫酸3.1.1酸喷淋量q 三氧化硫的吸收操作，是一项
34、重要的技术参数。吸收塔的液气比，是指被吸收的SO量与喷淋量之比，故液气比可用吨酸喷淋量来表示。吨酸喷淋量过小则吸收酸浓度被提高的幅度大，温升也过高。吨酸喷淋量过大，则使塔的喷淋密度太高没有必要 。每生产1tHSO，需要SOL量为0.8163t。中间吸收塔的SO量为0.8163t（一次转化率。吸收率按100%计）设喷淋量为或1.8qt, HSO浓度为,吸收后HSO浓度为，根据吸收前后的平衡: 根据上式，得 设=0.95，C=98.7%，则上式简化为 q=0.1026（C-C）在吸收塔中吸收酸的温升可以推导如下：式中 吸收酸的温升，； Q 每生产1t HSO，吸收过程的热效应与气体降温放出显热之和
35、，kJ; C 吸收酸的比热容，等于1.5，kJ（kg）Q按12.2410计，得到不同的q值时的温升时的情况列表于1。吸收酸温升的一半范围为表3 吨酸喷淋量与温升及浓度变化吨酸喷淋量t(HSO)20.5217.1014.66吸收酸浓度的提高，（C-C）% 吸收酸的温升0.521.60.625.80.730.0 C=C-C=0.7% （3.1-1） q=0.10260.7%=14.66 mt(HSO)表4 出口的温升和浓度变化CC98%98.7%801103.1.2中间吸收塔的物料衡算 （3.1-2）其中： G 被吸收的溶质量; 不含溶质的惰气流率， X,Y 分别为液相和气相的比摩尔分率， SO
36、吸收剂流率,下标： 1指塔底 2指塔顶100%的吸收率=2.006q=14.66 （3.1-3）出口酸浓度: 则喷淋密度:合乎要求。3.1.3塔径的计算 （3.1-4）其中 D： 塔径， 操作条件下混合气流量, 适宜空塔气速,. 安全系数 为泛点气速,. 泛点气速Eckert通用压降关联图分别为液气相流率，分别为气液相密度，液相粘度，液相密度核正系数， （3.1-5）实验测取得填料因子，g重力加速度，.98%的浓硫酸在80时的根据Eckert通用压降关联图采用76mm钢性西环取填料因子 即: 取安全系数80% 则空塔气速 （3.1-6）取D=2.2m核算u （3.1-6）核算径比 =22007
37、6=29符合要求3.1.4填料层高度的计算依式， （3.1-7）Z填料层高度,m；传质单元高度，m;传质单元数，m;惰性气体流量，气相体积吸收总系数，；I单元高度计算 （3.1-8） （3.1-9）气相体积吸收总系数;分别为气液相体积分系数；（1） 本设计采用恩田式计算填料润湿面积作为传质面积a，依改进的恩田式及分别计算。 列出各关联式中的物性数据 气相和液相的密度,;气相和液相的粘度,PaS;溶质在气相和液相中的扩散系数,;气体性质（以塔底180，1013空气计）根据fuller公式液体性质（以塔顶80浓硫酸计） 气体液体的质量流速：依式 （3.1-10）分别为单位体积填料层的润湿表面及总面
38、积，；分别为液体的表面张力及填料材质的临界表面张力， 依式 依式 故 （3.1-11） （3.1-12） 计算 （3.1-13） （3.1-14） （3.1-15） 填料层高度Z计算 取25%富余量，则完成本设计所需76mm钢性阶梯环的填料层高度 所以Z取5.83.1.5塔附属高度的计算塔上部空间高度，可取1m,塔底液相停留时间按2min考虑,则塔釜液所占空间高度为 （3.1-16） 考虑到气相所占空间高度,底部空间高度可取3,所以塔的附属空间高度可以取为4m.3.1.6液体初始分布器（1） 布液孔数 根据该物系性质可选用管式液体分布器，取布液孔数为100个/m2,则总布液孔数为个 （2） 液
39、体保持管高度 取布液孔直径为5，则液位保持管中的液位高度可得出 则液位保持管高度为3.1.7吸收塔的流体力学参数计算（1） 吸收塔的压力降填料塔的压力降为 （3.1-17） 气体进口压力降 取气体进口接管的内径为200，则气体的进口流速近似为则进口压力降为 （3.1-18）出口压力降为 填料层压力降 气体通过填料层的压力降采用Eekert关联图计算，其中 查Eekert图得每米填料的压力降为390，所以填料层的压力降为 其他塔内件的压力降 其他塔内件的压力降较小，在此可以忽略。于是得吸收塔的总压力降为 （1） 吸收塔的泛点率 吸收塔的操作气速为3.64，泛点气速为4.55，所以泛点率为该塔的泛
40、点率合适。（2） 气体动能因子 吸收塔内气体动能因子为 气体动能因子在常用的范围内。 从以上的各项指标分析，该吸收塔的设计合理，可以满足吸收操作的工艺要求。 第3.2节 主要设备热量衡算3.2.1 中间吸收塔热量衡算（1） 进塔气体带入热进塔气体温度SO2带入热量： SO3带入热量： O2带入热量： N2带入热量： 气体带入热量总计： 式中：42.25、55.852、29.936、29.18分别为0-180是SO2、SO3、O2、N2的平均摩尔热容，;（2） 入塔酸带入热量入塔酸温度：80，浓度98.00%H2SO4，热焓：I=81.93，入塔酸带入热量： （3） 吸收反应热 式中：7050为
41、80时98.00%H2SO4吸收SO3的吸收反应热（4） 98.00%H2SO4浓缩为98.9%H2SO4的浓缩热 式中；37.26、18.589分别为98%及99%H2SO4的积分稀释热（5） 出塔气体带出热出塔气体温度：SO2带出热量： O2带出热量： N2带出热量： 气体带出热量总计： 式中：42.24、29.93、29.03分别为0-80时SO2、O2、N2的平均摩尔热容，（6） 出塔酸带出热量 （3.2-1） （7） 出塔酸温度 出塔酸热焓 （3.60） 则出塔酸温度为：109.6表5计算结果汇总表项目指标项目指标设计压力300000进塔气温度.180设计温度.180出塔气温度.80入塔酸温度.80出塔酸温度.110塔高9.8吸收剂流速67.3510塔径2200传质单元高度0.83吸收酸浓度%98传质单元数. 5.03出塔酸浓度%98.9填料层高度. 5.8空塔气速.4.55液泛气速. 3.64吸收剂喷淋量97.7液体保持高度. 861总压力降2267.1吸收塔泛点率.0.8结论 毕业设计是我们所学专业课程的一项重要的综合，通过对硫磺制酸装置工艺的设计这一单元操作的