貴州大學畢業(yè)設計硫酸

貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 I 頁 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計）誠信責任書本人鄭重聲明：本人所呈交的畢業(yè)論文（設計） ，是在導師的指導下獨立進行研究所完成。畢業(yè)論文（設計）中凡引用他人已經發(fā)表或未發(fā)表的成果、數(shù)據、觀點等，均已明確注明出處。特此聲明。論文（設計）作者簽名日 期： 2016 年 1 月 25 日貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 1 頁 目錄年產 32 萬噸硫酸工程項目工藝設計（重點設計：轉化工序）摘要硫酸用途非常廣泛，無論在工業(yè)部門，還是在發(fā)展農業(yè)生產、滿足人民物質生活需求、加強國防力量，都起著重要的作用。硫酸在大宗生產的化學品中產量居于前列，是重要的化工原料之一。本設計包含總論部分、工藝部分和非工藝部分。總論部分首先通過分析國內外硫酸工業(yè)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢，從而對建廠位置和生產路線作出選擇。經過硫磺制酸、硫鐵礦制酸和冶煉煙道氣制酸的比較，最終選用硫磺制酸方案。工藝部分主要包括設備的選型和論證，比如：焚硫爐選用圓桶型臥式焚硫爐，干吸工藝采用三塔一槽，轉化工藝選用兩轉兩吸的 3+1 流程。接著對相應的設備進行物料衡算和熱量衡算。而非工藝部分主要包括環(huán)境保護，例如廢水、廢氣、廢渣的治理和噪聲污染的防治。最二氧化硫總轉化率達到 99.8%以上，所排放的尾氣中二氧化硫含量為458.6683mg/m3，酸霧濃度為 2.9361mg/m3，煙囪高度為 60 米，完全達到了國家標準；選用的設備和材料也全部實現(xiàn)了國產化。關鍵詞：硫磺, 硫酸 , 轉化, 催化劑 ,環(huán)境保護 貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 2 頁 Annual output of 32 million tons of sulfuric acid process design project(Key Design: Transforming Processes)AbstractVery extensive use of sulfuric acid, both in the industrial sector, or in the development of agricultural production to meet the needs of the peoples material life, strengthen national defense forces, plays an important role.Sulfuric acid in the bulk production of chemicals produced by living in the forefront, is an important chemical raw material.The design includes general part, technology part and the non-process part.General part of the sulfuric acid industry at home and abroad by analyzing the situation and development trend, and thus the location of factories and production lines to make a choice.After sulfuric acid, sulfuric acid and smelting flue gas acid comparison, the final choice of sulfuric acid solution.Process section includes equipment selection and verification, such as: use of sulfur furnace horizontal drum of sulfur furnace, dry absorption process using three towers of a trough, into use double-absorption process of the 3 +1 process.Then, the appropriate equipment for material balance and heat balance.Rather than the process some of the major environmental protection, such as wastewater, waste gas, waste residue treatment and prevention of noise pollution.The total conversion rate of sulfur dioxide, 99.8%, the exhaust emissions of sulfur dioxide content of 458.6683mg/m3, acid mist concentration 2.9361mg/m3, chimney height of 60 meters, fully meet the national standard; selection of equipment and materials are alsoAll achieved domestically.Keywords: sulfur, sulfuric acid, conversion, catalyst, Environmental Protection貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 3 頁 第一章 總論1.1 設計對象1.1.1 設計規(guī)模：32 萬噸/年1.1.2 原料和產品規(guī)格原料：硫磺 規(guī)格：含硫 98.96%，0.11%，灰分 0.93%。產品：98%的濃硫酸規(guī)格：產品質量標準執(zhí)行中華人民共和國工業(yè)硫酸標準（GB/T 5342002)一等品 規(guī)格,硫酸質量符合以下要求：H 2SO4 98.0%，鐵含量 0.01%，As 含量 0.005%，透明度 50mm，色度 2.0mL。1.1.3 工業(yè)硫磺的性質及用途工業(yè)硫磺是一種重要的化工產品和基本工業(yè)原料，工業(yè)硫磺有塊狀、粉狀、粒狀和片狀等，呈黃色或者淡黃色，產品質量標準執(zhí)行 GB/T24492006.工業(yè)硫磺分子量為 32.06，蒸汽壓為 0.13kpa，閃點為 207，熔點為 119。它不溶于水，微溶于乙醇，易溶于二硫化碳。屬于二級易燃物，自然點 205，其粉塵或蒸汽能與空氣形成爆炸性混合物,屬易燃固體危險品。硫磺主要用來生產硫酸、染料、煙花爆竹及橡膠制品，還可用于軍工、醫(yī)藥、農藥等部門。食品硫磺在食品工業(yè)中可用來防腐、殺蟲、漂白、熏染等，還可用于淀粉工業(yè)軟化玉米及其它原料用。1.1.4 硫酸的性質及用途 1硫酸，H 2SO4,相對分子質量為 98.078，是指 SO3 與 H2O 摩爾比等于 1 的化合物，或指 100%H2SO4，外觀為無色透明油狀液體，密度 (20)為 1.8305g/cm3。工業(yè)上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即 SO3 與 H2O 摩爾比小于或等于 1 的物質。發(fā)煙硫酸是 SO3與 H2O 的摩爾比大于 1，亦為無色油狀液體，因其暴露于空氣中，逸出的與 SO3 空氣中的水分結合形成白色酸霧，故稱之為發(fā)煙硫酸。硫酸或發(fā)煙硫酸的濃度都可用 H2SO4 質量分數(shù)表示。但發(fā)煙硫酸的濃度常用其中所含的游離 SO3 或全部 SO3 質量分數(shù)表示。常用的硫酸組成可分為：92%硫酸，98%硫貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 4 頁 酸、100%硫酸、20%發(fā)煙酸、65%發(fā)煙酸。硫酸是強酸之一，具有酸的通性。但濃硫酸有其特殊的性質。在物理性質方面，有相對密度大，沸點高，液面上水蒸氣的平衡分壓極小等特性；在化學性質方面，有氧化、脫水和磺化的特性。硫酸與水可以任意比例混合，同時放出大量的熱，會飛濺傷人或引起爆炸；硫酸的密度是隨溫度的降低及含量的增加而增加，但是硫酸的冰點并不是隨其溫度的增加而降低的，濃度低于 76%的硫酸與金屬反應會放出氫氣。硫酸用途非常廣泛，無論在工業(yè)部門還是在農業(yè)生產、滿足人民物質生活需要、加強國防力量，都起著重要的作用。硫酸在大宗生產的化產品產量位居前列，是最重要的化工原料之一。硫酸的最主要用途是生產化學肥料，用于生產磷銨、重過磷酸鈣、硫胺等。在中國，硫酸產量的 60%以上用于生產磷肥和復肥。在化學行業(yè)中，硫酸是生產各種硫酸鹽的主要原料，是塑料、人造纖維、染料、油漆、藥物等生產中必不可少的原料。在農藥、除草劑的生產中亦需要硫酸。在石油行業(yè)中，石油精煉需要使用大量硫酸作為洗滌劑，以除去石油產品中的不飽和烴和硫化物等雜質。在冶金行業(yè)中，鋼材加工及成品的酸洗都需要硫酸；電解法精煉銅、鎘時，電解液需使用硫酸；某些貴金屬的精煉亦需用硫酸溶去夾雜的其他金屬。在火炸藥及國防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、硝化纖維等炸藥。原子能工業(yè)中用于濃縮鈾。運載火箭所用燃料亦離不了硫酸。1.1.5 硫酸工業(yè)的概況及其發(fā)展趨勢1.中國硫酸工業(yè)的概況及發(fā)展趨勢 2,3,4硫酸工業(yè)是中國化學工業(yè)中建立較早的一個部門。中國是硫鐵礦資源比較豐富，硫鐵礦產量居世界首位。相對而言，天然和再生硫磺要少得多，因此硫鐵礦是中國硫酸生產的主要原料。用它生產的硫酸占硫酸總產量的 80%以上，其他原料在 20%以下，其中冶煉煙氣占 16%左右。根據中國硫資源的特點，今后中國的制酸原料仍以硫鐵礦為主，同時大力發(fā)展冶煉煙氣制酸，穩(wěn)健地發(fā)展硫磺制酸、石膏制酸。80 年代以前，中國硫酸工業(yè)的裝置數(shù)多而規(guī)模小，工藝陳舊，三廢排放嚴重，所采用工藝基本都是水洗凈化、一次轉化，設備效率低，開工率低，能耗大。但是隨著國家相關政策的進一步實施，近年來，引進了一大批大型先進生產裝置，使得硫酸產貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 5 頁 量有進一步增加。目前，中國硫酸企業(yè)總生產能力為 22Mt/a。同時，在技術上也有明顯提高。主要表現(xiàn)在：（1）裝置大型化，相續(xù)新建一批 200kt/a 及 280kt/a 裝置，更大規(guī)模的具有世界水平的硫鐵礦制酸、冶煉煙氣制酸裝置正在建設中。（2）利用新工藝改造舊裝置，目前多數(shù)水洗凈化已改為酸洗，仍未改造的裝置，其廢水基本得到治理，兩次轉化技術得到推廣，裝置的能力已超過一次轉化裝置的能力，一次轉化裝置的尾氣多數(shù)得到治理；在提高裝置熱利用率方面，大中型裝置基本做到了利用高、中溫熱能發(fā)電，在建或新建大型裝置還利用低溫熱能，使熱回收率接近 90%。（3）廣泛采用新結構、新材質的高效設備代替老舊設備，很多進口設備，如酸泵、酸冷器、轉化器、電除霧器等已基本國產化。（4）使用環(huán)狀催化劑，積極引進和開發(fā)高活性低溫催化劑。隨著設計技術、設備制造及安裝技術的不斷提高，中國硫酸工業(yè)必將大型化、自動化、低排放、低能耗等方面取得更大進展。2.國外硫酸工業(yè)的概況及發(fā)展趨勢 3,4,5接觸法制酸幾乎是目前世界上硫酸工業(yè)的唯一生產方法。其原料為能夠產生二氧化硫的含硫物質，一般有硫磺、硫化物、硫酸鹽、含硫化氫的工業(yè)廢氣等。在不同國家中，由于本國含硫資源的不同，生產硫酸的原料路線有很大的差異，且所用原料的比重隨硫資源的供給情況也有所調整。相對而言，硫磺資源較豐富，制酸過程簡單，且經濟效益好，以硫磺為原料制酸占酸總量的絕大多數(shù)。近年來全世界的硫酸產量中，硫磺制酸約占 65%，硫鐵礦制酸約占 16%，其他原料制酸約占 19%。自從接觸法硫酸生產工藝出現(xiàn)兩轉兩吸技術以來，硫鐵礦制酸的基本工藝過程沒有大的變化，仍為沸騰焙燒、電除塵、酸洗凈化、電除霧、塔式干吸、兩轉兩吸。硫酸工業(yè)提高勞動生產率、降低成本、減少污染的進展主要在以下幾個方面：（1）裝置大型化。裝置大型化可以顯著的降低成本和提高勞動生產率。因此，小型工廠正逐漸被大型化工廠取代，發(fā)達國家新建裝置規(guī)模一般為 300900kt/a。目前，硫酸大部分的產量由 300kt/a 以上的裝置生產。貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 6 頁 （2）設備結構和材質的改進。改進設備結構可增強設備生產強度、延長壽命、降低建設投資和運行費用。其中新材質的應用為設備性能的提高、結構的改進和新技術應用提供保證。這方面的進展是近 20 年來硫酸工業(yè)技術發(fā)展的表現(xiàn)。（3）節(jié)能與廢熱的利用。20 世紀 70 年代廣泛利用了含硫原料燃燒熱，以及二氧化硫轉化的反應熱產生蒸汽發(fā)電，其電量除滿足本身需求外，還向外輸送。對于硫磺制酸裝置，熱利用率可達 65%到 75%?，F(xiàn)在為了節(jié)省系統(tǒng)動力，普遍提高了原料氣中的二氧化硫濃度，并且廣泛采用環(huán)狀催化劑、大開孔率填料支承結構、新型填料等技術。（4）生產的計算機管理。在新建廠中，普遍采用 DCS 和計算機管理系統(tǒng)，以確保裝置運行穩(wěn)定和達到最優(yōu)操作狀態(tài)。（5）減少污染物排放，保護環(huán)境。目前，國外除了廣泛采用兩轉兩吸工藝提高二氧化硫轉化率，以及凈化幾乎全部為酸洗外，為了進一步使轉化率到達 99.9%以上，愈來愈多的裝置使用高活性含銫催化劑和“3+2”五段催化床層。據稱，這樣既能降低成本又能達到嚴格的排放標準?？梢灶A見，接觸法硫酸生產將向增加能量回收、減少排放和降低成本的方向發(fā)展，其手段仍然主要依賴以上五個方面。此外，多年來在二氧化硫沸騰轉化、加壓轉化、非穩(wěn)態(tài)轉化等方面的研究成果，為接觸法硫酸生產技術的發(fā)展提供新的契機。 1.2 硫酸廠址位置的選擇 6硫酸企業(yè)廠址的選擇是一項十分復雜的工作，必須根據擬建項目的技術經濟要求，結合建廠地區(qū)的自然地理特征，交通運輸條件、水源和動力供應條件、建筑施工條件以及工人住宅區(qū)布置條件等進行多方案的技術經濟比較，選擇一個能最大限度滿足建設和生產經營要求的、建廠費用和經營費用最省的建廠位置。廠址選擇的一般要求如下：（1）廠址應當靠近主要原材料供應地區(qū)或產品銷售地區(qū)。（2）廠址應當有較好的交通運輸條件，包括公路、鐵路、水路等。年運輸量超過某個數(shù)值時（按國家規(guī)定） ，應鋪設專用線并和鐵路正線連接。（3）必須有充足的水源保證供應，如有溫度較低的充足水源則更好，這樣可以 節(jié)省冷卻設備，節(jié)約投資。貴州大學本科畢業(yè)論文（設計） 第 7 頁 （4）最好靠近熱電站以獲得大量蒸汽和電力。（5）廠址最好選在已有居民的附近地區(qū)，離城市不遠或靠近已建成投產的其他 企業(yè)，這樣可以利用城市或企業(yè)的各種設備。（6）應在居民區(qū)的下風向和江河下游，但又不受其他企業(yè)產生的煙氣的影響的地方建設工廠。（7）廠址面積與外形應適應工廠總平面布置，并有留有一定的發(fā)展余地，一般要求地勢要平坦，稍能向外傾斜，有一定的坡度，以利于雨水排除。（8）為了節(jié)約土地資源，盡量不占或少占用農田。（9）化工廠排出的污水應有一定的處理能力，達到國家規(guī)定的排放標準。（10）有些化工廠有大量的廢渣產生，要有足夠的洼池堆放和填埋，或者要有利用廢渣開發(fā)下游產品的相關技術，以期達到資源的最佳利用。（11）廠址應不受洪水淹沒，地下水位最好在 4m 以下或低于地下建筑物的深度。（12）廠址盡量不選在 7 度以上的地震區(qū)，9 度以上不能建廠。（13）化工廠的高層建筑物及地下管道較多，在下沉性二級以上大孔性黃土上不宜建廠。（14）地址情況要好，地耐力一般要求在 147kPa 以上。（15）在具有喀斯特地貌的地區(qū)，土崩地段和地下有淤泥或流沙處不宜建廠，已采沙坑上面不宜建廠。（16）有用礦藏的上部不宜建廠。1.2.1 所選廠址位置的優(yōu)勢福泉市位于貴州省中部，黔南布依族苗族自治州北部，介于東經 1071424-1074535和北緯 263228 -270223之間。東臨凱里市和黃平縣，南與麻江縣接壤，西界貴定，龍里，開陽三縣。北和甕安縣相連。南北最長 55.2 千米，東西最寬 52.1 千米?？偯娣e 1690.8 平方千米。馬場坪鎮(zhèn)是福泉市的一個重要工業(yè)基地，面積 130 平方公里。交通非常便利， 西離貴陽 120km，南至都勻 45km，湘黔鐵路