毕业设计(论文)-年产6500万吨硫酸工厂生产车间设计

第一章概论

1.1硫酸的用途

硫酸工业是重要的基本化学工业之一，硫酸是多种工业生产的基本原料，广泛地应用于国民经济的很多重要部门。硫酸主要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、过磷酸钙、硫铵等，每生产1t过磷酸钙（以18%P2O5计）消耗350~360kg的硫酸（100%硫酸）。另外，硫酸可以用于生产硫酸盐、塑料、人造纤维、染料、油漆、药物、农药、杀虫剂、杀鼠剂等；可用作除去石油产品中的不饱和烃和硫化物等杂质的洗涤剂；在冶金工业中用作酸洗液，电解法精炼铜、锌、镉、镍时的电解液和精炼某些贵重金属时的溶解液；在国防工业中与硝酸一起用于制取硝化纤维、三硝基甲苯等。现将硫酸在国民经济中的作用分述如下： ①为农业生产服务

于肥料的生产硫酸铵（俗称硫铵或肥田粉）和过磷酸钙（俗称过磷酸石灰或普钙）这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。

每生产一吨硫酸铵，就要消耗硫酸（折合成100%计算）760kg，每生产一吨过磷酸钙，就要消耗硫酸360kg。

用于农药的生产许多农药都要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸锌可作植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂，如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%)的生产都需用硫酸。前者每生产1t，需消耗20%发烟硫酸1.4t后者每生产1t，需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉的滴滴涕，每生产1t需要20%发烟硫酸1.2t。 ②为工业生产服务

用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、镉、镍时，电解液就需要使用硫酸，某些贵金属的精炼，也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前，都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材，都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外，有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前，都要经过用硫酸进行酸洗手续。在某些金属机械加工过程中，例如镀镍、镀铬等金属制件，也需用硫酸来洗净表面

2

的锈。在黑色冶金企业部门里，需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的5%～6%，而每吨钢材的酸洗，约消费98%的硫酸30kg～50kg。 1.2硫酸的性质和规格

硫酸的分子式为H2SO4，相对分子质量为98.078，外观为无色透明油状液体，密度（20℃）为1831kg/m3，常压下沸点为279.6℃。硫酸是重要的强酸，有很强的吸水性和氧化性。硫酸在溶于水时放出大量的热，溶解热为92kJ·mol。含H2SO498.4%的浓硫酸是硫酸-水体系的最高恒沸点组成，在硫酸生产的吸收工序中吸收能力强，不生成酸雾。但98%的硫酸结晶温度（融点）高，不适宜于冬季或寒冷地区使用。在寒冷条件下可生产92%的硫酸（结晶温度为-25.6℃）或93%硫酸（结晶温度为-35.1℃）。发烟硫酸是SO3的H2SO4溶液，SO3与H2O的摩尔比大于1，为无色油状液体，因其暴露于空气中逸出的SO3与空气中的水分结合形成白色酸雾，故称之为发烟硫酸。发烟硫酸主要是为有机化学工业的多种需要生产的。

生产中，可以根据硫酸的密度和当时硫酸的温度来确定硫酸的浓度，其关系如表1-1-1所示。大致来说，硫酸水溶液的密度随温度的降低和硫酸含量的增加而提高。

常用的硫酸有质量分数为75%，92%，98%硫酸和ω（SO3）为20%的发烟硫酸。75%硫酸原是塔式法生产的，主要用于磷肥生产，现由一些接触法硫酸厂副产。接触法硫酸厂主要生产98%或93%的硫酸。98%的硫酸密度最大，20℃为1836kg/m3；无水硫酸的密度反而稍降。对发烟硫酸来说，含游离三氧化硫62%时密度最大，20℃为2003kg/m3。

表1-1-1各种工业硫酸的组成 名称 ωn(SO3)ωω（H2O）x(SO3)/% x(H2O)/% 结晶温H2SO4/% /n(SO3)/% /% 度/℃ （H2O） 92%硫酸 92 0.628 75.1 24.9 40.4 59.6 -25.6 98%硫酸 98.0 0.90 80.0 20.0 47.4 52.6 0.1 无水硫酸 100 1.00 81.6 18.4 50.0 50.0 10.5 20%发烟硫酸 104.5 1.28 85.3 14.7 56.1 43.9 -11.0 65%发烟硫酸 114.6 3.29 93.6 6.4 76.7 23.3 -0.4

3

1.3硫酸工业的发展

硫酸工业是个古老的行业，迄今已有260多年的历史。很久以前，硫酸就因为在众多领域中不可或缺的用途而赢得“工业之母”的美誉。在我国，由于硫酸与化肥、继而与粮食之间的密切联系，硫酸工业在国计民生中占有举足轻重的地位，一直是一个倍受关注的行业。改革开放以来，与中国其它行业一样，硫酸工业得到了迅速发展，其产业结构、原料构成、装置规模、技术装备水平、废物排放指标全然今非昔比，正在以崭新的面貌迈入现代化工的行列。在循环经济已成为社会发展的主流、人类更加注重资源利用与环境保护的今天，硫酸工业这个涉及到腐蚀性和环境污染物、拥有60 Mt/a产能的庞大的产业，如何实现可持续发展，如何打造循环经济的体系，如何使其技术装备水平更上一个台阶，无疑是人们所面临的新的挑战。

I．国硫酸工业的现状（产量、原料结构及产业结构）。

硫酸工业是国民经济的基础产业，目前我国约70%产量的硫酸用于化肥，尤其是磷肥的生产。产品的终端用途性质以及十几亿人口的基本国情决定了我国必然是一个硫酸生产大国。建国以来，尤其是改革开放以来，我国硫酸产能逐年递增，至2004年已达到44 350 kt，并从此跃居世界首位。近几年我国硫酸生产能力和产量及原料格局见表1-1、表1-2（数据来源于中国硫酸工业协会统计数据）。

表1-1 2002～2006年我国各原料制酸生产能力情况单位：kt/a

项目 硫磺制酸 硫铁矿制16500 酸 烟气制酸 其它 总计 7900 550 38450 16800 8300 550 40250

4

2002 13500 2003 14600 2004 17700 2005 23300 2006 28700 16800 9300 550 44350 18800 11000 550 53650 20700 12600 550 62550 表1-2 2002～2006 年我国硫酸产量及生产原料格局（以H2SO4计）

硫酸总产量/kt 时间 2002 2003 2004 2005 2006 30520 33711 39946 46250 50440 硫铁矿制酸 产量/kt 12058 13034 14316 16100 15930 份额产量/kt /％ 39.5 38.7 35.8 34.8 31.6 11116 12609 16236 19750 22330 /％ 36.4 37.4 40.6 42.7 44.3 /kt 6932 7521 8848 9800 11630 额/％ 22.7 22.3 22.2 21.2 23.1 /kt 414 547 546 600 550 /％ 1.4 1.6 1.4 1.3 1.0 硫磺制酸 份额冶炼烟气制酸 产量份其它制酸 产量份额

第二章生产方法及原料的选择

2.1生产硫酸的生产原料选择

硫酸的原料来源广泛，硫化物矿、硫磺、硫酸盐、含硫化氢的工业废气以及冶炼烟气作为硫酸的生产原料。其中以硫铁矿和硫磺最常见。 2.1．1硫铁矿为制酸原料原料

硫铁矿是我国的自有资源，从我国这个人口，大国的安全和经济发展考虑，保持一定规模的硫铁矿采选能力和硫铁矿制酸能力是需要的。同时，从我国硫铁矿资源状况上考虑又应该节约使用，恰当地利用国外的硫资源。我国已是国际市场中重要的一员，因而特别需要研究和把握好国际市场，为硫酸的长期发展争取有利条件，硫铁矿制酸可以起到重要的调节、平衡作用。并且硫铁矿的生产工艺便于操作，原料来源丰富，符合本国国情的具体生产情况。 2.1.2硫磺作为制酸原料

硫磺的来源有天然硫磺、从石油和天然气原副产的回收硫磺以及用硫铁矿生产的硫磺。硫磺作为生产硫酸的原料含有害杂质少，不需要复杂的炉气净制工序，还可以省掉排渣设备，工艺流程短，对环境污染小。尽管其优点之多，考虑到实际生产，就要考虑经济成本及资源分配的具体情况。总体上世界硫磺供应略有富余，但年以来世界硫磺的价格逐渐抬高，目前硫磺生产主要地区是美国、加拿大、

5