年产20万吨硫酸车间转化工段工艺设计

齐鲁工业大学 2016届本科毕业设计（论文）

第一章 文献综述

1.1综述

硫酸是广泛应用于各工业领域重要的基础化工原料。硫酸的产量通常用作一个国家的工业发展水平的度量。硫酸在化工生产中具有很重要的地位，几乎所有的化工产品都离不开硫酸。近几年从天津的爆炸到山东的化工厂爆炸，这一系列的事故无不是在警告我们注意安全生产，正确操作，在硫酸生产中尤其需要注意。硫酸也具有高危害性，在使用运输和储存的时候需要特别的注意。目前硫酸主要用于生产化肥，合成纤维，涂料，清洁剂，制冷剂，饲料添加剂，炼油，有色金属冶炼及钢铁，制药，化工等行业。而且硫酸在石油工业，冶金工业等方面也有着重要的作用。其具体表现为在以下几点：

a：浓硫酸具有酸性，可以制备含磷的肥料，氮肥;也可以防锈

b: 浓硫酸具有吸水性常用来做吸水剂和干燥剂。浓硫酸可以干燥各种气体，如氢气，氧气，氮气，一氧化碳，二氧化硫，氯气，氯化氢等，但不能干燥碱性气体和室温下的还原气体 c:浓硫酸还具有脱水性。

d:浓硫酸还具有很高的沸点和难挥发性。

NaCl(s)?H2SO4(浓)?NaHSO4?HCl?

2NaCl(s)?H2SO4(浓)?Na2HSO4?2HCl?1.2硫酸发展史

在上个世纪的中国，由于技术落后和设备条件的不允许，中国的硫酸产量很低，而且那个时候的硫酸生产方法很落后，造成了资源浪费严重而且对环境的污染也是很严重的。改革开放以来，为了改变以前中国硫酸生产方法的落后，国家通过积极的引进外来技术和国内科学家的努力，中国在硫酸生产技术上取得了突分猛进，使中国的硫酸产量逐年提高。目前在世界范围内硫酸产量中国处于一个领先的地位。同时科学家和国家有关部门还在继续努力研修硫酸生产的最新方式。

在中国古代就有了制取硫酸的记载，但是那个时候对事物认识不足，使其落后于同一时代的西方国家。早在8世纪就有了硝石与绿矾在一起蒸馏制取硫酸的方法。帕拉塞尔苏斯描述了使用绿矾和硫酸亚铁为原料在蒸馏釜煅烧制取硫酸的方法。在古代西方国家最先发现了这个制取硫酸的方法。因此古代硫酸被称为“绿矾油”。

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在硫酸制取的过程中二氧化硫转化成三氧化硫的过程是最为重要的过程，直接关系到将来硫酸的产量。在转化过程中，这个反应需要的条件很苛刻，一般在常温条件下很难完成。随着技术的进步科学家经过试验发现，在一小部分重金属的作用二氧化硫转化成三氧化硫的转化率较高。后来人们根据这个把硫酸的制法分为硝化法和接触式法。

硫酸制取一般包括两种：一次转化，一次吸收;两次转化，两次吸收。 一次转化、一次吸收流程：SO2经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO3后就排放。这种流程比较简单，但转化率比较低，通常低于97%以下。在20世纪在60年代以前，我国大部分的硫酸厂使用这种流程。

两次转化、两次吸收流程：自60年代以来，最大的变化是转化工艺流程中采用了两次转化、两次吸收新流程，简称为两转两吸。这项新技术开始时，重点是充分利用硫的资源和减少二氧化硫的排放量，保护环境。这种方法的特点是：1.最终转化率高；2.可以处理二氧化硫气体的浓度较高；3.减少尾气中SO2排放量；4.需要大的传热面积；5.系统阻力比一转一吸增加4-5kPa。

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第二章 工艺说明书

2.1概述

2.1.1产品规模和规格 2.1.1.1年操作日 300天/年 24小时/天 2.1.1.2生产方式

连续生产

2.1.1.3生产能力

二氧化硫 转化率≥99.5%

2.1.1.4产品规格

二氧化硫 转化率≥99.5%

2.1.2工艺方案叙述

国内生产硫酸的方法主要有硝化法和接触法，同时考虑到硝化法所需的设备庞大，大量的铅，维护麻烦，腐蚀设备，硝化反应进行缓慢。本设计决定采用接触法，这种方法得到的成品酸浓度高，更高的纯度，流程简单易懂，同时也避免了材料来源不足和环境污染严重的问题。本设计采用两转两吸的工艺流程，转化流程中包括5台换热器和一台反应器。其中的二氧化硫大约要经过多级转换后经过两个吸收塔，吸收其中的三氧化硫后就排放。转换过程分为四个部分间接换热式。

2.2装置设计说明 2.2.1工艺原理

二氧化硫的转化通常不超过0.5MPa的压力下进行的，而且二氧化硫，三氧化硫的浓度又较低，该系统可被视为理想气体。 二氧化硫氧化反应是一个可逆放热反应：

SO2?1?SO3?QO2P2p*so3p*op*so35

?2122

KP?Qp?(23897?0.72T?0.186?10T2?1.18?105/T)?4.1868J/mol齐鲁工业大学 2016届本科毕业设计（论文）

2.2.2工艺流程说明

现在使用接触法两转两吸工艺来生产硫酸，其生产过程通常具有六个步骤，即：原料的预处理，制取二氧化硫气体，二氧化硫气体的净化，二氧化硫转化，三氧化硫的吸收以及“三废”的处理。其中转化车间采用两转两吸的工艺流程。包括两台泵机，5台换热器和一个转化器（转化器采用的是多级反应器）。制取的气体经过上一工段的处理后，依次通过第一，第二热交换器预热后进入反应器，然后经过第三，第四换热器进行冷却，在进入下一个工段进行吸收。

2.2.3主要设备选型说明

考虑到转化器设计应让二氧化硫尽可能在最适宜的温度条件下反应，以最大限度地利用二氧化硫反应释放热量，所以设备阻力既要小，又能使该气体可以分布均匀。因此，考虑使用外部换热型转化器。考虑到换热器中的气体具有一定的腐蚀性，所以选用管式热交换器的选择。风机选择罗茨风机。

2.2.4化工原材料规格及用量

2.2.4.1进入转化器气体组成： 二氧化硫占9%，氧气占8.1%，氮气占82.9% 2.2.4.2本设计采用的催化剂型号: SI09-1，起燃温度为420℃，使用温度

400-600℃。

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