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武汉工程大学本科毕业设计
摘 要
硫酸广泛应用于化肥工业、石油工业、钢铁工业、有色冶金工业等。其中硫酸的最大消费者是化肥工业。在工业生产中，一般都采用二氧化硫催化氧化的方法制硫酸。硫酸生产主要分原料预处理，SO2炉气制取和净化，SO2转化，SO3吸收和尾气处理等6大工序。年产万吨硫酸车间干吸工段的工艺设计主要包括工艺流程设计，工艺过程计算，主要设备工艺计算及选型，部分设备的平面布置。在设计中全系统采用两转两吸工艺。首先炉气进入干燥塔干燥后，干燥气再进入转化工段，一次转化后炉气进入第一吸收塔进行SO3的吸收，吸收后气体中含有少量SO2和残余的SO3，进入二次转化器后回到第二吸收塔进行吸收。设计中对主要工序进了物料衡算，热量衡算，并以此绘制物料平衡表和热量平衡表。
关键词：硫酸；工艺设计；物料衡算；热量衡算；
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Abstract
Sulfuric acid is widely used in chemical fertilizer industry, petrochemical industry, iron and steel industry, non-ferrous metallurgical industries. One of the largest consumers of sulfuric acid is a chemical fertilizer industry .In industrial production, we generally used the method of catalytic oxidation of sulfur dioxide sulfuric acid. Sulfuric acid pretreatment includes six major processes .Which are the main points of raw materials, reparation of SO2 ,purification of exhaust gas, the conversion of SO2, absorption of SO3 and emission treatment .Annual output of 70,000 tons of sulfuric acid drying and absorption section of the process plant design including process design, process calculation, calculation and selection of major equipment and technology, some of the equipment layout. In the design of system-wide, which use the double-absorption process. Firstly, drying furnace gas into the drying tower, and then the dry air going into the transformation department, after the first transformation the gas into the first furnace for the absorber of SO3, the absorbed gas contain small amount of SO2 and the remnants of SO3, after the converter back into the secondary to the second absorption tower for absorption. The design processes include the main material balance, heat balance, and thus draw the material balance and heat balance.
Keywords: sulfuric acid; process design;mass balance;heat balance
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目 录
第1章 绪 论 ..................................................................................................................... 1
1.1 硫酸的性质 .............................................................................................................. 1
1.1.1 硫酸的物理性质 ........................................................................................... 1 1.1.2 硫酸的化学性质 ........................................................................................... 1 1.2 硫酸的生产方法 ...................................................................................................... 3
1.2.1 硝化法制造硫酸 ........................................................................................... 4 1.2.2 接触法制造硫酸 ........................................................................................... 5 1.3 硫酸生产全工段工艺简介 ...................................................................................... 5
1.3.1 SO2气体的制取与净化 ................................................................................. 5 1.3.2 SO2气体的转化和吸收 ................................................................................. 6 1.3.3 尾气的处理 ................................................................................................... 7 1.4 硫酸工业的重要性及其发展 .................................................................................. 8
1.4.1 硫酸在国民经济中的重要性 ....................................................................... 8 1.4.2 硫酸工业的发展 ......................................................................................... 10 1.5 本次设计主要研究内容 ........................................................................................ 11 第2章 生产工艺 ............................................................................................................... 12
2.1 两次吸收法生产硫酸流程图 ................................................................................ 12 2.2 干燥、一吸及二吸系统流程说明 ........................................................................ 12 2.3 工艺计算的基础数据 ............................................................................................ 13
2.3.1 干燥塔基础数据 ......................................................................................... 13 2.3.2 两转两吸的吸收塔基础数据 ..................................................................... 14
第3章 工艺计算 ................................................................................................................. 15
3.1 原始数据 ................................................................................................................ 15
3.1.1 产量 ............................................................................................................. 15 3.1.2 炉气成分 ..................................................................................................... 15 3.1.3 炉气水分含量 ............................................................................................. 15 3.1.4 进酸浓度 ..................................................................................................... 15
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3.1.5 转化率及吸收率 ......................................................................................... 15 3.2 干燥塔及其循环槽的工艺计算 ............................................................................ 15
3.2.1 干燥塔及循环槽的物料衡算 ..................................................................... 15 3.2.2 干燥塔及其循环槽的热量衡算 ................................................................. 17 3.3吸收塔及其循环槽的物料衡算 ............................................................................. 21
3.3.1中间吸收塔物料衡算 .................................................................................. 21 3.3.2 最终吸收塔物料衡算 ................................................................................. 22 3.3.3 吸收循环槽物料衡算 ................................................................................. 24 3.4吸收塔及其循环槽的热量衡算 ............................................................................. 24
3.4.1中间吸收塔热量衡算 .................................................................................. 24 3.4.2 最终吸收塔热量衡算 ................................................................................. 26 3.4.3 吸收循环槽热量衡算 ................................................................................. 27
第4章 主要设备的工艺计算 ............................................................................................. 30
4.1冷却器计算 ............................................................................................................. 30
4.1.1干燥塔冷却器的计算 .................................................................................. 30 4.1.2中间吸收塔冷却器的计算 .......................................................................... 33 4.1.3最终吸收塔冷却器的计算 .......................................................................... 34 4.2填料塔的工艺计算 ................................................................................................. 36
4.2.1干燥塔的工艺计算 ...................................................................................... 36 4.2.2中间吸收塔的工艺计算 .............................................................................. 39 4.2.3最终吸收塔的工艺计算 .............................................................................. 41
第5章 主要设备设计结果汇总 ....................................................................................... 45 第6章 环境保护与治理建议 ....................................................................................... 47 设计小结 ............................................................................................................................... 48 参考文献 ............................................................................................................................... 49 致 谢 ............................................................................................................................... 50 附 录 ............................................................................................................................... 51
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第1章 绪 论
1.1 硫酸的性质
硫酸是基础化学工业中重要的产品之一。硫酸主要用于生产化学肥料、有色金属的冶炼、合成纤维、涂料、致冷剂、洗涤剂、饲料添加剂和石油的精炼，以及钢铁、医药和化学工业。
1.1.1 硫酸的物理性质
硫酸，分子式为H2SO4，相对分子质量98.08。纯硫酸是一种无色无味油状液体，工业品因含杂质而呈黄、棕等色。常用的浓硫酸中H2SO4的质量分数为98.3%，其密度(液态)1.831g/cm3。物质的量浓度为18.4mol·L-1。凝固点10.36。沸点(330±0.5)℃。98.3％的硫酸水溶液为恒沸混合物，沸点339℃。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,这样含有SO3的硫酸称为“发烟硫酸”。100%的硫酸熔沸点为熔点10℃，沸点290℃。但是100%的硫酸并不是最稳定的，沸腾时会分解一部分，变为98.3%的浓硫酸，成为338℃（硫酸水溶液的）恒沸物。加热浓缩硫酸也只能最高达到98.3%的浓度。98.3%硫酸的熔沸为熔点10℃，沸点338℃。 1.1.2 硫酸的化学性质 1.脱水性
脱水指浓硫酸脱去非游离态水分子或脱去有机物中氢氧元素的过程。 就硫酸而言，浓硫酸有脱水性且脱水性很强。
(1)可被脱水的物质
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(2:1)夺取被脱水物中的氢原子和氧原子或脱去非游离态的结晶水，如五水合硫酸铜(CuSO4·5H2O)。
(2)炭化
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