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1、75安徽建筑大学毕 业 设 计 (论 文)专 业 化学工程与工艺 班 级 11化工（1）班 姓 名 学 号 课 题 80kt/a普通硫铁矿制酸装置干吸系统及二吸塔设备计算指导教师 2014年6月1日 摘 要本文对干燥塔和一吸塔循环槽合一、干燥塔和二吸塔循环槽合一、干燥塔和吸收塔循环酸完全混合及三塔三槽流程工艺进行了阐述，显示了三塔三槽流程的优越性。对普通硫铁矿制酸工段全流程进行物料衡算。通过本课题的设计了解硫酸工业的发展历程和国内外的研究现状，熟悉普通硫铁矿制酸工艺流程、技术设备等。通过对普通硫铁矿制酸工艺流程的物料衡算和能量衡算及干燥塔的设计与选型掌握普通硫铁矿制酸工业生产中各塔的作用、进出
2、料情况及相关参数的计算。最后绘制出工艺流程图、带控制点的物料流程图、设备图和设备布置图。关键词: 普通硫铁矿制酸;三塔三槽; ABSTRACTThis paper drying and absorption tower combination of circular Groove, drying and absorption towers Tower I and II circular Groove, drying and absorption tower circulating acid mixed and explains the three towers triple process t
3、echnology, shows the superiority of the three towers triple processes. For ordinary material balance pyrite-roasting sulphuric acid workshop section process. Through the design understanding of this issue of sulfuric acid industry development and research status of domestic and foreign, familiar wit
4、h General pyrite acid-making process, technical equipment, etc. By ordinary pyrite acid production process and material balance and energy balance of design and selection of drying Tower mastering General pyrite acid-making industry in the production function, feeding of the tower and calculation of
5、 relevant parameters. Last draw a process flow diagram, with a material flow diagram of control points, devices, and equipment layout diagrams.Keyword：Ordinary pyrite in acid; Three slot three towers; 目录 摘 要I ABSTRACTII 前言1第一章 综述- 5 -1.1 产地 - 5 -1.2工艺流程及其控制特点- 6 -1.2.1 原料- 6 -1.2.2 焙烧工艺- 6 -1.2.3 制酸
6、工艺- 7 -1.2.4 干吸工艺- 7 -1.2.5 转化工序- 8 - 1.2.6 脱盐水及发电装置- 8 -1.2.7过程控制特点- 8 -1.2.8 主要技术经济指标- 9 -1.3 硫铁矿制酸主要工艺原理- 9 -1.3.1 沸腾焙烧工艺原理- 9 -1.3.1.1对原料的要求及沸腾焙烧工艺优点- 10 -1.3.2、焙烧反应基本原理- 10 -1.3.3沸腾炉的结构原理- 11 -1.3.4炉气净化指标- 14 -1.3.5炉气净化的原则- 14 -1.3.6炉气净化原理- 14 -1.3.7炉气净化的基本方法- 16 -1.4 三氧化硫吸收工艺原理- 17 -1.4.1三氧化硫吸
7、收的基本原理- 17 -1.5 二氧化硫转化的工艺原理- 18 -1.5.1二氧化硫转化与硫酸生产方法- 18 -1.5.2转化反应是可逆的反应过程- 19 -1.6流程图- 19 -1.7 其他工艺- 19 -1.7.1 德国鲁奇低温冷凝工艺- 20 -1.7.2德国鲁奇高温冷凝工艺- 21 -1.7.3丹麦托普索 WSA 湿法制酸工艺- 22 -1.7.4 三种湿法制酸工艺的比较- 23 -1.7.5 SAPNE工艺- 23 -1.7.6Cansolv SO2循环工艺- 25 -1.7.7 Regesox工艺- 26 -第二章 硫酸干吸系统设计的计算- 28 -2.1.2干燥塔入口炉气含水
8、量- 30 -2.1.3干燥塔入口气体带水- 31 -2.1.4 循环酸量- 31 -2.2 干燥塔热量衡算- 31 -2.2.1 炉气带入热量- 32 -2.2.2 水的冷凝热Q2- 32 -2.2.3 入塔酸带入热Q3- 32 -2.2.4 93%酸稀释热Q4- 32 -2.2.5 炉气带出热Q5- 33 -2.2.6 出塔酸带出热Q6和酸温- 33 -3 干燥塔循环酸槽的物料衡算- 34 -2.4 干燥塔酸循环槽热量衡算- 35 -2.4.1 从干燥塔冷却器来到92.7%H2SO4带入热- 35 -2.4.2 从98%酸循环系统串来到98.5%H2SO4带入热 （45度）- 35 -2.
9、4.3 混合热- 36 -2.4.4 上塔酸带出热- 36 -2.4.5 串往98%酸循环槽等93%H2SO4带出热- 36 -2.4.6 从干燥塔冷却器来的硫酸温度- 36 -第三章 吸收系统计算- 37 -3.1 一吸塔物料衡算- 37 -3.1.1 进塔气体成分- 37 -3.1.2 出塔气体成分- 37 -3.1.3 吸收SO3量- 37 -3.1.4 上塔酸量- 37 -3.1.5 出塔酸量- 37 -3.1.6 出塔酸浓度- 38 -3.2 一吸收塔热量衡算- 38 -3.2.1 进塔气体带入热Q1- 38 -3.2.2 入塔酸带入热Q2- 39 -3.2.3 吸收反应热Q3- 3
10、9 -3.2.4 98%H2SO4浓为98.40%H2SO4的浓缩热- 39 -3.2.5 出塔气体带出热Q5- 39 -3.2.6 出塔酸带出热Q6和出塔酸温- 40 -3.3二次吸收塔物料衡算- 40 -3.3.2 出塔尾气成- 40 -出塔尾气成分- 41 -3.3.3吸收SO3量 （吸收率99.98%）- 41 -3.3.4 入塔酸量- 41 -3.3.5 出塔酸量- 41 -3.4 二次吸收塔热量衡算- 42 -3.4.1入塔酸带热Q1- 42 -3.4.2 入塔气体带入热Q2- 42 -3.4.3 吸收反应热Q3：- 42 -3.4.5 尾气带出热Q5- 42 -3.4.6 出塔酸
11、带出热Q6- 43 -3.4.7 出塔酸温- 43 -3.5 吸收循环槽物料衡算- 43 -3.6 吸收循环槽热量衡算- 44 -3.6.1 一吸塔冷却器来酸带入热Q1- 44 -3.6.2 二吸收塔冷却器来酸98.04%带入热Q2- 44 -3.6.3 串酸带入热Q3- 44 -3.6.4 混合热Q4- 44 - 3.6.5上塔酸带出热Q5- 45 - 3.6.6 串去93%塔酸带出热Q6- 45 - 3.6.7 成产品酸带出热Q7- 45 -3.6.8二吸塔冷却器来酸温度- 45 -第四章 干吸系统的设备计算和选择- 45 - 4.1 冷却器的计算- 46 -4.1.1 干燥塔冷却器的计算
12、- 46 -4.1.1.1 冷却水用量G- 46 -4.1.1.2 冷却排管的排列- 46 -4.1.1.3 冷却面积F- 47 -1）平均温差- 47 -2）传热系数K- 47 -4.2一吸收塔的工艺计算- 50 -4.2.1一吸收塔冷却器的计算- 50 -4.2.1.1冷却水用量G- 50 -4.2.1.2 冷却排管的排列- 50 -4.2.1.3冷却面积F- 51 -4.2.2一吸塔塔体计算- 52 -4.2.2.1 塔径的计算- 53 -4.2.2.2 填料面积F- 53 -4.2.2.3 填料高度- 54 -4.2.2.4 压力降- 54 -4.2.2.5 填料塔阻力- 55 -4.
13、2.2.7 塔高H- 56 -4.3二吸收塔的工艺计算- 56 -4.3.1 塔径的计算- 57 -4.3.2 填料面积F- 57 -4.3.3 填料高度- 58 -4.3.4 压力降- 58 -4.3.5 填料塔阻力- 59 -4.3.6 填料层持酸量- 59 -4.3.7 塔高H- 60 -4.4 填料塔的工艺计算- 60 -4.4.1干燥塔的工艺计算- 61 -4.4.1.1 塔径的计算- 61 -4.4.1.2填料面积F- 61 -4.4.1.3填料高度- 64 -4.4.1.4 压力降- 64 -4.4.1.5填料塔阻力- 65 -4.4.1.6 填料层持酸量- 66 -4.4.1.
14、7 塔高H- 66 -4.2.2 塔壳- 67 -4.4.2.4 塔体的垂直度偏差 - 67 -4.4.2.5塔底不平度- 67 -4.5 填料设备计算结果- 69 - 结论.72 致谢.73 参考文献.74 前言我国是一个农业大国，随着农业政策的进一步加强，磷复肥的需求量不断增加。硫酸作为磷复肥生产的基本原料，其需求量也将不断增加。近年来，我国硫酸工业发展较快。硫铁矿是我国的自有资源，发展硫铁矿制酸对稳定我国的硫酸工业具有不可替代的作用。因此研究硫铁矿制酸中炉气的制备、净化及干燥过程十分必要。硫酸作为重要的化工基本原料之一，广泛应用于化工、国防、冶金、医药、石油、纺织等行业。近年来，随着我国
15、各行业的快速发展，我国硫酸工业亦得到了快速发展。然而受国外市场的冲击，国内硫酸市场常常出现波动，给硫酸工业的发展带来了一定影响。笔者通过对国内硫酸市场的状况分析和变化预测，对规范和稳定硫酸市场提出建议。由于本设计是8万吨/年硫铁矿制酸装置干吸系统与二吸塔设备的设计，在硫铁矿制酸过程中，干燥塔的功能是除去净化后炉气中的水分，干燥酸一般采用93%酸。如果提高干燥酸浓度，虽有利于降低干燥塔出口炉气中的水分，但系统的水平衡有时比较困难；另外酸中溶解的二氧化硫含量会增加，易造成硫损失，所以本设计干燥酸浓度选择93%硫酸。工艺流程采用“三塔三槽”工艺流程。我们采取两转两吸四段转化工艺，以最少的能源、物料获
16、得最大的二氧化硫转化率。 第一章 综述1.1 产地 装置概况以德兴铜矿副产硫精矿为原料，采用氧化焙烧法除尘，稀酸酸洗净化和两转两吸接触法制酸工艺。本装置还具有高回收率和低“三废”排放等优点。总硫回收率期望值可达97（保证值为96.0以上），工艺流程采用了二转二吸制酸工艺，“3+1”四段转化，提高硫的利用率，使尾气中SO2及硫酸雾的排放指标低于大气污染物综合排放标准，净化工段20稀酸外运到大山厂和泗州厂做为选矿药剂使用，不外排；硫酸钡烧渣是优质铁精矿，直接销售给钢铁厂，达到综合利用的目的。鼓风机噪音采用消声、隔声及不设固定岗位等有效措施。本装置技术新、可靠性高，采用以下具有成功业绩的最新技术：D
17、CS控制系统；阳极保护管壳式酸冷器；二吸塔用高效除雾器控制尾气排放带出酸沫等。1.2工艺流程及其控制特点采用的主要工艺流程为：氧化焙烧、酸洗净化、“31”两次转化、96酸干燥、98酸中温两次吸收、废热回收等工艺，并采用DCS系统进行自动控制。主要特点如下： (1) 采用氧化焙烧技术，提高硫的烧出率。 (2) 采用酸洗净化，以减少稀酸产出。 (3) 采用“31”四段转化，使SO2总转化率大于99.7%，保证尾气中的SO2达标排放。1.2.1 原料硫酸生产的原料主要有硫铁矿、硫磺、含SO2的冶炼烟气、天然石膏以及磷石膏等。1.2.2 焙烧工艺含硫48%、含水10%的硫铁矿由焙烧炉的加料斗，通过皮带
18、给料机连续均匀地送至沸腾炉，采用氧表控制沸腾炉出口氧含量，根据其氧含量对沸腾炉的加矿量进行调节。焙烧工序的主要流程为：“沸腾焙烧炉废热锅炉旋风除尘器电除尘器”流程。1.2.3 制酸工艺由电除尘器来的炉气，温度约320，进入动力波，用浓度约15%的稀硫酸除去一部分矿尘，降温后进入气液分离塔，然后进入冷却塔，进一步除去矿尘、砷、氟等有害物质。气体温度降至42以下，再经一级、二级电除雾器除去酸雾，出口气体中酸雾含量0.005g/Nm3。经净化后的气体进入干吸工段，在干燥塔前设有安全水封。 1.2.4 干吸工艺 自净化工段来的含SO2炉气，补充一定量空气，控制SO2浓度为8.5%进入干燥塔。气体经干燥
19、后含水份0.1g/Nm3以下，进入二氧化硫鼓风机。干燥塔系填料塔，塔顶装有金属丝网除雾器。塔内用96%硫酸淋洒，吸水稀释后自塔底流入干燥塔循环槽，槽内配入由吸收塔酸冷却器出口串来的98%硫酸，以维持循环酸的浓度。然后经干燥塔循环泵打入干燥塔酸冷却器冷却后，进入干燥塔循环使用。增多的96%酸全部通过干燥塔循环泵串入一吸塔。经一次转化后的气体，温度大约为180，进入一吸塔，吸收其中的SO3，经塔顶的纤维除雾器除雾后，返回转化系统进行二次转化。经二次转化的转化气，温度大约为156，进入二吸塔，吸收其中的SO3，经塔顶的金属丝网除雾器除雾后，通过烟囱达标排放。 1.2.5 转化工序经干燥塔金属丝网除沫
20、器除沫后，SO2浓度为8.5%的炉气进入二氧化硫鼓风机升压后，经第III换热器和第I换热器换热至430，进入转化器。第一次转化分别经一、二、三段催化剂层反应和I、II、III换热器换热，转化率达到95.5%，反应换热后的炉气经省煤器降温至180，进入第一吸收塔吸收SO3后，再分别经过第IV和第II换热器换热后，进入转化器四进行第二次转化，总转化率达到99.75%以上，二次转化气经第IV 换热器换热后，温度降至156进入第二吸收塔吸收SO3。1.2.6 脱盐水及发电装置 脱盐水装置采用一级除盐系统。脱盐水出力为15t/h。脱盐水流程为：原水原水箱原水泵机械过滤器逆流再生阳离子交换器除二氧化碳器中
21、间水箱中间水泵逆流再生阴离子交换器脱盐水箱脱盐水泵除氧器（除氧器设置在发电厂房）。废热锅炉为单汽包横向冲刷式砖衬水管锅炉，受热面为垂直悬吊式蛇形结构，受热面包括几组蒸发区和高、低温过热器。给水经过和高温炉气换热后，在汽包主蒸汽口产出饱和蒸汽，饱和蒸汽在经过高、低温过热器最终产出3.82MPa 450中压过热蒸汽14t/h。1.2.7过程控制特点 整个硫酸厂主要采用集散控制系统（DCS）来实现集中管理，分散控制。系统结构上应使数据采集功能和控制功能分布在各个不同的模块上，以有效地分散各种由于意外发生而造成对整个系统的危害。PID参数应能够自动整定。该系统具有丰富的运算控制功能，逻辑运算功能，极高
22、的控制品质，便于集中监视和操作，监视直观清晰，系统扩散性好，易于改善控制方案，具有诊断和相应的保护功能，控制站的硬件冗余，总体不小于1:10，重要控制回路应为1:1，与操作站的通讯冗余为1:1。通讯速率不低于1Mbps。动态元素更新时间1秒。DCS内部的通讯系统是充分冗余的。DCS供电要求设置不间断电源(UPS)。蓄电池容量按30分钟考虑。1.2.8 主要技术经济指标 序号项 目单 位指 标备 注1硫精矿水份wt%122入炉后含硫%30-503烧出率%98.54净化率%98.05吸收率% 99.956转化率%99.67总硫利用率%968灰渣残硫%0.59尾气中含SO2PPm30010尾气中含酸
23、雾mg/Nm330 1.3 硫铁矿制酸主要工艺原理1.3.1 沸腾焙烧工艺原理1.3.1.1对原料的要求及沸腾焙烧工艺优点 1、焙烧原料为德铜选矿副产品硫精砂，其主要成分为二硫化铁（FeS2）。原料硫精砂具有以下特点；粒度细，200目以下的颗粒()占98.2%。硫精砂水分含量()偏高约10%。品位高，含有效S()48.06%。要求原料（高品位硫铁矿）的水分、粒径、品位“三稳定” 。原料“三稳定”是沸腾焙烧稳态操作的前提。2、沸腾焙烧工艺优点（1）生产强度大；（2）脱硫率高；（3）炉气中二氧化硫浓度高，可达11%-13%；（4）不受原料限制；1.3.2、焙烧反应基本原理1、硫铁矿焙烧主要化学反应
24、 硫铁矿焙烧过程中的化学反应很多，但主要的是二硫化亚铁的燃烧反应。 4FeS2 + 11O2 = 2Fe2O3 + 8SO2 + 790.52千卡 (1)3FeS2 + 8O2 = Fe3O4 + 6SO2 +566千卡 (2)当炉内过剩空气量较多时，FeS2的燃烧反应主要按式（1）进行，所得矿渣主要成分是Fe2O3、呈红色；过剩空气量较少时，反应则主要按式（2）进行、所得矿渣主要成分是Fe3O4，呈黑色；当空气不足时，不但FeS燃烧不完全，单质硫也不能全部燃烧，到后面设备中冷凝成固体，即产生通常所说的升华硫。所以,硫铁矿焙烧是放热反应, 可以靠本身的反应热来维持所需的焙烧温度。 1.3.3沸
25、腾炉的结构原理 硫酸厂的沸腾炉多采用圆筒炉身一次扩大型，炉体一般为钢壳，内衬耐火材料，它的内部结构批为四个主要部分：风室、分布板和风帽、沸腾层及其上部的燃烧空间，这几部分的构造和作用如下。1、风室 它由钢板焊制成圆锥形或圆筒形，鼓入沸腾炉的空气先经过它然后均匀地通过分布板上升至沸腾层。风室的主要作用是均匀分布气体，因此要有足够的容积，特别是空气进口位置与分布板之间要有足够的距离。2、分布板和风帽 分布板是带有圆孔的钢制花板，其上插有风帽。它具有一定的流体阻力，使空气在进入沸腾层时均匀地分布。为了保证在整个炉子截面上没有风吹不到的死角，风帽的排列要均匀，一般为六角形排列，最外两层可采用同心圆排列
26、，间距为140-170毫米，风帽小孔必须仔细加工。3、沸腾层 沸腾层是矿石焙烧的主要空间，矿石从炉一侧加料口落下，进入沸腾层激烈燃烧，焙烧后得到的矿渣从另一侧排出炉外。通常把排渣口的高度看作是沸腾层的高度，一般为0.9-1.5米。加料口的高低与炉子是否容易冒烟有关，沸腾炉一般以加料口下端比溢流口高600-700毫米为合适。过低，则当炉子的负压不足时容易冒烟，恶化环境；过高，会造成一部分细矿在沸腾层以上悬浮焙烧，降低烧出率。4、沸腾层上部燃烧空间 在沸腾层上部有一段燃烧空间，其主要作用是延长炉气的停留时间，使从沸腾层内来不及燃烧的单质硫也在此空间进一步燃烧。在上部空间还设有二次、三次风装置，其目
27、的是向炉内补充空气而使矿灰和单质硫在空间加速燃烧。 焙烧工序送来的炉气，除含有大量的氮气（N2），二氧化硫（SO2）和氧气（O2）外，还含有一些固态和气态的有害物质。固态杂质是指在焙烧工序电收尘器出口没有被除下仍以固态形式存在的物质，通称尘。气态杂质通常有三氧化二砷（AS2O3）、氟化物、二氧化硒SeO2、三氧化硫（SO2），水蒸汽（H2O）、二氧化碳（CO2）和其它有色金属的氧化物，硫化物及这些金属的硫酸盐。炉气净化的目的就是除掉这些有害杂质。下面分析一下尘、砷、氟等主要杂质对催化剂、设备和成品酸质量的危害和影响。1、尘的危害首先是会堵塞管道和设备，严重时会使生产根本无法进行。其次，它会覆盖
28、催化剂表面，使催化剂结疤，活性下降，阻力增大，转化率降低。再其次，尘进入成品酸中杂质量增高，颜色变红或变黑，影响成品酸质量。2、砷： 砷在炉气中是以三氧化二砷（AS2O3）形态存在的。炉气中含砷量的多少与硫精矿含砷量有关。三氧化二砷是危害催化剂最严重的毒物，也影响成品酸质量3、氟：炉气中的氟大部分以氟化氢（HF）的形态存在，小部分以四氟化硅（SiF4）形态存在。氟化氢与二氧化硅（SiO2）会起化学反应生成四氟化硅（SiF4）： 4HF+SiO2 SiF4+2H2O 四氟化硅遇水后又会反应放出氟化氢： SiF4+（x+2）H2O SiO2 XH2O+4HF 所以，氟化氢是腐蚀塔内瓷砖、填料瓷环和
29、破坏催化剂载体（硅藻土的主要成分是二氧化硅）的严重毒物。氟进入成品酸也会影响硫酸的用途。4、水分。水份本身对催化剂无毒害作用。但要严格控制进入转化系统炉气中的水份含量，其主要原因是：（1）水份会稀释进入转化系统之前的酸沫和酸雾，会稀释沉积在设备和管道表面的硫酸，造成腐蚀。（2）水份含量增高，会使转化后三氧化硫气体的露点温度升高，在低于三氧化硫气体露点温度的设备内，都会有硫酸冷凝出来，温度高和溶度不定（接近100%或含有游离SO3）的硫酸对设备有强烈的腐蚀作用。（1）堵塞工艺管道和设备；（2）影响电除雾器的正常运行；（3）升华硫带入转化器内燃烧，会损害触媒引起转化率下降 除上述各主要杂质外，炉气
30、中还有其它的一些杂质，也应尽可能除去。1.3.4炉气净化指标 从上述各项杂质危害来看，炉气净化的程度愈高愈好，也就是说经过净化后炉气中的杂质含量愈低愈好，事实上却受以下两个因素所制约： （1）炉气净化越彻底，往往净化流程越复杂，设备投资和操作费用会越多，这必然受到经济条件的制约。 （2）炉气净化要彻底，必然要用先进的工艺和高效的设备，这直接受到硫酸工业的设计、制造和操作技术水平的限制。也受到整个国家的工业发展水平和技术水平（如材料、仪表等）的限制。1.3.5炉气净化的原则 炉气中的杂质在高温下一般以气态和固态两种形态存在，当温度降到一定程度后则以固态、液态和气态的三种形态同时存在。它们的颗粒大
31、小相差很大。 炉气净化主要指的是将固态和液态悬浮颗粒从气体中分离出去（或称气悬微粒的分离）。炉气的干燥则是用浓硫酸吸收炉气中的水份。 1.3.6炉气净化原理l 1、在净化过程中除去炉气中的杂质l 在生产过程中通常首先将炉气中的尘分离掉。这是因为：一是炉气所含尘量很多，不先除去将影响其它杂质的净化；二是尘的颗粒大较易除去。l 目前使用的洗涤净化流程，将焙烧工序过来的炉气中残存的尘清除干净，同时清除含有三氧化二砷，氟化物等杂质l 2、酸雾的清除：使用电除雾器除去炉气中的酸雾。l 3、炉气的冷却和除热l 炉气带入干燥塔的水份大体等于出电除雾器炉气的饱和水蒸汽含量。温度愈高含水量愈多、温度越低含水量愈
32、少。因此，要控制带入干燥塔的水份量，就要控制出电除器的炉气温度。此温度由气体冷却塔的冷却水量来控制的，要求是气体冷却塔出口炉气温度在42以下。l l 4、炉气的干燥l 炉气干燥过程中要考虑的因素有：l （1）、炉气温度和含水量。炉气经过除尘、降温、除雾后，炉气中的水份却增加了，一般达到了饱和状态。炉气中的水份含量与炉气温度有关，温度愈高其水份含量就越多。具体含水量G斤/米3）可计算如下：l l 式中： PH2O在一定温度下的饱和水蒸汽压，毫米汞柱：l P大气压力，毫米汞柱；l Pin干燥塔入口操作压力，毫米汞柱；l 炉气中的含水量随炉气温度的增高而增多，随炉气中的二氧化硫浓度的增高而减少。l
33、在炉气干燥的操作中，硫酸吸收炉气中的水份，其浓度会逐渐降低，为使循环酸浓度保持在一定范围，需要不断补入一定数量的98%硫酸和不断移走部分93%硫酸，补入和移走的数量是由炉气带入的水份量，亦即进干燥塔气体温度来决定。l （2）干燥塔所用的硫酸浓度和温度。一般根据四个因素来确定干燥炉气用的硫酸浓度和温度，（1）硫酸液面上的水蒸汽分压要小，保证经干燥后的炉气含水量小于0.1克/标准米3。（2）在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾。（3）在干燥过程中对水的吸收的吸收速度要快，需要的吸收面积要小。（4）对二氧化硫的溶解要少，尽量减少炉气中二氧化硫的损失。l 1.3.7炉气净化的基本方法 对炉气进行净化
34、的方法有两种： （1）利用炉气通过液体层或用液体来喷洒气体，使炉气中的杂质得到分离叫液体洗涤法或称湿法气体净化。 （2）利用炉气通过高压电场，使悬浮杂质荷电并移向沉淀极而沉降分离，这叫电净制法气体净化。图1 动力波洗涤器作用原理2、利用电离作用的炉气净化 我们利用电离作用来净化炉气的设备是：用于湿炉气除酸雾的电除雾器。电除雾器的原理，从功能上可将集酸过程大致划分如下：如图2所示图2 静电除雾器原理（1）、集尘室发生电晕放电将炉气电离 使集酸极接地，在放电极上施加负的高压电，则放电极发生剧烈的电晕放电，集酸极室空间会充满负离子和电子。（2）、将炉气导入这个集酸极室的空间，1523则炉气中的酸雾就
35、会带上负电。（1.4 三氧化硫吸收工艺原理1.4.1三氧化硫吸收的基本原理 化工生产中的吸收过程，一种是不明显的化学反应，为单纯的物理过程，称为物理吸收，如发烟硫酸吸收三氧化硫的过程。另一种是具有明显的化学反应的吸收过程，被称为化学吸收。如用硫酸水溶液吸收三氧化硫。 在生产硫酸的吸收操作中，这两种吸收过程都存在。习惯上统称为三氧化硫的吸收。按下列反应进行。 nSO3（气）+H2O（液） H2SO4+（n-1）SO3+Q 该吸收过程以化学吸收为例大体按下述五个步骤进行： （1）气体中的三氧化硫从气相主体中向界面扩散。 （2）穿过界面的三氧化硫在液相中向反应区扩散。 （3）与三氧化硫起反应的水份，
36、在液相主体中向反应区扩散。 事实上，气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只有吸收气体中超过硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超过的越多，吸收过程的推动力就越大，吸收速度就越快，吸收率就越高。一般把被吸收的三氧化硫数量和原来气体中三氧化硫的总数量之百分比称为吸收率。 式中： n吸收率，% a进吸收塔的三氧化硫数量，克分子； b出吸收塔的三氧化硫数量，克分子； 1.5 二氧化硫转化的工艺原理1.5.1二氧化硫转化与硫酸生产方法 二氧化硫转化为三氧化硫，一般情况下是不能进行的，必须借助于催化剂起催化作用。由于二氧化硫气体转化制酸所用的催化剂和进行转化的方法不同，先后形成了生产硫酸的两大方法：硝化法和接
37、触法。随着科学发展，硝化法已淘汰，目前全世界都在用接触法。 接触法生产硫酸、简言之，是经过净化的二氧化硫气体，通过催化剂作用，被氧所氧化，生成三氧化硫，再用水加以吸收，即得硫酸。其反应式如下： SO2+1/2O2 = SO3+Q SO3+H2O = H2SO4+Q 1.5.2转化反应是可逆的反应过程 二氧化硫转化为三氧化硫的反应，是按下面方程式进行的。 SO2+1/2O2 = SO3+Q 从这个方程式可以看出。在二氧化硫与氧反应生成三氧化硫（化学上称这个从左向右方向进行的反应叫正反应）的同时，三氧化硫也有一部分分解为二氧化硫和氧（这个从右向左方向进行的反应称逆反应）。因此，我们说二氧化硫转化反
38、应是一个可逆的反应过程。已反应了的二氧化硫对起始二氧化硫总量之百分比叫做转化率。 1.6流程图 1.7 其他工艺1.7.1 德国鲁奇低温冷凝工艺 在 20 世纪 30 年代德国鲁奇公司提出一种湿接触法制酸工艺， 由于其三氧化硫冷凝成酸的温度较低， 又称为低温冷凝工艺。在该工艺中， 硫酸冷凝装置是喷淋填料塔， 后接除雾器。其过程为含 H 2 S 的酸性气体在焚烧炉内燃烧生成 SO 2 ， SO 2 在转化器内催化氧化， 出转化器的气体直接进入冷凝塔， 与塔顶喷淋的循环冷硫酸逆流接触， 冷凝成酸。在低温冷凝工艺中， SO 2 的转化率高达 98. 5%，但由于出冷凝塔的气体温度较低， 原料气中过量
39、的水蒸气进入产品酸中， 故无法生产 w(H 2 SO 4 )大于90%的产品硫酸。该工艺中产品硫酸的 w(H 2 SO 4 )为 78%左右， 其缺点是使用范围有限， 不能处理燃烧后 (SO 2 )低于 3% 的气体， 仅适用于小规模装置。低温冷凝工艺的适用范围受到限制， 在大多数情况下， 主要目的是处理硫化氢废气而不是生产硫酸。北京焦化厂和宜化钢铁公司焦化厂引进并应用了该技术。1.7.2德国鲁奇高温冷凝工艺 高温冷凝工艺又称康开特(Concat)法， 是鲁奇公司继低温冷凝工艺后又推出的改良的湿接触法催化生产硫酸工艺。该工艺改善了低温冷凝工艺对原料气的适应性， 拓宽了产品酸的浓度范围， 在处理
40、低浓度含硫酸性气， 特别是克劳斯装置尾气以满足环保要求方面无疑是一种理想的选择。该工艺过程为湿的 H 2 S 气体与燃料气在焚烧炉内燃烧生成 SO2 ，SO 2 在转化器内进行氧化， 氧化后的气体进入文丘里冷凝器， 与高度分散的热硫酸并流接触， 生成硫酸。为了使气体进一步冷却和硫酸蒸气充分冷凝，在文丘里冷凝器后设有冷凝塔， 进行第二阶段的冷凝。气体进入冷凝塔以前， 补加一部分空气， 以降低气体中水蒸气分压。剩余的气体在纤维除雾器中除去酸雾， 收集到的酸液返回冷凝塔的循环酸系统。该工艺过程中 SO 3 气体与水蒸气在高温下凝结成酸， 因为操作温度越高， 随硫酸冷凝的水蒸气就越少， 产品酸的浓度就
41、越高。该工艺特别适用于处理温度高、 H 2 S 浓度低的气体， 可处理燃烧气中 (SO 2 )低至 1% 的气体并保持自热平衡， 产品硫酸的 w(H 2 SO 4 )可达到 93%。我国山西化肥厂引进了一套康开特硫回收制酸装置。 1.7.3丹麦托普索 WSA 湿法制酸工艺 丹麦托普索公司 20 世纪 80 年代中期开发的湿法制酸工艺(Wet gas Sulphufic Acid， 简称 WSA)， 将酸性气中的各种硫化物转化为浓硫酸， 采用的冷凝装置为降膜式冷凝器 。工艺过程为原料气燃烧生成 SO 2 ，SO 2 湿气体经冷却进入 SO 2转化器生成SO 3 ， SO 3 和水蒸气进入冷凝器在
42、较高温度下直接冷凝成酸。该工艺的特点是:流程简单， 能效高， 原料气SO 2 体积分数低于 3% 时仍可自热运行 ;硫回收率高， 可达 99%;产品单一， 惟一的产品为达到商品级标准的浓硫酸;除消耗催化剂外不需要任何化学药品或添加剂;不产生废料， 对环境没有二次污染;产生大量热能， 副产中压或次高压蒸汽;适用范围广， 可处理各种含硫气体;操作弹性范围大， 原料组成、 进料等大幅度波动不会影响装置运行， 尤其不受原料气中烃类组分影响;与传统的硫酸生产技术相比， WSA 技术需要的设备较少。因为在 SO 2 转化成SO 3 之前含硫工艺气不需要干燥， 这就使得 WSA 工艺具有较低的投资， 操作和维修费用低。WSA 工艺实际是一个催化反应工艺过程， 特别适用于处理那些含硫较低而用常规