Wizard丶
前言 ...................................................................2 第一章 工艺流程论证 ....................................................3
1.1 流程选择 ....................................................3
1.2 流程说明.....................................................4 第二章 物料衡算 ..........................................................6
2.1 原料用量计算..................................................6 第三章 典型机器设备选型与论证 ..............................................8
3.1 焙烧炉的选择 ................................................8
3.2 净化设备 .....................................................9
3.3 干燥设备......................................................9
3.4 二氧化硫催化氧化段设备........................................10 第四章 总结 .............................................................10
...............................................................13 参考文献
致谢 ............................................................... ....14
1
前 言
纯硫酸是无色透明油状液体，相对密度为1.82~1.84，冰点10.4?，工业生产的硫酸是指SO3和H2O以一定比例混合的溶液，而发烟硫酸是其中SO3和H2O摩尔比大于1的溶液。由于发烟硫酸的SO3蒸汽压较大，暴露在空气中能释放出SO3气体，当它和空气中的水蒸汽接触时能迅速结合并凝聚成酸雾而得名。
硫酸是三大强酸之一，几乎能与所有的金属及其氧化物和氢氧化物反应生成硫酸盐，还能其它无机酸的盐类作用。浓硫酸(98%)有极强的吸水性和脱水性，能使棉 布)纸张)木材等碳水化合物脱水碳化，接触人体能引起严重灼伤。硫酸能以任意比例溶解于水，放出大量的溶解热，因此，在操作时只能将酸缓慢的加入水中，并不断搅拌，切不可把水加入酸中，以防止酸液表面局部过热而引起喷酸事故。浓度低于76%的硫酸与金属反应会放出氢气，当氢气在空气中的体积含量达4%~75%时有爆炸性。
硫酸用途及其广泛，无论是在国民经济各个部门，还是从生产发展，满足人民物质文化需要，加强国防力量等方面都有重要意义。因此，硫酸是十分重要的基本化工原料，曾被誉称为“工业之母”，2003年我国硫酸产量高达3300万吨(以纯H2SO4计)。
硫酸的最大用途是生产化学肥料。在磷铵)重过磷酸钙)硫铵等的生产中，月消耗硫酸产量的一半。在化学工业中，硫酸是生产各种硫酸盐的原料，是塑料)人造纤维)染料)油漆)医药)农药等行业的原材料。在有色金属的冶炼)钢铁酸洗)石油精炼)轻纺)国防等行业中也有广泛应用。
我们在知道了硫酸的性质和用途，了解到了硫酸对我们的重要性，那硫酸是怎样生产出来的呢,这次课程设计就是对硫酸的生产工艺进行研究设计。
2
第一章 工艺流程论证
1.1 流程选择
利用硫铁矿接触法制硫酸有两种流程，即为封闭洗流程和水洗流程。两种流程相比，水洗流程的基建费用低，设备少，操作管理简便。但水洗流程生产污水中硫酸浓度太低，难于回收;二氧化硫有一部分溶解在污水中损失;污水中含有砷)氟)矿尘等有害杂质，需要进行处理，否则会造成环境污染。考虑到硫铁矿的利用率和环境保护等问题选取封闭水洗流程。
简易流程图
1.2 流程说明
在接触法制硫酸封闭洗流程中，可分为四个工段，即为炉气制备，炉气净化，炉气干燥，制酸流程。
3
第一工段:炉气制备
炉气的制备即为原料矿石的燃烧到炉气精制，在此过程中分为五步，流程如下图所示。
精选硫铁矿或粒度3毫米以下块矿加料机加入沸腾焙烧炉，炉底用鼓风机送入空气。硫铁矿在炉内于800~1000?的温度下燃烧，产生二氧化硫及氧化铁，反应式如下:
4FeS2 + 11O2 == 2Fe2O3 + 8SO2
(硫铁矿) (氧) (氧化铁) (二氧化硫)
氧化铁称为矿渣，从炉底排出，用作炼铁或制造水泥的原料。含SO2 10~14%的二氧化硫气体从炉顶排出，经费热锅炉冷却后，依次通过旋风除尘器和热电除尘器，除去气体中夹带的灰尘。
硫铁矿:国外硫铁矿含硫一般大于45%;国内一般含硫35%;含砷不多于0.05%，含氟不多于0.05%。考虑到运输费用等情况则选用国内的硫铁矿。因此，对于原料的来源不存在问题。
第二工段:炉气净化
经过除尘器的气体通过文丘里洗涤器)间接冷凝器和二级电除雾器的净化操作，使气体冷却下来，同时也捕集气体中所含的砷)硒)氟等杂质和少量SO2。文丘里洗涤器采用绝热蒸发操作，循环酸系统不设酸冷却器。循环酸浓度根据系统砷)氟及SO3含量平衡而定，一般在40%H2SO4以下。净化过程中热量的移走主要在间接冷凝器内进行，根据炉气出口温度调节冷却水量，是冷凝器出口温度在40?以下。气体经过两级电除雾器之后，酸雾含量可降至0.005克每立方标米以下。流程如下图所示。
4
第三工段:炉气干燥
净化炉气经过第二工段时会带有水蒸气，而在转化器阶段要求水蒸气不存在，则必须要进行炉气的干燥。将炉气通入干燥塔干燥。
第四工段:制酸流程
制酸系统，流程图中所示的是具有中间吸收塔的制酸系统。中间吸收塔的位置放在转化器第二段触媒层出口之后，也即转化器是采用“2+2"式。来自净化的炉气，首先在干燥塔内用93%硫酸干燥除去气体中的水分，然后进入来输送气体的主鼓风机。经过主鼓风机的气体通过一系列的热交换器后被加热到400~440?进入转化器。在转化吸收过程中炉气经过一次转化)中间吸收)二次转化)最终吸收，将气体中的SO2转化成SO3，并用浓硫酸将其在吸收塔内吸收下来，尾气则由第二吸收塔顶排入大气。转化器各段触媒层之后均设有热交换器，一方面进行反应后气体的冷却以保持最适宜的反应操作温度，另一方面供加热一次转化气和二次转化气的气体进出口温度。
干燥和吸收过程都是放热反应，所以在干燥塔)中间吸收塔和第二吸收塔的循环酸系统中都设有冷却器。
在这个生产流程中可以同时生产93%H2SO4和98%H2SO4，也可以生产一种酸。
5
第二章 物料衡算
2.1 原料用量
有工艺流程简图我们可以得知，本次流程采用的是两次转化两次吸收装置，能把SO2的最终转化率控制在99.5%以上，本次取为99.6%。假设硫酸浓度以98%计;在流程过程中SO2损失1%;硫铁矿中含FeS2以35%计算;在焙烧炉中燃烧，炉渣中含硫一般为0.1%~0.5%，取FeS2的转化率为99.8%计算。
? SO3的需要量
设SO3的所需用量为m1万吨。设SO2的所需用量为m2万吨。设FeS2的所需用量为m3万吨。设所需原料m4万吨。有以下化学方程式:
SO3 + H2O === H2SO4
80 98
m1万吨 98%×10万吨
由方程式则有: 98m1=98%×10×80
解得: m1 =8万吨
2SO2 + O2 === 2SO3
128 160
99.6%×(1-1%)m2万吨 8万吨
由方程式则有: 160×99.6%×(1-1%)m2=128×8
解得: m2=6.49万吨
4FeS2 + 11O2 === 2Fe2O3 + 8SO2
480 512
99.8%×m3万吨 6.49万吨
由方程式则有: 512×99.8%×m3万吨=480×6.49
解得: m3=6.10万吨
所需原料矿石质量:
6
m4=m3?35%=6.10?35%=17.43万吨
考虑到原料要足够，则每年大概所需原矿石为17.5万吨。
7
第三章 典型机器设备选型与论证
3.1 焙烧炉的选择
随着流态化技术在硫酸工业中的应用，焙烧炉由固定型块矿炉)机械炉)到现在全部使用沸腾炉沸腾炉焙烧法与固定床焙烧法相比，具有可以连续操作)便于自动控制;固体颗粒较小，气固相间的传热和传质面积大;固体颗粒在气流中快速运动，不断更新反应界面，反应速度加快等优点。因此，此流程选择沸腾焙烧炉。
沸腾焙烧炉有长方形和圆形两类。前者在有色金属方面用的比较普遍，其特点是便于在矿粒移动的道路上按不同需要调节空气量。硫酸厂对于硫铁矿的焙烧没有上述要求，不需要分段调节空气量，因此，大多用圆形焙烧炉。根据使用原料和操作条件的不同，圆形焙烧炉又分为直筒型炉)扩大型炉(异径一次扩大)异径二次扩大)和倒圆锥形炉三种型式。
直筒型炉的沸腾炉层和上部燃烧空间直径大小大致相同，适于焙烧粒度细的尾砂，沸腾气速低，操作不易稳定，操作风量要与原料粒度配合适当，入炉矿石必须经过过筛，1mm以上的粒度不得超过30%~40%，否则破坏正常运行，但是这种炉型结构紧凑，容积利用率高。实验证明:这种炉也可以适用于掺燃部分块矿，只因操作范围较窄，有它的局限性。
异径一次扩大型沸腾炉，沸腾炉炉体一般为钢壳，内衬耐火材料。炉内上部为炉膛，包括飞腾层和上部燃烧空间，下部为空气分部室，中间隔着空气分布板，分布板上装有风帽，风帽间铺上一层耐火泥，空气由鼓风机送入空气室，经风帽向炉膛内均匀喷出。加料口在炉身下段，矿料由此加入，进到炉膛空间，过去加料出从炉体向外突出，称为加料前室，目前多数沸腾炉不设加料室。在加料口有烧渣出口。
由上面的两种沸腾炉的特点可知，在10万吨,年硫酸生产中，选用异径一次扩大型沸腾炉比较好，因为直筒型炉不易达到产量的需要。
沸腾炉有较高的硫烧出率烧渣中硫含量较低，约为0.1%~0.5%。烧渣中含硫量高低与很多因素有关，如沸腾层的温度和高度等。温度高有利于硫铁矿的分解，但要受到烧渣熔点的限制，为防止烧渣熔结，炉温不能过高。沸腾层越高，烧渣含硫量越低，则压降越大，动力消耗增加，一般沸腾层浓相高度维护在1~1.5m左右。
3.2 除尘设备
无论采用哪种方法焙烧硫铁矿制得的炉气都会有尘。含尘量的多少与矿石的品位)粒度大小)焙烧方法)焙烧强度等因素有关。一般焙烧炉的出口炉气含尘150~300 g,Nm?。若不将尘除净而任其随炉气进入制酸系统，则不仅会堵塞设备和管道，而沉积覆盖在催化剂外表会影响其催化活性，以致经常造成停产)大修的状态。
炉气的除尘，目前在硫酸生产过程中多采用机械除尘和电除尘两种方法。
3.2.1 机械除尘
8
机械除尘分为集尘器除尘和旋风除尘器两类。
集尘器除尘又分为自然沉降与惯性除尘。自然沉降尘粒在重力作用下从气体中分离下来，尘粒越小则自然沉降的速度越慢，完全依靠自燃沉降需要庞大的设备，这种方法多用于分离粒径大于50μm以上的尘。惯性除尘是指当尘与气体均以高速运动时，若在设备中急剧的改变气流方向，由于尘粒运动的惯性无法随着气体变向而得以与气体分离。目前，国内外多以废热锅炉代替上述除尘设备，使除尘与回收余热同时进行。
废热锅炉蒸汽压力4.25MPa，蒸汽过热温度450?。炉气中的渣尘约有30%~40%，在废热锅炉内除掉。炉气温度经废热锅炉降至350?，而后进入旋风分离器。渣尘由下灰管通过星型密闭排灰阀排出。旋风分离器的出口炉气含尘量为30~60g,m?，为进一步除尘，炉气经电除尘器后可使含尘量降至0.15g,m?。沸腾炉)废热锅炉)旋风分离器)电除尘器排出的渣尘，经水平刮板运灰机送至滚筒增湿器，少量喷水把渣尘增湿，通过皮带运输机送至堆放处。
旋风除尘是利用离心力的作用，将一定大小粒度的尘与炉气分开，气体沿切线方向进入旋风除尘器，并绕中央导管的中心线做旋转运动，尘粒在器内做辅射状运动到达器壁下落;最后炉气则经中央导气管由顶部逸出。为加快尘粒的沉降速度，提高气速和减少旋转半径都可以使尘粒的离心力增大而有利于分离细小尘粒。但随气速的增加也会导致流体阻力加大;同时还会带起沉降在器壁的尘，因此，气速一般控制在14~20m,s左右，阻力约5.9~8.8kPa。旋风除尘器的除尘效率高达97%以上， 是一种结构简单)操作可靠)造价低廉)管理方便的除尘设备，但对10μm以下的微小尘粒去除效率很低，故多用于炉气的初级除尘。为使尘粒清除比较彻底，工业上采用多个单级旋风除尘器组成的除尘分离组，炉气经过分离组后，再经过电除尘器即可达到清除要求。
3.2.2 电除尘
硫酸生产中广泛采用电除尘器来炉气中的细粒粉尘。它的除尘原理是使带尘的炉气在电极间通过，正极与高压直流电源的阳极相连并一同接地称为沉降级，负极与阴极相连称为电晕级。两级的距离一般为125~150mm，电晕级直径一般为1.5~2.5 mm的金属丝，在两级之间通以50~90kV的高压直流电时形成不均匀的直流电场，电晕级上电场强度特别大能使导线产生电晕放电，随着电压继续升高，电离区逐渐扩大形成电晕区。带
7负电的离子充满了整个电场的有效空间密度可达10离子?cm?，当带有大量尘粒的炉气通过电晕区时，尘粒在负离子撞击下荷电移向沉降级(正极)，放点后沉降下来。
电除尘的特点是沉降效率高，一般均为95%~99%以上，最高可达99.9%;可使尘含量降到0.2g,Nm?以下;能除去粒度在0.01~100μm间的尘粒。设备生产能力大)适应性广)阻力小。
由以上各种除尘设备的特点及其优点，本流程选用旋风除尘器和热点除尘器并用以达到既经济，除尘效果又好。
3.3 净化设备
在炉气的湿法净化中，常用的设备有空塔)填料塔)泡沫塔)文丘里洗涤器)间接冷凝器及电除雾器等。
3.3.1 空塔
空塔主要用作炉气洗涤的第一塔。它具有操作稳定)适应性强等特点，在大型制酸
9
装置中应用甚多。空塔在结构上具有塔内部砌拱和不砌拱两种形式。塔的外壳多为焊接钢板，内衬3~5mm铅板或耐酸陶制材料，亦可用其他抗腐蚀材料，加石墨聚异丁烯石棉酚醛塑料等。
空塔除尘效率与矿尘的性质和喷淋密度有关，一般约为60%~75%。空塔的容积，除了由生产负荷决定外，还与气流速有关。过去的制酸装置大多采用0.7~1m?s的气速，这样塔的体积比较。为提高塔的生产强度，新建装置空塔气速有所提高。
3.3.2 泡沫塔
泡沫塔常作为炉气的第二级洗涤设备，亦可用于气液吸收装置。泡沫塔在结构上分为琳降式和溢流式两种那个。塔的外形通常为圆形，也可以制成矩形。
淋降式泡沫塔的筛孔有条形)圆形等。与溢流式比较，前者筛面上成形的泡沫层薄，压力降小，筛板上无溢流装置，提高了板面利用率。缺点是传质情况差)操作弹性小，不易适应气速的波动。
筛孔的中兴距与孔直径之比，通常以2~2.5为宜。过小时，压力降虽低，但液体的泄露量较大，降低传质传热效率。塔板的自由截面应根据筛孔排列方式，所取孔数大小
以及处理介质的性质来决定，一般取10%~25%。
3.3.3 文丘里洗涤器
文丘里洗涤器有两种结构形式;文丘里洗涤器采用了高气速，使洗涤液雾化而大大的提高了净化效率。因此具有设备小)效益高)结构简单)操作方便)洗涤液用量少等优点。用于炉气净化，具有洗涤)降温)除雾等多种功效。但也有压力降大)对材料要求较高等问题。
由上所述，净化流程的设备选取为文丘里洗涤器)间接冷凝器和电除雾器相配合使用。
3.4 干燥设备
炉气经过除尘除杂和除雾之后，再经干燥以除去炉气中的水分。主要的干燥设备是填料塔。
填料塔不仅广泛应用于炉气的干燥，亦广泛应用于炉气的洗涤和SO的吸收过程3中。它具有操作稳定)压降低)对生产负荷变化的适应性强等优点，尤适于腐蚀性介质及低阻力条件下，可在大范围内选择结构材料。
干燥塔上部分为进酸口及酸分布装置，中部为填料层，下部为锦旗口及分气装置，分气装置可以用耐酸材料(如耐酸砖)鞍山岩等)砌成的拱形格栅，上面放板作为填料的支架，亦可以直接放置尺寸较大的瓷杯，瓷杯直径由下往上逐渐减小，在有些干燥塔的顶部还有捕沫层。
影响填料塔效能的因素，除了塔本身的结构及操作管理等因素外，选择良好的填料也至关重要。目前，硫酸厂使用的填料种类很多，应根据实际生产情况进行选择。因此，此流程的干燥设备也选取为填料塔。
3.5 二氧化硫催化氧化段设备
10
二氧化硫的催化氧化本流程采用的是两次转化两次吸收工艺。在这个工段中主要有风机)换热器)转化器和吸收塔组成。
离心式风机的性能范围广)效率高)体积小)重量轻)能与高速原动机直连。轴流式风机与离心式风机相比，其流量大压力小，一般用于大流量场合。在此流程中队流量的要求不大而需要一定的压力大小，则选取离心式风机。
由于气体在管内的压力不高，压力不大，动力消耗小等此流程的换热设备都选取固定管板式换热器。选取固定管板式换热器既经济又能能满足工艺要求。
本工艺为了能提高二氧化硫的转化率采用了两转两吸工艺，则转化器的选择需要两级转化器。
三氧化硫的吸收主要是利用塔吸收。吸收塔主要有两类，即填料塔和板式塔。填料塔的基本特点式结构简单，压力降小，传质效率高，便于采用耐腐蚀材料制造等。对于热敏性及容易发泡的物料，更显出其优越性。因此，选取填料塔为三氧化硫的吸收塔。
11
第四章 总结
通过这一次对接触法制硫酸的工艺流程的课程设计，我从中学到了许多的知识。了解了如何用书本上的理论知识和从图书馆借来的参考资料等来完成对一个工艺流程的设计，刚开始当说到要做课程设计时，都还不知从何处去入手，但按照规定的任务去做的时候，一步一步去完成课程设计时，才感觉到只要找到切入点时也不是很难，因此我认为不管遇到何种困难的问题，只要你找到这个问题的切入点，再一步一步的抽丝剥茧，这个问题就会变得简单化了。
这次我设计的是硫铁矿接触法制硫酸，在这次课程设计中，我进行了对生产原料的选择，物料流向的确定，各种设备的选择和工艺流程图的绘制等。在这次设计中，我了解到了硫酸的诸多性质和用途。
通过此次课程设计，我了解到我对标准的了解相当不够，经过这次的课程设计我学会了如何了解和掌握一种工艺流程的基本方法，要了解一种工艺流程的可行性，首先要考虑它的经济性，也就是说如果要将此工艺流程投入生产，则它投入、产出、发展状况等是决定此工艺流流程是否用于生产的决定性因素。
我认为工艺流程的完整性很重要，每一个环节出现问题都会对整个流程产生影响，因此工艺流程设计是一个精细的过程，因此从事工艺流程及相关部门的工作人员必须有一颗细心的工作作风并对工艺流程图例有详细的了解。一个工艺流程从设计到用于生产要经过详细的论证及实验，因此一个工艺流程是设计容易投产难。
通过两周的时间终于完成了课程设计，我感觉到了一个从无到有的过程，我的题目是硫铁矿接触法制硫酸，我掌握了接触法制硫酸的工艺，但我认为走向社会我们还会遇到许多类似于这样的问题，因此，我们还需要了解更多的工程实际案例。通过此次课程设计，我认为我为做毕业设计也建立了一个基础。
12
参考文献
[1] 符德学. 无机化工工艺学. 西安:西安交通大学出版社，2005.8
过程流体机械. 北京:化学工业出版社 ? 康永，张建伟，李桂水.
? 黄振人，魏新利. 过程装备成套技术，第二版. 北京:化学工业出版社 ? 郑津洋，董其伍，桑芝富. 过程设备设计，第三版. 北京:化学工业出版社 ? 熊洁羽.化工制图. 北京:化学工业出版社
13
致谢
经过这两周的查阅资料和老师们对我的细心指导，我才将这次的课程设计完成。在此，我忠心的感谢周老师)王老师和曾老师，是在他们的帮助之下我才将这次的课程设计完完整整的完成。希望他们在工作上顺心，事业上进步。
14
硫铁矿制酸工艺
第一章 概述
第一节 装置概况
某大型铜冶炼厂配套老系统硫酸装置设计生产能力为 10万吨/年, 以铜矿副产硫精矿为原料,采用氧化焙烧,干法除尘,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%稀酸外运到铜选 矿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:DCS 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。
现在建设 60万吨 /年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为 30万吨 /年,项目建成后,年产 98%工业硫酸 25万吨, 105%发烟硫酸 15万吨, 优质铁精粉 18.2万吨, 余热发电量 7800万度。 计划于 2012年 6月竣工 投产。
第二节 硫酸及硫氧化物的性质
1 硫酸的物理性质
硫酸的分子量为 98.078,分子式为 H 2SO 4。从化学意义上讲,是三氧 化硫与水的等摩尔化合物,即 SO 3·H 2O 。
在工艺技术上,硫酸是指 SO 3与 H 2O 以任何比例结合的物质,当 SO 3与 H 2O 的摩尔比≤ 1时, 称为硫酸, 它们的摩尔比﹥ 1时, 称为发烟硫酸。 硫酸的浓度有各种不同的表示方法,在工业上通常用质量百分比浓 度表示。
硫酸的主要物理性质为:
20℃时密度 g/cm3 1.8305
熔点 ℃ 10.37+0.05
沸点 ℃
100% 275+5
98.479%(最高 ) 326+5
气化潜热 (326.1℃时 ),KJ/mol 50.124
熔解热 (100%), KJ/mol 10.726
比热容 (25℃ ), J/(g k)
98.5% 1.412
99.22% 1.405
100.39% 1.394
1.1 外观特性
浓硫酸是无色透明液体, 能与水或乙醇混合, 暴露在空气中迅速吸 收空气中的水份。
发烟硫酸是无色或微有颜色的粘稠状液体, 敞口则挥发窒息性三氧 化硫烟雾。
1.2化学组成
分子量:98.08
O
分子式:H 2SO 4‖
分子结构: HO- S -OH
‖
O
1.3密度
100%H2SO 4在 20℃时的密度为 1.8305g/cm3,同一温度下,硫酸溶液 的密度首先随它的浓度增加而增加,当浓度达到 98.3%时其密度达到最 大值。 当酸浓由 98.3%到 100%, 随酸浓增大而下降, 当为 100%浓度时, 出现密度的最小值(附表于后) 。
发烟硫酸的密度随其中游离的 SO3含量的增加而增加,达到 62%时 密度为最大,以后随 SO3含量增加密度减小,直到 100%液体 SO 3。 (附表 于后)
随着温度的升高,硫酸密度减小、体积增大,硫酸密度于是成为函 数变量,其密度与浓度的关系见附表。
表 1-1:硫酸溶液的密度(20℃时)
表 1-2硫酸密度与温度的关系
图 1-1 SO3水溶液在 40℃时的密度变化趋势图
密度 g/cm3
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8
0 20 40 60 80 100 120 40 60 80 100
硫酸浓度%H 2SO 4。 发烟硫酸浓度% SO3游离
1.4粘度
硫酸的粘度随温度的升高而降低。 硫酸溶液与发烟硫酸的粘度随 其浓度增加而升高,随温度提高而降低。
表 1-3 硫酸粘度与温度的关系数据
1.5结晶温度
硫酸溶液的结晶温度随硫酸含量的不同而在一个较大的范围内 波动。 由于硫酸的结晶湿度随其浓度的不同有很大变化, 为储存和运 输方便, 避免在冬季冻结或结晶, 商品硫酸的浓度都规定为结晶浓度 低的浓度 , 如化工公司的主产品硫酸为 98%酸,其结晶浓度为 -0.7 ℃ 左右。
表 1-4 不同浓度硫酸结晶温度
1.6 二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
二氧化硫在同一浓度的硫酸中其溶解度随温度的升高而降低。 在 不同浓度的硫酸中随浓度增高而降低,直到硫酸浓度 83.3%最低。此 后,酸浓增加时,则二氧化硫溶解度又逐渐增加。
表 1-5二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
1.7 三氧化硫和水混合热
硫酸溶解于水释放的热量称为溶解热。 硫酸溶解于水, 也可看作 被水稀释, 从这个意义上讲, 这一过程产生的热效应也可称为稀释热。 可以利用积分溶解热和微分溶解热计算硫酸稀释过程的热效应。在 25℃条件下,将 1 kgH2SO 4溶解于 n kg水中,生成 (n+1)kg 浓度为 C 的溶液,此过程放出的热量称为 C 浓度 H 2SO 4的积分溶解热。微分溶 解热是指将 1kg 水加到无限多浓度为 C 的硫酸中所放出的热量。 由于 硫酸的数量为无限多,加水后,可以认为其浓度不变。三氧化硫和水 混合时,放出热量。此热效应称为三氧化硫和水的混合热。它与生成 硫酸的浓度, 混合温度有关。 硫酸越稀, 混合热越大。 混合温度越高, 混合热越大。
表 1-6 三氧化硫和水的混合热 单位:kJ /mol SO3
2硫酸的化学性质
硫酸是一种强酸。作为二元酸,它有中性盐(硫酸盐)和酸式盐 (硫酸氢盐) 。
硫铁矿制酸工艺
错误！未找到索引项。
第一章 概述 ..................................................................................................................... 1
第一节 装置概况......................................................................................................................... 1 第二节 硫酸及硫氧化物的性质 ................................................................................................. 2 第三节 工艺流程及其控制特点 ............................................................................................... 14
第二章 硫铁矿制酸主要工艺原理 ............................................................................. 23
第一节 沸腾焙烧工艺原理 ..................................................................................................... 23 第二节 炉气净化工艺原理 ..................................................................................................... 31 第三节 三氧化硫吸收工艺原理 ............................................................................................. 40 第四节 二氧化硫转化的工艺原理 ......................................................................................... 47 第五节 循环水工艺原理 ......................................................................................................... 50
第一章 概述
第一节 装置概况
江西铜业集团化工有限公司老系统硫酸装置设计生产能力为10万吨／年，以德兴铜矿副产硫精矿为原料，采用氧化焙烧，干法除尘，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：DCS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。
现在建设的江西铜业（德兴）60万吨/年硫铁矿循环经济项目一期工程规模为30万吨/年，项目建成后，年产98%工业硫酸25万吨，105%发烟硫酸15万吨，优质铁精粉18.2万吨，余热发电量7800万度。计划于2012年6月竣工投产。 第二节 硫酸及硫氧化物的性质 1 硫酸的物理性质
硫酸的分子量为98.078，分子式为H2SO4。从化学意义上讲，是三氧化硫与水的等摩尔化合物，即SO3·H2O。
在工艺技术上，硫酸是指SO3与H2O以任何比例结合的物质，当SO3
与H2O的摩尔比≤1时，称为硫酸，它们的摩尔比﹥1时，称为发烟硫酸。
硫酸的浓度有各种不同的表示方法，在工业上通常用质量百分比浓度表示。
硫酸的主要物理性质为：
20℃时密度 g/cm3 1.8305 熔点 ℃ 10.37+0.05 沸点 ℃ 100% 98.479%(最高) 气化潜热(326.1℃时),KJ/mol 50.124 熔解热(100%), KJ/mol 10.726 比热容(25℃), J/(g k)
98.5% 1.412 99.22% 1.405 100.39% 1.394 1.1 外观特性
浓硫酸是无色透明液体，能与水或乙醇混合，暴露在空气中迅速吸收空气中的水份。
发烟硫酸是无色或微有颜色的粘稠状液体，敞口则挥发窒息性三氧化硫烟雾。 1.2化学组成
分子量：98.08
O
分子式：H2SO4 ‖
分子结构： HO－ S －OH
‖ O
1.3密度
100%H2SO4在20℃时的密度为1.8305g/cm3，同一温度下，硫酸溶液的密度首先随它的浓度增加而增加，当浓度达到98.3％时其密度达到最大值。当酸浓由98.3％到100％，随酸浓增大而下降，当为100%浓度时，出现密度的最小值（附表于后）。
发烟硫酸的密度随其中游离的SO3含量的增加而增加，达到62％时密度为最大，以后随SO3含量增加密度减小，直到100%液体SO3。（附表于后）
随着温度的升高，硫酸密度减小、体积增大，硫酸密度于是成为函数变量，其密度与浓度的关系见附表。
表1-1：硫酸溶液的密度（20℃时）
表1-2硫酸密度与温度的关系
图1-1 SO3水溶液在40℃时的密度变化趋势图
密度 g/cm3 2.2
2.0 1.8
1.6 1.4 1.2 1.0 0.8
0 20 40 60 80 100 120 40 60 80 100
硫酸浓度％H2SO4。 发烟硫酸浓度％ SO3游离
1.4粘度
硫酸的粘度随温度的升高而降低。硫酸溶液与发烟硫酸的粘度随其浓度增加而升高，随温度提高而降低。
表1-3 硫酸粘度与温度的关系数据
1.5结晶温度
硫酸溶液的结晶温度随硫酸含量的不同而在一个较大的范围内波动。由于硫酸的结晶湿度随其浓度的不同有很大变化，为储存和运输方便，避免在冬季冻结或结晶，商品硫酸的浓度都规定为结晶浓度低的浓度,如化工公司的主产品硫酸为98%酸，其结晶浓度为-0.7 ℃左右。
1.6 二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
二氧化硫在同一浓度的硫酸中其溶解度随温度的升高而降低。在不同浓度的硫酸中随浓度增高而降低，直到硫酸浓度83.3%最低。此后，酸浓增加时，则二氧化硫溶解度又逐渐增加。
表1-5二氧化硫在硫酸及发烟硫酸中的溶解度
1.7 三氧化硫和水混合热
硫酸溶解于水释放的热量称为溶解热。硫酸溶解于水，也可看作被水稀释，从这个意义上讲，这一过程产生的热效应也可称为稀释热。可以利用积分溶解热和微分溶解热计算硫酸稀释过程的热效应。在25℃条件下，将1 kgH2SO4溶解于n kg水中，生成(n＋1)kg浓度为C的溶液，此过程放出的热量称为C浓度H2SO4 的积分溶解热。微分溶解热是指将1kg水加到无限多浓度为C的硫酸中所放出的热量。由于硫酸的数量为无限多，加水后，可以认为其浓度不变。三氧化硫和水混合时，放出热量。此热效应称为三氧化硫和水的混合热。它与
生成硫酸的浓度，混合温度有关。硫酸越稀，混合热越大。混合温度越高，混合热越大。
表1-6 三氧化硫和水的混合热 单位：kJ／mol SO3
2硫酸的化学性质
硫酸是一种强酸。作为二元酸，它有中性盐（硫酸盐）和酸式盐（硫酸氢盐）。
硫酸中的硫原子具有最高原子价+6价，由于硫的原子价趋向于降低，所以硫酸具有氧化剂的性质。同时，依还原剂的不同，硫酸可以还原到SO2、S和H2S。根据硫酸浓度的不同，在生成ZnSO4的同时，或者生成SO2，或者S，或者H2S。浓硫酸与碳反应时，碳被氧化为CO2, H2SO4被还原为SO2。H2SO4与元素硫反应时，H2SO4被还原为SO2，元素硫也被氧化为SO2。
稀硫酸中的硫原子通常不具有强烈的氧化性。稀硫酸只能氧化按电动序排列在氢左面的金属。例如，稀硫酸与锌反应，生成硫酸锌和氢。在这个反应中，锌是依靠氢离子的还原而氧化的，不是依靠硫原子价的改变。
浓硫酸的强脱水剂，对于有机物和人的皮肤有强烈的破坏使用。 浓硫酸与硝酸混合，组成硝化剂，广泛应用于有机化合物的硝化衍生物，广泛用于炸药、医药、染料和食品等工业生产。
浓硫酸与发烟硫酸、三氧化氯磺酸都是磺化剂，它们可以反磺酸基引入有机化合物。许多种医药、农药和染料的生产都是基于芳香族有机化合物的磺化。
2.1与金属反应，生成该金属的硫酸盐，故而硫酸对金属具有强烈的腐蚀性。
Zn十H2SO4＝ZnSO4十H2 Fe十H2SO4＝FeSO4十H2
2.2与金属氧化物直接作用，生成该金属盐，利用此法可以制取相应的金属盐。
Fe2O3十3 H2SO4＝Fe2（SO4）3十3H2O CuO十H2SO4＝CuSO4十H2O 2.3与其他酸类的盐相互作用，生成新的酸类 2NaCl十H2SO4＝NaSO 4十2HCl Ca3(PO4)十H2SO4=2H3PO 4十3CaSO4 2.4与氨作用，生成硫酸铵
2NH3十H2SO4=（NH4）2SO4 2.5与有机化合物反应。如磺化反应
因硫酸性质活泼，故对生产过程中的设备、管道的材质要求耐腐蚀性要好，同时也考虑它们的机械强度，加工难易程度，以及耐热性等。
2.6接触法生产硫酸
以硫铁矿或硫精矿为原料，经原料处理、沸腾焙烧制取SO2、炉气净化、SO2接触氧化成SO3、SO3吸收制成浓度不同的硫酸，其主要的化学反应如下：
焙烧反应：
2FeS2＝2FeS+S2–Q （1） S2十O2＝2SO2＋Q （2）
4FeS十7O2＝4SO2十2Fe2O3十Q （3） 3FeS十5O2＝3SO2十Fe3O4十Q （4） 二氧化硫接触氧化：
SO2十1/2O2=SO3十Q （5） 三氧化硫吸收：
SO3十H2O=H2SO4十Q （6） 如果焙烧过程中床层温度低（400～450℃），氧过量则会生成硫酸盐和三氧化硫：
2FeS2十7O2＝Fe2（SO4）3十SO2 2SO2十O2=2SO3 3 硫磺物化特性
3.1硫的熔点
硫的溶点随结晶系及不同状态其溶点略有差异，一般在110.1～118.9℃
3.2硫的沸点
在9.80×104Pa压力下,硫的沸点为444.6℃。 3.3硫的燃点
硫的燃点为246～266℃。 3.4硫的一般特性
硫几乎不溶于水，但少量的溶于汽油、溴化乙烯、甲苯、丙酮等有机溶剂中。
硫在空气中有升华现象，且随温度升高加快升华速度。 硫有较强的化学活泼性，于空气中常温下即可发生较轻微的氧化现象产生二氧化硫。
当硫磺粉尘在空气中的含量≥35g/m3时，接触到火源能引起爆炸，最小引燃能量为15mJ，最大爆炸压力为27.36×104Pa。
在高温条件下，硫同氢、碳、氯等物质发生化学反应，产生H2S、CS2、S2CL2等。
硫同金属反应（除金、铂外），可直接化合成金属硫化物。
*用于粉状硫磺
4 二氧化硫的性质
二氧化硫(SO2)具有强烈刺激臭味，在常温下是无色气体。它的分子量为64.063。二氧化硫的主要物理性质如下：
冷暖温度，℃ -10.02
结晶温度，℃ -15.48
标准状态下的气体密度，g/L 2.9265
标准状态下摩尔体积，L/mol 21.891
从0到100℃ ，SO2气体的平均比热容,J/(g·K) 0.6615
液面上的蒸汽压，KPa
20℃时 330.26
50℃时 841.1389 蒸发潜热，
-10℃时 389.65
0℃时 380.08
20℃时 362.54
30℃时 353.08
在20℃的温度下，1体积的水可溶解40体积的二氧化硫并放出34.4Kj/mol的热量。随着温度的长高，二氧化硫在水中的溶解度降低。在硫酸溶液中，随着硫酸浓度的提高，二氧化硫溶解降低。当硫酸浓度为85.8%时，达到最小溶解度。随后，SO2的溶解度重新增加。
二氧化硫气体容易液化。为了使二氧化硫充分液化，将干燥的气体SO2压缩到0.405Mpa(4atm),并进行冷却.也可以使用在常压下进行低温冷冻的办法使二氧化硫气体液化.液体二氧化硫对于许多无机化合物和有机化合物都具有良好的溶解能力。
二氧化硫在化学反应中可以作为氧化剂，也可以作为还原剂，可以生成氨的络合物和过渡金属的络合物。SO2在水溶液中成为七水物SO2·7H2O。在二氧化硫的水溶液中不存在亚硫酸，但是亚硫酸氢盐含有HSO3-离子，亚硫酸盐含有SO3-离子。
当亚硫酸盐与硫一起加热时，得到硫代硫酸盐。
在催化剂存在下。SO2与氧反应，生成三氧化硫。这个反应是接触法硫酸生产的基础。
5 三氧化硫的性质
在室温和常压下未聚合的三氧化硫是液态。气态三氧化硫的分子量为80.062。三氧化硫的主要物理性质如下：
临界常数 沸点，℃ 44.8
临界温度 ℃ 218.3 密度(γ型20℃),g/cm3 1.920 临界压力 MPa 8.49 比热容，J/(g·℃)(25~30℃) 3.22
临界密度，g/cm3 0.633
气态三氧化硫冷却到沸点以下可液化成无色透明液体。
气体三氧化硫在空气中与水蒸气反应，于瞬间产生硫酸液滴悬浮于空气中而形成雾。SO3的各种聚合体与水的反应不那么强烈，在空气中形成少量烟雾，它们的碳化作用不强。液体SO3可以以任何比例与液体SO2混合。固体SO3溶解于液体二氧化硫中，不与SO2生成化学化合物。SO3与H2SO4可以以任何比例相混合。
三氧化硫与水的反应十分激烈，反应时放出大量反应热。三氧化硫可从动物和植物纤维中吸取水分，使它们脱水和焦化。三氧化硫是强氧化剂，在大多数氧化反应中，三氧化硫被还原为二氧化硫。三氧化硫可使有机化合物磺化，广泛用作磺化剂。三氧化硫与氯化氢反应，生成氯磺酸，用于有机合成工业和制作 烟雾剂。三氧化硫可以与硝酸以任何比例混合。三氧化硫与碱及碱式盐发生强烈反应，生成盐类。三氧化硫与氨反应，生成固体混合物，含有氨基磺酸、氨基磺酸盐等，用于制皂工业和锅炉除垢。
6产品规格
工业硫酸按国家标准GB534-2002符合下列要求
7 硫酸主要用途 7.1化学工业上是制造化学肥料、无机盐、合成纤维、染料、医药和食品工业的原料；
7.2石油化工行业用于精制石油产品；
7.3国防工业上用于制造炸药、毒物、发烟剂等；
7.4冶炼工业上用于冶炼烟气酸洗；
7.5在纺织行业用于印染和漂白等。
第三节 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、―3＋1‖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―3＋1‖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。
(4) 采用96％酸干燥炉气，98％酸吸收SO3。
(5) 采用中温吸收，以抑制雾粒的形成并增大雾粒粒径以便除雾。
(6) 沸腾炉出口设置废热锅炉，回收废热产中压过热蒸汽用于发电。
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。
硫铁矿以及有色金属伴生副产的硫精砂是我国的主要硫资源，国内硫酸生产原来一直以硫铁矿为主。
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。
沸腾炉出口炉气SO2浓度~13%，温度约950℃。该炉气经废热锅炉后，温度降至~340℃，废热锅炉产生的中压过热蒸汽，供凝汽式汽轮发电机组发电。从废热锅炉出来的炉气进旋风除尘器、电除尘器进一步除尘，出电除尘器的炉气温度~320℃，含尘量
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。
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
分离塔为塔、槽一体结构，采用绝热蒸发，循环酸系统不设冷却器，热量由后面的冷却塔稀酸冷却器带走。分离塔淋洒酸出塔后，经斜管沉降器沉降，清液回增湿塔塔底的循环槽，进入动力波循环系统循环使用，一部分循环液通过分离塔循环泵打入脱气塔，经脱吸后的清液通过脱气塔循环泵全部送入干吸工段作为工艺补充水。斜管沉降器沉降下来的污泥，排入酸沟，可用石灰中和处理后采用料浆泵送至焙烧工段增湿滚筒与热矿渣混合。
冷却塔也为塔、槽一体结构，淋洒酸从冷却塔塔底循环槽流出，通过冷却塔循环泵打入冷却塔循环使用。增多的循环酸串入增湿塔循环系统，整个净化系统热量由稀酸冷却器带走。
在生产中，考虑到因突然停电造成高温炉气影响净化设备，本项目设计中在动力波上方设置了紧急事故用水阀，通过分离塔出口气温与动力波紧急事故用水阀联锁来保护下游设备和管道。
烟气净化采用稀酸洗涤绝热蒸发冷却，部分排放工艺，采用一级动力波洗涤，其烟气净化流程为：焙烧工序出口烟气—一级动力波洗涤器—填料冷却塔—一级电除雾器—二级电除雾器。净化系统热量由填料冷却塔循环酸泵出口设置的稀酸板式冷却器移走；为防止烟尘在洗涤循环酸中的富集，而影响烟气冷却净化效果，在一级动力波循环酸泵出口抽出部分循环酸进入斜板管沉降器，进行固液分离，上清液部分通过S02脱吸后送污水处理工序，部分返回一级动力波洗涤器循
环使用。
动力波烟气净化工艺的特点：
（1）采用一级动力波设备可以获得比空塔设备更高的效率，而且 投资费用较空塔少。
（2）允许入口烟尘量高：由于该洗涤器对粒子的捕集率与粒度的 关系曲线较其它洗涤器平坦，因此可有效地进行分级洗涤，故可以较低的能量费用获得较高的效率。
（3）允许气量波动范围大，可在50~100％之间变化，对总的除尘效率不产生影响。
（4）喷咀采用一个大开孔的喷咀将液体喷入气体之中，这样循环 液可在较高的含固量下运行喷咀不会被堵塞（据加拿大英坷冶炼厂介绍循环液中含固浓度达25％），由于循环液固体含量较高，故液体排放量可相应减少，这样污酸处理装置的负荷可以减轻。
（5）开孔喷咀的另一优点是喷出的液体不发生雾化，因此排气中 就不含细小的液体。因为这种细小的液滴使得气一液难以分离，故杂质可随烟气排出。相应利用开孔喷咀喷液洗涤烟气的过程酸雾量的生成量较常规烟气净化流程少，这对电除雾器的负荷也可减少。 由上可知这种洗涤原理的独特之处在于不但充分有效地利用了气相能量，而且有效地利用了液相能量来形成接触界面，从而达到高效捕集细粒，同时达到传热传质的目的。离开填料气体冷却塔的气体依次通过第Ⅰ区和第Ⅱ区管式电除雾器。以除去气体中的酸雾、尘、砷等杂质。
每一台电除雾器基本上由带气体进、出连接管的壳体，带支承的放电系统和收集管组成。放电系统借助于绝缘子在壳体的上部支承，绝缘子用热空气吹扫并放置在金属壳内以防止意外和偶然的接触。
放电极悬挂于框架的上部，借助底框架分隔，底框架由侧向紧固的绝缘子固定。 在必要时清洗，所需的清洗液由消防水进行清洗。 废酸贮槽安装在地坑里，收集来自净化工段的废酸以及在净化工序的任何溢出酸、泄漏物或冲洗液。并用废酸输送泵送回到动力波系统或进行处理或进行回收利用。
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。
第一吸收塔和第二吸收塔均为填料塔，第一吸收塔和第二吸收塔
共用一个酸循环槽，淋洒酸浓度为98%，吸收SO3后的酸自塔底流入吸收塔循环槽混合，加水调节酸浓至98%，然后经吸收塔循环泵打入吸收塔酸冷却器冷却后，进入吸收塔循环使用。增多的98%硫酸，一部分串入干燥塔循环槽，一部分作为成品酸经过成品酸冷却器冷却后直接输入成品酸贮罐。采用低位高效干吸工艺技术，采用一级干燥、二级吸收、循环酸泵后冷却工艺与双接触转化工艺相对应。
干燥塔采用96％硫酸干燥，单独设置循环槽，第一吸收塔，第二吸收塔采用98％硫酸吸收，共用一个循环槽，循环槽为卧式槽。 循环酸的冷却采用316L不锈钢管壳式阳极保护冷却器，干燥循环酸冷却设置一台，一吸收、二吸收循环酸冷却设置—台。
干吸工艺的主要特点：
（1）低位高效
塔的操作气速、喷淋密度较国内生产数据提高，而填料高度比国内生产实际低 2-3m，设备配置相应比国内常规低2-3m，塔内分酸点增多，并设置高效捕沫器。
（2）串酸方式的设计，省去了成品酸脱吸系统，同时减少了尾气 排放中的S02浓度。
即干燥向一吸串酸为：干燥泵出口的浓酸冷却器前一→一吸塔入酸管道。串酸量由干燥泵槽液位控制。
吸收向干燥串酸为：吸收泵出口浓酸冷却器后→干燥泵槽。串酸量由干燥酸浓度控制。
成品酸产出：二吸塔出酸管产酸→中间成品槽→泵→成品酸冷却
器→酸库。
（3）采用卧式泵槽与蝶型底干吸塔相配，出塔酸由泵槽封头底部进入槽内，正常生产时塔底不存酸，事故停车时可相应利用塔底贮存 部分酸，这样一则相配的泵槽容积可减少，二则槽底进酸不会冲击内衬磁砖，三则内衬磁砖受力均匀，四则节省造价。
（4）泵槽加水型式的设计，使混酸更为均匀，减轻设备的腐蚀。
（5）浓酸冷却器的设置设计，配置于泵后，提高了传热效果，使换热面积相应减少，酸管道可缩短，降低工程造价。
（6）干吸塔分酸装置设计拟采用管式分酸装置，增加分酸点，使 酸分布均匀，进而提高干吸效果。
（7）干吸塔捕沫器设计，为减少干吸塔酸沫的带出，减轻对S02主鼓风机及转化系统冷热交换器的腐蚀，减少最终吸收塔出口尾气酸雾量，干燥塔、二吸塔采用丝网除沫器，一吸收塔采用纤维除沫器。
（8）干吸塔底及填料支承装置设计，为加强气体的分布，减少塔的阻力，尽量避免塔底存酸腐蚀，干吸塔的结构采用蝶型底球拱或者条梁的结构型式。
5 转化工序
经干燥塔金属丝网除沫器除沫后，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。
为了调节各段催化剂层的进口温度，设置了必要的副线和阀门。为了系统的升温预热方便，在转化器一段和四段进口设置了两台电炉。
转化工序的主要特点：
（1）为了提高总转化率，减少尾气排放的S02量，提高烟气中的 硫利用率，应用3+1式双接触转化，转化烟气换热流程采用Ⅲ I—ⅥII流程。
（2）换热器采用空心环管壳式换热器，这比传统的单园缺型折流 板式换热器具有更高的传热系数和更低的阻力降。
（3）转化工序生产和停产检修加热空气利用第二吸收塔出口的热 烟气循环使用，利用其中一部分余热，以利节省燃料。
（4）转化工段配管设计，根据不同的情况，不同的部位设置伸缩节，支架、不同的管托和拉杆结构，使设备管道布置紧凑，管道系统弹性较好，不因热胀冷缩拉裂而漏气。
（5）转化器内充填触媒，为确保S02的环保排放指标，二氧化硫转化率要控制在99.8%以上，从国外引进低温钒催化剂。
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）。
再生剂采用盐酸及氢氧化钠溶液，酸碱废水排至硫酸装置外污水处理站。
脱盐水送至锅炉给水除氧器用低压蒸汽进一步加热到105℃进行除氧，由锅炉给水泵加压，一路经过省煤器后，给水温度升高到150℃左右，然后分别送至废热锅炉的汽包。另一路给水供给高温过热器两级之间的喷水减温器。
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。
由锅炉产生的3.82MPa 450℃中压蒸汽14t/h经过主蒸汽管道送至发电厂房。由于其它装置没有用汽需求，所以采用3000kW凝汽式发电机组，14t/h中压过热蒸汽可发电2941kw.h。除氧器用汽由汽轮机供除氧器用汽抽汽口供给。
为了保护炉水和蒸汽的品质，本工段配备了一套炉水加药装置以控制水质。
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。
8 主要技术经济指标
第二章 硫铁矿制酸主要工艺原理
第一节 沸腾焙烧工艺原理
一、对原料的要求及沸腾焙烧工艺优点
1、我厂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(ù)占98.2%。硫精砂水分含量(ù)偏高约10%。品位高，含有效S(ù)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；（5）结构简单，建造容易；（6）操作简单，易于全部自动化。
二、焙烧反应基本原理
1、硫铁矿焙烧主要化学反应
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。
2、影响硫铁矿烧出率的主要因素
硫铁矿在炉内烧得透不透，是以烧出率这个指标来衡量的。烧出率是指矿石中所含的硫被烧出来的百分率。
在炉内矿石停留时间一定的条件下，燃烧过程的速度越快，矿石的硫分就烧得越完全，烧出率就越高。影响硫铁矿燃烧速度的因素主要为温度和矿石粒度。
（1）、温度
温度对硫铁矿的燃烧速度影响很大，二硫化铁的分解反应在
600℃以下进行得很慢，600℃以上逐渐加快，温度越高，分解越快。 二硫化铁分解出来的硫和一硫化铁随即与周围空气中的氧进行燃烧，其中硫的着火温度为248-261℃，因此，只要周围有充足的氧气，在不很高的温度条件下，它就可以燃烧得比较完全。而一硫化铁燃烧的反应速度则受温度影响较大。从理论上说，当硫铁矿达到某一温度即其着火点时，就开始燃烧。各种硫铁矿石的着火点要看它的成分、特性以及粒度大小而定。据研究，普通硫铁矿的着火点为402℃，
磁硫铁矿为420℃。但是，在实际操作中，为了保证矿石有足够的燃烧速度（在低于矿石熔点的条件下，温度越高，它的燃烧速度越快），需要的炉温比矿石的着火点要高得多。生产实践表明，当炉温超过850℃时，一硫化铁燃烧反应才能进行得比较完全，矿渣残硫一般都能达到0.5%以下，900℃以上，残硫可达0.1-0.3%。如果炉温低于800℃，矿渣残硫便会增高。矿尘虽然粒度很小，容易燃烧，但因为它在炉内的停留时间通常只有几秒到十几秒钟，较矿渣的停留时间短得多，所以矿尘的残硫更高。为了保证有较高的烧出率，炉温至少应维持在850℃以上，900-950℃更有利，但太高则有使矿渣熔结的危险。
（2）、矿石粒度
硫铁矿的分解速度虽然与矿石粒度大小无关，但分解生成的一硫化铁的燃烧速度却与矿石的粒度有很大关系。因为一硫化铁的燃烧是一非均相过程，其燃烧速度除了受温度影响外，很大程度上取决于气固相间接触表面的大小，而接触表面的大小又取决于矿石粒度的大小。矿石粒度越小，单位重量矿石的接触表面越大，空气污染中的氧就能充分与矿粒表面接触，并易于达到矿粒的内部，生成的二氧化硫也能很快地离开，扩散到气流中去，即有较快的传递速度。如果矿石粒度过大，除减少接触面积外，在矿粒表面因燃烧反应生成的氧化铁薄膜层较厚，它阻碍氧分子向矿粒中心扩散。生成的二氧化硫也不能很快地离开，即减慢了传递速度，使在一定的停留时间内，硫铁矿中的硫来不及燃烧完全，因而排出的矿渣残硫增加。
但是，在实际生产中，并不要求矿石粒度越小越好。因为，入炉矿的粒度过小，非但增加原料破碎的工作量，而且，粒度越小，炉气带出的矿尘越多，增加净化负荷。粒度还受到沸腾炉焙烧强度的制约，粒度越小，炉的焙烧强度越低，其生产能力亦相应降低。如前所述，对于普通硫铁矿，粒度一般不大于3.5毫米筛孔即可。
我厂焙烧原料硫精砂是选矿副产品，粒度细（附粒度分布表）一
硫化铁易烧出，残硫一般为0.2%左右。
三、沸腾炉的结构原理
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，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。
为了保证沸腾层内的温度条件，矿石焙烧所放出的反应热，除了一部分被炉气和矿渣带出外，多余的热量必须在焙烧过程中随时除
去。在硫酸厂生产中，通常在相应沸腾层高度的炉壁上设置冷却水箱，以除去余热。
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，其目的是向炉内补充空气而使矿灰和单质硫在空间加速燃烧。
四、沸腾炉操作原理
1、温度
沸腾炉温度的特点就是床层温度的均匀性。由于沸腾层内各点的温差不大，而且只要局部条件改变，都可以调节整个床层温度的作用，控制比较容易。影响因素：
（1）、硫分影响
硫铁矿燃烧发热量129CskJ/kg标硫。一般来讲，投入炉内原料中硫分增多，反应热增加，炉温上升。但在沸腾炉内常常会有两种反应过程：一种是在过剩空气充裕的条件下，生成Fe2O3红色渣反应，这一反应完全，当增加硫分时炉温会上升。另一种是过剩空气不足时，生成Fe3O4黑渣反应，这一反应常伴有一部分FeS生成，这时多投矿增加炉内硫分，燃烧反应不完全，一部分FeS2分解成FeS，需要吸收热量，因而炉温不仅不会上升反而会下降。在这种情况下，一旦遇到原料供应中断炉内氧过剩，大量Fe3O4和FeS被氧化，将可使温度骤升，如控制不当，便能造成高温结疤事故。可用增减矿量调节。
（2）、风量
尤其在炉内焙烧反应不完全，炉渣大部呈Fe3O4状态时，增加风量，使反应热量增加，可使温度显著升高。如果炉内大部分已烧成Fe2O3反应较完全，则这时增加风量，炉温不仅不会上升反而会下降。为了保证炉内良好的沸腾条件，一般风量变动的范围并不是很大，而风量
同炉内粒度的关系比它同温度的关系密切，因此操作上常常先抓主要矛盾，不轻易的随便去改变风量与炉料粒度间的平衡，所以多不采用调节风量来控制温度。
正常操作应注意四点：
（1）在炉内反应不完全时，也就是大部分呈Fe3O4黑渣时，不要随便减少风量。因为减少风量，不仅会造成炉内焙烧反应更差，而且往往随着炉温下降，气流线速度敢将进一步降低，搞不好很容易造成炉内堆积或结疤，必须防止。
（2）当炉内呈Fe2O3红渣状态时，就不宜再增加风量，如果这时再开大风量，炉温不仅不会上升而且将降低炉气SO2浓度，炉内平均粒度增粗，尔后减少风量时，就可能会造成炉内粗粒沉底，产生冷灰。
（3）当炉温骤然升高时，一般不要开风或关风。开风，炉温还会增高，关风，炉内物料会结团，粒度增粗，严重时会―冰结‖结疤而造成事故，一般须待温度正常后再作调节。
（4）冷却介质影响：无论采用简接冷却装置还是采用汽化冷却设备，它的目的是在沸腾层内利用水或蒸汽介质将炉内多余的热量除去，借以维持一定的炉温。但操作中用它来调节炉温效果不大。但直接向炉内喷水，炉温显著降低。
2、炉底压力，
主要考虑分布皿器和沸腾层的阻力。沸腾层阻力大小决定于静止料层的厚度和它的堆积重度。但同炉内流速无关。事实上流速的高低只能改变炉内沸腾层的空隙率和它膨胀比，并不能使料层阻力变化。
（1）在炉料良好沸腾的范围内，风量大小虽不能决定沸腾层阻力的多少，当加大风量的时候，炉底压力立即上升到某一个值，然后逐步下降。在开风时炉底压力上升，主要是分布皿和炉内总阻力是随气速增加而增大的缘故。但开风后它可以使沸腾层高度增加，或者说使膨胀比R增大。这样必然使溢流排渣量增多，从而影响炉内料层厚度
降低，随之下降到某个值，然后再使床层阻力慢慢上升。但炉子产生冷灰的情况下要反其道行之，主要考虑气体带出细灰量的多少了。
（2）增加炉内的投矿量，也就是相当于增加炉内料层厚度，会使炉底压力升高，相反时也一样。但是炉内矿渣是大红色，且较粗，这时若增加投矿量，由于炉温增高，硫分的增加，矿渣流动性能变好，排渣量自行增大，炉底压力反会下降。
（3）采用调节排渣口高度的方法，可以达到控制炉内料层厚度的目的，从而来掌握炉底压力的高低。
如果用控制出渣量的办法来调节，也就是采用间断排渣的方法来掌握炉底压力也是可以的，其负作用有①易造成炉子操作波动，破坏正常操作条件。②使操作者对炉子运行情况失去连续性的预调，因为排渣情况与操作控制密切有关。
（4） 炉底压力，照理论上分析并不需要维持很高，因为当炉内料层厚度达200-300mm时就可形成正常的沸腾条件，即沸腾层高度大致可达400-500mm，然而实际操作中维持的条件远较此值为大。因为：
a、沸腾层高一些，容易使沸腾状况稳定，便于操作控制。
b、炉内热容量大，对温度调节和余热利用有利。
c、矿料入炉较平稳，尤其大多采用集中进料的情况，它不会使炉内粒度在瞬间内起较大变化。
d、对生产条件改变，如负荷的变化或原料品位、水分变化时，适应性强，不易发生原料堆积事故。
e、当有部分空气分布装置损坏时（如少数风帽烧坏或堵塞）它仍可维持较平稳的运行，不致影响生产。副作用有：
①从气泡通过料层的运动来看，气泡厚度随着料层高度增加而增厚，小气泡在上升过程中逐步汇合成大气泡，故随料层增厚，由气泡产生和崩裂所引起的压降脉动增大，物料分层现象加重，从而影响料层的均匀混合。
②随着料层增厚，动力消耗增加。
3、炉气SO2浓度
沸腾炉出口SO2浓度的高低，决定于炉内的硫量与空气量。具体如下：
（1）、SO2浓度高低常常反应出炉内焙烧反应过程情况，通常反应生成红色矿渣Fe2O3时，炉气中SO2浓度是不会很高的，而生成黑气Fe3O4矿渣时，则炉内SO2浓度就不会很低。如果焙烧过程中控制一定的空气量，进行高负荷运行。那么原则上可接近理论最高SO2浓度数值。
（2）、采用21%的含氧空气焙烧。炉气随SO2升高，O2含量下降。因此可利用氧浓来控制SO2气浓。
（3）、大部分S分焙烧转变为SO2，但炉内含少量过剩O2，加上矿渣起催化作用，会产生少量SO3，而SO3随SO2上升而下降。
（4）、随着炉气中SO2浓度升高，虽然SO3下降，但由于过剩O2减少，会产生升华硫，带入后续系统，造成不良后果，一般控SO2浓度为12.5-13.5%。
（5）、SO2浓度高低多用调节矿量来控制。
（6）、如炉出口矿灰呈黑色，炉底渣呈红色，可开大二次风减少炉底风。
4、高硫矿的操作
它的特点是发热量大，反应温度容易升高，加料量少。通常，它的风量调节要特别注意，不宜开得过大并掌握好炉内平均粒度的变化和压力的控制，如果不注意往往易将炉内料层吹薄，从而影响流化质量。这是使用富矿操作中的主要矛盾在高强度的扩散炉内使用富矿，往往上部温度很高，尤其开用二次风时，大量细矿粉在上部空间悬浮焙烧，使温度高达1000℃以上，加重了炉顶结构和炉气冷却的负荷，影响其寿命。通常适当调节二次风与炉底风量比，但会使沸腾层温度
升高，调节不好，强度会有所降低。也可采用掺拌部分矿渣，降低原料含硫量。
5、注意事项
（1）、炉内负压过大，炉底压力不易升高，不宜开大炉底风，应先设法把系统抽气量减小。
（2）、炉内喷水，由于炉气体积增大，易出现正压，有时水箱漏水或锅炉管局部泄漏也会造成正压。
（3）、炉温一般与SO2气浓成正比。
（4）、炉内维持黑渣操作，生产负荷较大，这时遇原料供应中断，炉温会出现剧升，炉底压力可能迅速下降，这时要迅速采用临时措施，向炉内喷水，把温度降下来，一定要等到水量逐渐减小，温度下降到900℃才可减风或停炉，并把喷水关死。
（5）、遇到复杂情况一时难以掌握，譬如原料突然改变配比，含硫量与粒度相差很大，通常风量开大一些，矿减一些（如果炉底压力不低的话）等排渣颜色变红（棕红）再逐步调节风量矿量。
（6）、降负荷时要先减矿再减风。
第二节 炉气净化工艺原理
一、炉气净化目的
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： 空塔入口含尘量的多少取决于电收尘器工况的好坏。通常在1～2g/N3M左右。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。
三氧化二砷能在催化剂表面生成不挥发的五氧化二砷（AS2O3），覆盖催化剂表面使转化率降低。在温度低于550℃时，催化剂被砷饱和后，转化率下降到某一水平时继续通入含砷的炉气，转化率就不再继续下降。当温度高于550℃时，砷的氧化物则与五氧化二钒生成挥发性的化合物V2O5As2O5，使催化剂中的钒含量降低。挥发物在后面几段催化剂层中凝结下来，形成黑色硬壳，使阻力增大，转化率显著下降。砷进入成品酸会使硫酸在工业上的应用范围受到限制。
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。（3）三氧化硫会与水蒸汽结合成硫酸蒸汽，在换热降温过程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸雾，酸雾不易被捕集，会随尾气排出，不但使硫的损失增大。更严重的是污染了环境。（4）水份进入转化器，使催化剂粉化，阻力上升。因此，在实际生产中控制水份指标比控制酸雾指标更加重要。
5、三氧化硫。炉气中的三氧化硫一般在0.3%左右。随着炉气温度的降低，三氧化硫会与水蒸汽结合生成硫酸蒸汽，继而冷凝生成酸雾。首先，酸雾因受机械力（惯性力和离心力等）的作用，沉积在管道及设备壁上或凝聚成较大的颗粒—酸沫，酸沫也更易凝集于管道和设备壁上，从而产生腐蚀。其次，三氧化二砷、二氧化硒、矿尘等杂质常成为酸雾雾滴的核心，与酸雾一起进入催化剂中，引起催化剂中毒或覆盖催化剂表面，使催化剂结疤、阻力增大、转化率下降。所以，在净化过程中应当尽可能把酸雾除净。
6、升华硫：硫铁矿受热分解出来的硫蒸汽，在缺氧的情况下得不到充分燃烧，部份硫蒸汽随炉气进入净化系统，经冷凝使硫蒸汽直接变成单体硫，这种硫称为升华硫。升华硫的危害性主要表现在：
（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，炉气中还有其它的一些杂质，也应尽可能除去。
二、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。
目前，我厂执行的指标如下：
水份
酸雾
空塔循环液悬浮物
三、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。
炉气净化的原则有以下三点：
（1）炉气中悬浮微粒的粒径分布很广，在净化过程中应分级逐段地进行分离，先大后小，先易后难。
（2）炉气中的悬浮微粒是以气、固、液三态存在，质量相差很大，在净化过程中应按微粒的轻重程度分别进行，要先固、液、后气（汽）体、先重后轻。
（3）对于不同大小的粒径微粒，应选择相适应的有效的设备。
四、炉气净化原理
1、在净化过程中除去炉气中的杂质
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。
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
2、酸雾的清除：使用电除雾器除去炉气中的酸雾。
3、炉气的冷却和除热
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。
温度过高，则带到干吸系统的水份过多，无法维持干吸系统的水平衡，无法生产出合格的98%硫酸。温度过低则对冷却水量、水温的要求高。
炉气降温方式分两步进行：第一步是只降温不移去热量。也就是说炉气温度虽然降下来了但热量仍存在炉气中，称为绝热蒸发冷却或绝热降温。动力波就是如此。向炉气中喷淋洗洗液（稀硫酸）使炉气温度降低，炉气所出的热量基本上用于蒸发水份，变成水蒸汽进入炉气中。在这种情况下，热量只是转变了一个形式。炉气降低了温度，提高了湿含量（增大了水蒸汽含量）、热量形式由炉气的―显热‖转变成水蒸汽的―潜热‖。这一步降温有一定限制：当炉气中的水蒸汽含量达到了完全饱和时，炉气温度就再也降不下来了。
第二步是移热降温。稀酸板式冷却器就起此作用：在此设备中喷淋大量的洗涤液（稀硫酸）使炉气中所含的水蒸汽直接冷凝到洗涤液中，在此同时，用大量的冷却水通过间接冷凝，炉气及洗涤液中的热量均被水移走，达到移热降温的目的。
4、炉气的干燥
炉气干燥过程中要考虑的因素有：
（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：
G?PH2O18? 22.4P?Pin?PH2O
式中： PH2O——在一定温度下的饱和水蒸汽压，毫米汞柱： P——大气压力，毫米汞柱；
Pin——干燥塔入口操作压力，毫米汞柱；
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。
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。
（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。
硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸汽和三氧化硫等三个组分。组分的含量通常以其蒸汽压的高低或以克/标准米3来表示。这三个组分的多少，主要与硫酸浓度和温度有关。
浓度低于85%的硫酸，在100℃以下，硫酸液面上的硫酸蒸汽和
三氧化硫很少，实际上可认为只存在水蒸汽。浓度超过85%以后，随着酸浓度的上升，硫酸蒸汽的含量逐渐增加、水蒸汽含量逐渐减少。硫酸液面上的三氧化硫要待酸浓度达94%时，温度在100℃的情况下，才有微量显示。
水蒸汽分压愈小则吸水性愈强这点来看，希望硫酸浓度愈高愈好。
硫酸浓度对水蒸汽的干燥速度也有一定影响，由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着酸浓度的增高而降低，所以酸浓度越高，干燥炉气中水份的推动力越大，干燥水份的速度也越快。若所需干燥水分数量一定，速度快就可以减少干燥塔内的填料面积。一般来说，当硫酸浓度低于93%时，所需填料面积随酸浓度的升高显著地降低。浓度高过93%以后，浓度再提高所需填料面积减少的幅度就不大了。总的看来，硫酸浓度愈高，所需填料面就愈小。
但是，硫酸浓度愈高，硫酸液面上的硫酸蒸汽分压愈高，就愈容易生成酸雾，而且生成的酸雾粒子愈小。同时温度愈高，生成的酸雾也愈多。
其次，在硫酸浓度超过93%以后，浓度愈高，温度愈低，溶解的二氧化硫就愈多，随干燥塔的循环酸一起带出的二氧化硫损失也愈大。
所以，一般把干燥炉气的酸浓确定为93%，入塔酸温在35-45℃之间。为了保证干燥效率和控制酸雾的生成量。出塔酸浓度比进塔酸浓度降低的范围一般控制在0.3-0.8%，酸温升高不超过10℃。
（3）炉气干燥塔的指标。我们规定干燥后炉气中的水份不超过0.1克/标准米3，这是因为经干燥后的炉气中残存的水份，与转化生成的三氧化硫结合成硫酸蒸汽，在进入吸收塔时生成酸雾。从炉囱可观察到，干燥后炉气中水份含量在0.1g/Nm3以下，吸收率达99.95%。尾气的颜色是很清淡的。如果水份含量增高，尽管吸收率仍然很好，吸收
塔顶排出的就是白炉。随着干燥后水份含量的增高，可能生成的酸雾量增加，露点温度升高。所以要严格控制干燥后炉气中的水份量。
五、炉气净化的基本方法
对炉气进行净化的方法有两种：
（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。
1、利用液体洗涤的炉气净化
将液体喷淋或分散成极细小的颗粒或极薄的液膜层，使之与炉气有充分接触的机会，由于惯性力，当气流冲击到液体颗粒或液膜层时，悬浮在气体中的杂质即被液体吸收着，从而与炉气分离。
炉气中的杂质受离心力和惯性力的作用，能够充分地从冷却了的和被水蒸汽所饱和了的炉气中除去。将炉气冷却至水蒸汽的冷凝温度以后，水蒸汽开始冷凝，极小的杂质微粒就会起冷凝核心的作用，这样便可使这些微粒逐渐长大，易于从炉气中分离出去。
液体洗涤炉气的设备有：空塔、填充洗涤塔、动力波洗涤器、干燥塔等。（干燥塔与填充洗涤塔的作用一致）。
（1）、动力波洗涤器原理
湿式洗涤器是以液体作为洗涤液，通过气—液两相的接触，实现气—液两相间的传热、传质等过程，以满足气体净化、冷却、增湿等要求。为了获得尽可能大的气—液两相接触面，实现气—液两相的充分接触，采用动力波洗涤器能够获得较理想的洗涤效果。动力波洗涤器的作用原理是：气体自上而下高速进入洗涤管，洗涤液通过特殊结构的喷嘴自下而上逆向喷入气流中，气液两相高速逆向对撞，当气—液两相的动量达到平衡时，形成一个高度湍动的泡沫区。气—液两相呈高速湍流接触，接触表面积大，而且这些接触表面不断地得到迅速
更新，达到高效的洗涤效果。见图1。
动力波洗涤器系一种与众不同的气体洗涤设备，它能同时完成几种气体净化任务。将洗涤液喷入气流，使洗涤液和气体的动量达到平衡，因而在气体的必经之路上产生一个泡沫区。该区为一强烈的湍动区域，其中液体表面更新很快，所以该器既能有效地脱除颗粒，又能有效地清除气态污染物。是一种造价低的急冷器。
动力波洗涤器实际上不止一种，而是有一个系列，每一种均运用泡沫洗涤，并按不同的工艺要求而专门制造。在此系列中，有两种型号的洗涤器——逆喷型和泡沫塔型，用于硫酸的气体净化上，它们均已通过了考验。我厂使用的是逆喷型洗涤器。
逆喷型洗涤器是一种环形孔板洗涤器。在此器中，洗涤液通过一个非节流的圆孔，逆着气流喷进一根竖筒中。工艺气体与洗涤液相撞击，生成的混合物沿径向甩向筒壁，从而在气—液界面区域形成强烈湍动区。流体动量达到平衡，气液紧密接触而产生稳定的―驻波‖，驻波―浮‖在气流之上。随气、液相对动量的大小而升降。在泡沫区，由于气体与极大的且经常更新的液体表面接触，便发生颗粒捕集、气体吸收和气体急冷等情况。
逆喷型洗涤器的性能非常可靠，有着无故障操作的良好记录。对含有20%固体悬浮物的气体也能正常洗涤。
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，1．5．2．3 则炉气中的酸雾就会带上负电。
（3）、集酸、捕集
带电的酸雾粒子伴随着静电凝集，在电力的驱动下往集酸极移动，并附着在集酸极上，进行电性中和。
（4）、清洗
附在集酸极上的酸雾或炉尘在集酸极上失去负电荷，靠自重和水冲洗经下部漏斗流入密封罐。
第三节 三氧化硫吸收工艺原理
一、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，在液相主体中向反应区扩散。
（4） 三氧化硫和水在反应区进行化学反应。
（5） 生成的硫酸向液相主体扩散。
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。
n?a?b?100%a
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；
目前，我们车间的吸收率在99.95%以上。
二、影响吸收率的因素
影响吸收率的因素主要有：用作吸收剂的硫酸浓度，吸收温度和循环酸量、设备结构和气速等。
1、硫酸浓度的影响
从三氧化硫吸收反应方程式中可以看出，吸收三氧化硫似乎可以用水，同时三氧化硫又能溶解在任何浓度的硫酸水溶液中。因此，从单纯完成化学反应的角度来看，水和任意浓度的硫酸，都可以做为三氧化硫的吸收剂。但从生产上要求对三氧化硫的吸收要快，要完全，不生产或尽量少生成酸雾，还要保证能够得到一定浓度的硫酸成品（工业硫酸）。所以使用水和稀硫酸显然是不适宜的。
只有用浓硫酸吸收三氧化硫，才能达到上述要求，而且以98.3%为最好，当酸的浓度超过或者低于98.3%时吸收效率都是逐步降低的，只有当浓度为98.3%时，吸收率最高。这是什么原因呢？
这是因为，当浓度高于98.3%时，以98.3%的硫酸液面上的水蒸汽分压为最低。选择98.3%的硫酸作吸收剂、是兼顾了这两个特性。在此浓度下，大部分三氧化硫能直接穿过界面与酸液中的水份结合生成硫酸。少部分三氧化硫在气相中与水蒸汽反应，生成硫酸蒸汽后再进入酸液中。
当吸收酸浓低于98.3%时，硫酸液面上的水蒸汽含量，随着硫酸浓度的下降而增加。气态三氧化硫与这种浓度的硫酸接触时，除直接被吸收的以外，还有相当一部分三氧化硫与水蒸汽作用生成硫酸蒸汽。由于水蒸汽不断与三氧化硫反应，气相中水蒸汽含量就将不断减少，气相中的水蒸汽分压就会比酸液面上的水蒸汽平衡分压低，因此酸液中的水份就将不断被蒸发。又因水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度，故气相中硫酸蒸汽的含量逐渐增多，甚至会超过其平衡含量，引起硫酸蒸汽的过饱和现象。如果过饱和度超过了临界值，硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。酸雾颗粒是一种比硫酸分子大得多的悬浮粒子，运动速度比硫酸分子慢，不易穿过界面进入酸液中，极易被气流带走。带有酸雾的气体排入大气中，就能见到炉囱冒白炉。实践证明，用于吸收三氧化硫的硫酸浓度越低吸收三氧化硫就越不完全，尾气炉囱冒出的白炉就越多。
当酸浓度超过98.3%时,随着酸浓度的升高，液面上的硫酸和三氧化硫蒸汽压力也相应增大。当通入转化气时，相对来说,吸收推动力就要减小，吸收率就会降低。当酸浓度高到一定程度，将出现酸液上的三氧化硫平衡分压与进塔气体三氧化硫分压相当的现象，此时吸收过程已停止、吸收率等于零。因此，在吸收酸浓度超过98.3%时，其吸收率是随着酸浓度升高而降低的。
吸收酸浓度过高或过低引起的吸收率下降，可以从尾气颜色的变化上加以判断。如果尾气出炉囱时颜色较暗，随着与炉囱距离的增大而变淡而消失，通常是由于吸收酸浓度过高引起的。若尾气出炉囱口时呈白色，随着炉囱距离的增大而变淡消失，往往是吸收酸浓度过低引起的。
2、吸收温度的影响
影响吸收温度的主要因素是酸温和气温。任何浓度的硫酸，随着酸温的升高，液面上的三氧化硫、水蒸汽、硫酸蒸汽的平衡分压都跟着相应增加。对吸收过程来说，在进塔气体条件不变的情况下，则意味着随着酸温的不断升高，推动力越来越小，
收率越来越低。同酸浓度升高一样、酸温无限制地升高也会出现液面上三氧化硫的平衡分压（Pso3）和进塔气体中三氧化硫分压（Pso3）成为相当的状态，这时三氧化硫的吸收过程停止、吸收率等于零。因此，要有较高的吸收率，酸温不能过高。
酸温的控制是不是越低越好呢？实际上并不是这样。原因有两个：
第一、生产条件下，进塔气体不易绝对干燥的，一般都含有一定量的水份（规定
第二、为保持低的酸温，需要庞大的冷却设备和大量的冷却水，这样会造成硫酸成本不必要的升高。此外，过低的酸温还会造成输送困难，甚至冻结。
生产中，三氧化硫在塔内被吸收的过程是绝热进行的，酸温随着吸收过程的进行逐步升高。酸温升高的主要原因是：
（1）气体带入塔内的热量。气体带入塔内的热量直接与气体温度、气体量和气体成份有关。当温度高，气量大和三氧化硫含量高时，其热量就多。在一般的操作条件下，随着两相传质传热的进行，约有70%气体带入塔内的热量传给液相硫酸，使酸温升高。
（2） 吸收反应热。吸收三氧化硫过程中，反应热的情况是比较复杂的。目前一般认为，该反应热包括了三氧化硫生成100%硫酸（液）的反应热、当100%硫酸稀释到出塔酸浓度时的稀热，进塔酸浓度提高到出塔酸浓度时的浓缩热。其中，浓缩热是负值，其它都是正值，它们的代数和即为吸收过程的反应热。反应热的多少，最终还是决定于吸收三氧化硫的总量。在一般的操作条件下，引起出塔酸温上升的因素中，反应热约占60%左右。
因此，出塔酸温一定高于进塔酸温，如果不对吸收酸进行冷却，随着吸收三氧化硫过程的进行，酸温将越来越高，必将引起吸收率下降，甚至使吸收完全停止。所以必须使进塔酸通过冷却器降温。 影响吸收温度的另一个因素是进塔气温。从气体吸收的一般情况来看，进塔气温控制得低一些对吸收率有利，但对三氧化硫来讲，它是有限度的。进塔气温不能太低，原因有三：（1）需要增大气体冷却设备和动力消耗；（2）低于露点温度时会产生酸雾，引起吸收率下降并造成炉害和腐蚀设备；（3）不利于热能的合理利用。
既能气体进塔温度不能太低，那么提高气体进塔温度行不行呢？过高地提高温度肯定是不行的。实践证明，适当提高进塔气体温度，非但不会降低吸收率，反而对吸收有利。
总的来说，为了达到较高的吸收率，必须在操作上对影响吸收温度的因素实行控制。通常的办法是：（1）调节进塔气体温度；（2）调节进塔酸温；（3）调节喷淋酸量。
我们对吸收系统采用的工艺是高温吸收工艺，所谓高温吸收不是单纯指入口气体温度高或吸收酸温度高，而是入口气体温度与吸收酸温同时高。
高温吸收工艺具有下列特点：
（1）综合考虑了影响吸收温度的条件因素，提高了吸收温度，从而避免了生成酸雾，有利于提高吸收率。
在前面曾讨论了酸雾的成因，可知生成到酸雾的先决条件是炉气温度低于露点温度。凡是发生整个或局部气体温度低于露点温度，就会发生硫酸蒸汽的冷凝。冷凝量和酸雾的生成量，主要取决于三氧化硫和水蒸汽含量的多少，冷却速度和其它工艺设备等各种条件。这样，避免生成酸雾，要求注意如下几点：
a、尽量降低干燥后的气体含水量，从而达到有效地降低气体的露点温度；
b、提高吸收塔气体的进塔温度，使进塔前的气体不发生局部冷凝成酸雾，并使塔内的吸收温度保持在露点以上；
c、提高进塔酸温。从吸收温度上看，即使提高了进塔气体温度，若吸收酸温较低，吸收温度仍可能在露点以下，这样就会在塔内的局部范围产生酸雾。所以，在提高进塔气体温度的同时还要提高进塔酸温，如果能保证出塔酸温也在露点以上，那是完全可以避免生成酸雾的。
高温吸收工艺，就是巧妙的利用了98.3%的硫酸在100℃左右时，液面上的三氧化硫分压和水蒸汽分压仍然接近于零，以及酸雾生成条件的可控性，改变了两相温度的控制范围，提高了吸收温度，避免了酸雾产生，从而能获得比普通吸收过程还要高的吸收效率。
（2）转化气以较高温度进入吸收塔，可以省掉三氧化硫冷却器，从而筒化了工艺流程并相应地降低了能耗。
（3）出塔酸温度高，约为90—110℃，由此增加了传热温差，故意可适当减少浓硫酸冷却器的换热面积。
（4）由于提高了进塔气温和吸收酸温，有利于解决两转两吸的热平衡问题。
但是，采用高温吸收操作之后，也有一些问题，主要是吸收系统的设备腐蚀加大，对材料提出了更高的要求。
3、循环酸量的影响
为了较完全地吸收三氧化硫，必须有足够数量的循环酸液做吸收剂。数量过多，过少都是不适宜的。若酸量不足，在吸收过程中，酸的浓度、温度增长的幅度就全很大。当酸的浓度和温度超过规定指标后，就会使吸收率下降。作为填料塔，由于循环酸量不足，填料表面不能充分润湿，传质状态就会显著变坏。循环酸量过多又怎样呢？实践证明，不但对提高吸收率无益，而且还会增加流体阻力，增大动力消耗，所以，在吸收过程中必须控制适当的循环酸量，对于填料塔而言，以喷淋密度表示循环酸量。
4、气流速度的影响
所谓气流速度，是指在单位时间内，气体通过塔截面的速度。单位为米/秒。习惯上称此为空塔气速也称操作气速。填料塔的操作气速由所用的填料性能决定。在正常生产条件下，不要超过规定的操作气速范围。若是超了，除引起动力消耗增大外，还会造成吸收率下降，严重时会产生液泛现象，造成气体大量带液。当然，气速过小也是不妥的。因此，气速过低、过高都是要防止的。
5、吸收设备的影响
为了达到较高的吸收率，采用填料吸收塔时，应符合下列要求：
（1）要有足够的传质面积，填料堆放要符合技术规定。
（2）要求含三氧化硫的气体和吸收酸在塔内的截面上分布均匀，特别是分酸设备的安装质量要高，防止漏酸和堵塞。
（3）选用性能优越的填料
（4）要求在允许的操作气速范围内运行。
第四节 二氧化硫转化的工艺原理
一、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
接触法比硝化法，具有产品浓度高，杂质少的优点。本章讨论的是接触法中的关键部分—二氧化硫的接触氧化。
二、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。
二氧化硫的转化反应的平衡是相对的，不平衡是绝对的。只要条件变化，原来的平衡就会被破坏，重新建立新的平衡。在不同的温度、不同的压力、不同的原始气体浓度条件下，二氧化硫平衡转化率是不同的，如果从转化过程中，把生成物的SO3除去，逆反应速度必大大减小，平衡状态立即被打破，反应就变得有利于正反应的进行，进一步提高了转化率。这就是建立两转两吸流程的理论依据。
三、二氧化硫转化是在一定温度下进行的放热反应
二氧化硫转化，在0℃时反应热为22.9千卡/克分子。
一切放热的化学反应，降低温度都会使平衡反应率提高。这是一个规律。二氧化硫转化反应是放热反应，因此平衡转化率也随反应温度的降低而提高。
二氧化硫的平衡转化率随温度降低而升高，这主要是由于二氧化硫转化的反应平衡常数随温度上升而减小，随温度降低而增加。 因此，从平衡转化率与温度的关系来看，为了获得高的转化率，反应温度应该尽可能控制低些。因此，在二氧化硫转化过程中一定要移走一部分反应热，维持一定的反应温度，为什么在生产上不把反应温度尽量降低呢？这主要由下述两点因素来决定的。
1、随着反应温度的降低，平衡转化率虽然可以提高，但是反应速度（即一定量的触媒在一定时间内能够转化的气体量）却下降很快。这是因为，反应速度与温度成正比关系。
反应速度随温度升高而加快。增快的倍数相当大，温度由400℃升到575℃时反应速度增大了30多倍。对于一定的转化器和一定数量的催化剂来说，提高反应温度可使二氧化硫的转化数量增加很多，从而大大提高转化设备的生产能力。
2、当温度降低到某一限度时，催化剂便不能继续起催化作用而使反应停止。这个使催化剂不能起催化作用的最低限度的温度，叫做
催化剂的起燃温度。因此，催化剂的起燃温度应当低一些好。其起燃温度的高低与催化剂特性及进入转化器的气体成分有关。
从上述可见，如果只考虑反应速度，则反应温度应当越高越好，如果只考虑转化率，则反应温度应当越低越好。这是矛盾的，因此，在选择转化温度指标时，不但要考虑有较高的转化率，同时还要考虑有较高的反应速度。所以在转化过程中，就不应该自始至终保持同一温度范围。反应的初期，二氧化硫和氧的浓度高、三氧化硫浓度低，距离平衡状态较远，宜使气体在较高的温度下转化，使具有较大的反应速度；反应的后期，气体成分的浓度关系正好相反，距离平衡状态较近，宜使气体在较低的温度下转化，以获得最高的转化率，这过程中温度的调节，是靠设置在转化系统中的各个换热器或靠加入冷气来控制。转化率的高低，是生产中考虑的重要指标
四、转化反应是在催化剂催化下分步进行的
一个化学反应所以能够进行，主要是具有一定能量的反应分子互相碰撞的结果。并不是所有碰撞的分子都能反应，只有少数活泼的分子，它们的能量比全部分子的平均能量超过一定数值后才能在碰撞中发生反应。这个必须比平均能量超过的能量，称做这个反应的活化能。反应的活化能愈高，具有或多于这一能量的分子愈少，反应速度也就愈慢。相反，如果一个反应的活化能低，则具有或多于这一能量的分子在分子总数中的比例就多，反应的速度就快。
在反应压力和反应物浓度一定的情况下，加快反应速度有两个方法。一个是提高反应温度，使反应的分子能量提高，增加其中大于反应活化能的分子数，这就会加快反应速度。另一个方法是采用催化剂，使反应物分子先与催化剂结合成过渡性的―表面中间化合物‖，然后再分解得到生成物和催化剂。这个―表面中间化合物‖的生成和分解的反应，所需要的活化能都比反应物直接反应生成物的活化能小得多。催化剂虽参加了反应的过程，却没有进入生成物。实际只是使反应沿着
一条活化能小的途径进行，因而在同样的温度条件下反应就大大加快了。
二氧化硫转化反应，在一般高温下，例如400-600℃，反应速度仍然很慢，还不能达到工业生产的需要。温度在1000℃以上。虽然反应速度可以较快，但从前节已知，平衡转化率却很低，因此即使能创造高温条件，也会由于平衡转化率过低而无法进行工业生产。为使反应能实现工业生产，就只有采用催化剂来加快反应速度，使反应在不太高的温度条件下能足够快地进行，并且能有较高的平衡转化率。 催化剂解决了平衡转化率和反应速度对温度要求的矛盾，使二氧化硫转化得以实现工业生产，这就是二氧化硫转化必须采用催化剂的原因。
五、二氧化硫转化是气体体积缩小的反应过程
从二氧化硫转化反应的方程式知道每1.5份体积反应物变为1份体积的生成物，这是一个体积缩小的反应，因此，增加压力，可提高平衡转化率。从中平衡转化率的计算公式可看出，等式右端分母第二项随压力P增大而减少。因而，当其他条件不变时，平衡转化率XT值就随压力P增大而升高。
虽然加压能提高转化率，但提高得并不多，而且动力消耗大（因转化气中80%以上是无用的氮气），同时还要解决加压后的设备易腐蚀问题。
可见在常压下操作是可取的，故在工业上二氧化硫转化一般是不采取加压措施的。
以上从3.2～3.5所述的二氧化硫转化的基本原理，通常说成是二氧化硫反应的四大特点。
第五节 循环水工艺原理
一、工艺流程概述：
硫铁矿制硫酸与硫磺制硫酸的能源利用分析
2009年第4期
转载请注明出处范文大全网 » 10万吨╱年硫铁矿制硫酸正文
