畢業論文-年產30萬噸硫磺制硫酸工藝設計(已修改)

　

【正文】 濟源職業技術學院 畢 業 設 計（論 文） (冶金化工系 ) 題 目 年產 30 萬噸硫磺制硫酸工藝設計 專 業 應用化工技術 班 級 姓 名 學 號 指導教師 完成日期 2022 年 5 月 16 日 ~2022 年 10 月 10 日 濟源職業技術學院畢業設計（論文） I 目錄 摘要 .................................................................. 1 關鍵詞 ................................................................ 1 第一章 綜述 .......................................................... 2 物質的性質 ...................................................... 2 硫磺的性質 ................................................. 2 稀硫酸化學性質 ............................................. 2 濃硫酸的性質 ............................................... 2 稀硫酸化學性質 ............................................. 4 硫酸的用途 ...................................................... 4 硫酸生產的工藝比較 .............................................. 6 硫磺與硫鐵礦的工藝比較 .................................... 6 冶煉煙 氣 ................................................... 7 第二章 硫磺制硫酸的工藝流程與操作指標 ................................ 9 原料及反應原理 .................................................. 9 原料 ....................................................... 9 反應原理 .................................................. 9 工藝流程 ....................................................... 10 熔硫、過濾及液硫儲存工序 .................................. 10 焚硫、轉化及吸收工序 ...................................... 11 工藝設計 ....................................................... 13 工藝指標 ....................................................... 13 不正常現象及處理方法 ........................................... 14 第三章 主要設備 ...................................................... 15 主要設備 ....................................................... 15 熔硫工段（包括原料工段） .................................. 15 焚硫轉化工段 .............................................. 15 干吸工段 .................................................. 18 成品工段 .................................................. 19 第四章 物料衡算和能量衡算 ........................................... 21 物料衡算 ....................................................... 22 原料的選取 ............................................... 22 本設計所需達到的工藝指標 ................................. 22 焚硫工段物料衡算 ......................................... 22 轉化階段物料衡算 ......................................... 23 工藝中所需 98%硫酸及工藝水的計算 .......................... 26 年產 30 萬噸硫酸原料消耗量 ................................ 27 熱量衡算 ....................................................... 28 熔硫階段熱量衡算 ......................................... 28 焚硫階段的熱量衡算 ....................................... 31 濟源職業技術學院畢業設計（論文） II 轉化階段回收熱量計算 ..................................... 31 結語 ................................................................. 33 致謝 ................................................................. 34 參考文獻 ............................................................. 35 附錄 濟源職業技術學院畢業設計（論文） 1 摘要 本設計主要講述硫酸生產工業中焚硫轉化生產工段。其中轉化主要講述 “ 兩轉兩吸 ” 生產工序，其中 “ 兩吸 ” 指硫酸的干燥吸收工序，也是本設計的主要內容。將原 料液通過空氣過濾器過濾后的空氣進入干燥塔，塔內用 98%的硫酸吸收空氣中的水分，并經塔頂除霧器除去酸沫后進入空氣鼓風機，空氣經壓縮升溫后送入焚硫爐。原料和空氣在爐內反應，生成二氧化硫氣體可達 9~11%，經廢熱鍋爐回收余熱后，在氣體過濾器除去其中的粉塵。操作時不得超過 99%以上的濃度。由于干燥和吸收都是放熱反應，出塔酸都需經酸冷卻器后才能返回塔內使用。具有中間吸收的制酸系統，基建投資雖然高些，但是它能增加硫酸產量，可以使用較高的氣體濃度。因此，足以抵償其增加的投資費用。但是，采用中間吸收的主要意義在于改善硫酸廠 的環境。本次設計為了滿足生產工藝條件的要求，繪制了工藝流程圖，對吸收塔進行物料衡算和能量橫算。本設計設計合理，滿足工藝生產要求。 關鍵詞 硫磺、空氣、吸收、填料塔、設計 濟源職業技術學院畢業設計（論文） 2 第一章 綜述 物質的性質 硫磺的性質 硫磺一般呈塊狀或粉末狀，淺黃色，帶雜質者為灰綠色。條痕黃白色，脂肪光澤，晶體透明或半透明。硬度 ，不完全解離，性脆。硫磺的比重 。摩擦生負電，易溶（ 180℃），燃燒時生淡藍色火焰，并放出 SO2 氣體。 硫磺外觀為淡黃色脆性結晶或粉末，有特殊臭味。 分子量為 ，蒸汽壓是，閃點為 207℃，熔點為 119℃，沸點為 ℃，相對密度為 。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。作為易燃固體，硫磺主要用于制造染料、農藥、火柴、橡膠、人造絲等。 稀硫酸化學性質 （ 1） 可與多數金屬（比銅活潑）氧化物反應，生成相應的硫酸鹽和水； （ 2） 可與所含酸根離子對應酸酸性比 硫酸根 離子弱的鹽反應，生成相應的硫酸鹽和弱酸； （ 3） 可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水； （ 4） 可與氫前金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣； （ 5） 加熱條件下可催化蛋白質、二糖和多糖的水解。 （ 6）強電解質 ,在水中發生 電離 H2SO4=2H+ + SO4 2 濃硫酸的性質 脫水性 ⑴ 就硫酸而言，脫水性是濃硫酸的性質，而非稀硫酸的性質，即濃硫酸有脫水性且脫水性很強。 ⑵ 脫水性是濃硫酸的化學特性，物質被濃硫酸脫水的過程是化學變化的過程，反應時，濃硫酸按水分子中氫氧原子數的比（ 2∶ 1）奪取被脫水物中的氫原子和氧原子。 ⑶ 可被濃硫酸脫水的物質一般為含氫、氧元素的有機物，其中蔗糖、木屑、紙濟源職業技術學院畢業設計（論文） 3 屑和棉花等物質中的有機物，被脫水后生成了黑色的炭（ 炭化）。 濃硫酸 如 C12H22O11=12C + 11H2O (4)黑面包反應 在 200mL 燒杯中放入 20g 蔗糖，加入幾滴水，攪拌均勻。然后再加入 15mL 質量分數為 98%的濃硫酸，迅速攪拌。觀察實驗現象 ， 可以看到蔗糖逐漸變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭。 強氧化性 ⑴ 跟金屬反應 ① 常溫下，濃硫酸能使鐵、鋁等 金屬鈍化； ② 加熱時，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應，生成高價金屬硫酸鹽，本身一般被還原成 SO2 ； Cu + 2H2SO4(濃 ) =加熱 )=CuSO4 + SO2↑+ 2H2O 2Fe + 6H2SO4(濃 ) = Fe2(SO4)3 + 3SO2↑ + 6H2O 在上述反應中，硫酸表現出了強氧化性和酸性。 ⑵ 跟非金屬反應 熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質氧化到其高價態的氧化物或含氧酸，本身被還原為 SO2。在這類反應中，濃硫酸只表現出氧化性。 C + 2H2SO4(濃 ) =(加熱 ) CO2↑ + 2SO2↑ + 2H2O S + 2H2SO4(濃 ) = 3SO2↑ + 2H2O 2P + 5H2SO4(濃 ) = 2H3PO4 + 5SO2↑ + 2H2O ⑶ 跟其他還原性物質反應 濃硫酸具有強氧化性，實驗室制取 H2S、 HBr、 HI 等還原性氣體不能選用濃硫酸。 H2S + H2SO4(濃 ) = S↓ + SO2↑ + 2H2O 2HBr + H2SO4(濃 ) = Br2↑ + SO2↑ + 2H2O 2HI + H2SO4(濃 ) = I2↑ + SO2↑ + 2H2O 難揮發性（高沸點） 制氯化氫、硝酸等（原理：利用難揮發性酸制易揮發性酸） 如，用固體 氯化鈉 與濃硫酸反應制取氯化氫氣體 NaCl（固） +H2SO4（濃） =NaHSO4+HCl↑ (常溫） 濟源職業技術學院畢業設計（論文） 4 2NaCl（固） +H2SO4（濃） =Na2SO4+2HCl↑ （加熱） Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑ 再如，利用 濃鹽酸 與濃硫酸可以制氯化氫氣體。 酸性： 制 化肥 ，如 氮肥 、 磷肥 等 2NH3+H2SO4=（ NH4） 2SO4 Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2 穩定性： 濃硫酸 亞硫酸 鹽反應 Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑ 稀硫酸化學性質 （ 1） 可與多數金屬（ 比銅活潑）氧化物反應，生成相應的硫酸鹽和水； （ 2） 可與所含酸根離子對應酸酸性比 硫酸根 離子弱的鹽反應，生成相應的硫酸鹽和弱酸； （ 3） 可與堿反應生成相應的硫酸鹽和水； （ 4） 可與氫前金屬在一定條件下反應，生成相應的硫酸鹽和氫氣； （ 5） 加熱條件下可催化蛋白質、二糖和多糖的水解。 （ 6）強電解質 ,在水中發生 電離 H2S