xx学院年产30万吨硫磺制硫酸工艺设计

XXX学院毕业设计（论文）(化工系)题目年产30万吨硫磺制硫酸工艺设计专业XXXX班级XXXX姓名XXXX学号XXXX指导教师XXXX完成日期XXXX-1-第一章综述1.1物质的性质1.1.1硫磺的性质硫磺一般呈块状或粉末状，浅黄色，带杂质者为灰绿色。条痕黄白色，脂肪光泽，晶体透明或半透明。硬度1.2，不完全解离，性脆。硫磺的比重2.05-2.09。摩擦生负电，易溶（180℃），燃烧时生淡蓝色火焰，并放出SO2气体。硫磺外观为淡黄色脆性结晶或粉末，有特殊臭味。分子量为32.06，蒸汽压是0.13KPa，闪点为207℃，熔点为119℃，沸点为444.6℃，相对密度为2.0。硫磺不溶于水，微溶于乙醇、醚，易溶于二硫化碳。作为易燃固体，硫磺主要用于制造染料、农药、火柴、橡胶、人造丝等。1.1.2稀硫酸化学性质（1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水；（2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸；（3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水；（4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气；（5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。（6）强电解质,在水中发生电离H2SO4=2H++SO42-1.1.3浓硫酸的性质脱水性⑴就硫酸而言，脱水性是浓硫酸的性质，而非稀硫酸的性质，即浓硫酸有脱水性且脱水性很强。⑵脱水性是浓硫酸的化学特性，物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应时，浓硫酸按水分子中氢氧原子数的比（2∶1）夺取被脱水物中的氢原子和氧原子。-2-⑶可被浓硫酸脱水的物质一般为含氢、氧元素的有机物，其中蔗糖、木屑、纸屑和棉花等物质中的有机物，被脱水后生成了黑色的炭（炭化）。浓硫酸如C12H22O11=12C+11H2O(4)黑面包反应在200mL烧杯中放入20g蔗糖，加入几滴水，搅拌均匀。然后再加入15mL质量分数为98%的浓硫酸，迅速搅拌。观察实验现象，可以看到蔗糖逐渐变黑，体积膨胀，形成疏松多孔的海绵状的炭。强氧化性⑴跟金属反应①常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化；②加热时，浓硫酸可以与除金、铂之外的所有金属反应，生成高价金属硫酸盐，本身一般被还原成SO2；Cu+2H2SO4(浓)=加热)=CuSO4+SO2↑+2H2O2Fe+6H2SO4(浓)=Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在上述反应中，硫酸表现出了强氧化性和酸性。⑵跟非金属反应热的浓硫酸可将碳、硫、磷等非金属单质氧化到其高价态的氧化物或含氧酸，本身被还原为SO2。在这类反应中，浓硫酸只表现出氧化性。C+2H2SO4(浓)=(加热)CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(浓)=3SO2↑+2H2O2P+5H2SO4(浓)=2H3PO4+5SO2↑+2H2O⑶跟其他还原性物质反应浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能选用浓硫酸。H2S+H2SO4(浓)=S↓+SO2↑+2H2O2HBr+H2SO4(浓)=Br2↑+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(浓)=I2↑+SO2↑+2H2O难挥发性（高沸点）制氯化氢、硝酸等（原理：利用难挥发性酸制易挥发性酸）如，用固体氯化钠与浓硫酸反应制取氯化氢气体-3-NaCl（固）+H2SO4（浓）=NaHSO4+HCl↑(常温）2NaCl（固）+H2SO4（浓）=Na2SO4+2HCl↑（加热）Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑再如，利用浓盐酸与浓硫酸可以制氯化氢气体。酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等2NH3+H2SO4=（NH4）2SO4Ca3(PO4)2+2H2SO4=2CaSO4+Ca(H2PO4)2稳定性：浓硫酸亚硫酸盐反应Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+H2O+SO2↑1.1.3稀硫酸化学性质（1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成相应的硫酸盐和水；（2）可与所含酸根离子对应酸酸性比硫酸根离子弱的盐反应，生成相应的硫酸盐和弱酸；（3）可与碱反应生成相应的硫酸盐和水；（4）可与氢前金属在一定条件下反应，生成相应的硫酸盐和氢气；（5）加热条件下可催化蛋白质、二糖和多糖的水解。（6）强电解质,在水中发生电离H2SO4=2H++SO42-1.2硫酸的用途（1）用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。2NH3+H2SO4=(NH4)2SO4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。（2）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%-4-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。（3）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。(4)用于石油工业汽油、润滑油等石油产品的生产过程中，都需要浓硫酸精炼，以除去其中的含硫化合物和不饱和碳氢化合物。每吨原油精炼需要硫酸约24kg，每吨柴油精炼需要硫酸约31kg。石油工业所使用的活性白土的制备，也消耗不少硫酸。(5)在浓缩硝酸中，以浓硫酸为脱水剂；氯碱工业中，以浓硫酸来干燥氯气、氯化氢气等；无机盐工业中，如冰晶石(Na3AlF6)、硼砂(Na2B4O7·10H2O)、磷酸三钠(Na3PO4)、磷酸氢二钠(Na2HPO4)、硫酸铅(PbSO4)、硫酸锌、硫酸铜、硫酸亚铁以及其他硫酸盐的制备都要用硫酸。许多无机酸如磷酸、硼酸、铬酸(H2CrO4，有时也指CrO3)、氢氟酸、氯磺酸(ClSO3H)；有机酸如草酸[(COOH)2]、醋酸(CH3COOH)等的制备，也常需要硫酸作原料。此外炼焦化学工业（用硫酸来同焦炉气中的氨起作用副产硫酸铵）、电镀业、制革业、颜料工业、橡胶工业、造纸工业、油漆工业（有机溶剂的制备）、工业炸药和铅蓄电池制造业等等，都消耗相当数量的硫酸。(6)用于化学纤维的生产为人民所熟悉的粘胶丝，它需要使用硫酸、硫酸锌、硫酸钠的混合液作为粘胶抽丝的凝固浴。每生产1t粘胶纤维，需要消耗硫酸1.2t～1.5t，每生产1t维尼龙短纤维，就要消耗98%硫酸230kg，每生产1t卡普纶单体，需要用1.6t20%发烟硫酸。此外，在尼龙、醋酸纤维、聚丙烯腈纤维等化学纤维生产中，也使用相当数量的硫酸。(7)用于化学纤维以外的高分子化合物生产塑料等高分子化合物，在国民经济中越来越占有重要的地位。每生产1t环氧树脂，需用硫酸2.68t，号称“塑料王”的聚四氟乙烯，每生产1t，需用硫酸1.32t；有机硅树胶、硅油、丁苯橡胶及丁腈橡胶等的生产，也都要使用硫酸。(8)用于染料工业几乎没有一种染料（或其中间体）的制备不需使用硫酸。偶氮染料中间体的制备需要进行磺化反应，苯胺染料中间体的制备需要进行硝化反应，两者都需使用大量浓硫酸或发烟硫酸。所以有些染料厂就设有硫酸车间，以配合需要。-5-(9)用于日用品的生产生产合成洗涤剂需要用发烟硫酸和浓硫酸。塑料的增塑剂（如苯二甲酸酐和苯二甲酸酯）、赛璐珞制品所需的原料硝化棉，都需要硫酸来制备。玻璃纸、羊皮纸的制造，也需要使用硫酸。此外，纺织印染工业、搪瓷工业、小五金工业、肥皂工业、人造香料工业等生产部门，也都需要使用硫酸。(10)用于制药工业磺胺药物的制备过程中的磺化反应，强力杀菌剂呋喃西林的制备过程中的硝化反应，都需用硫酸。此外，许多抗生素的制备，常用药物如阿斯匹林、咖啡因、维生素B2、B12及维生素C、某些激素、异烟肼、红汞、糖精等的制备，无不需用硫酸。(11)与原子能工业及火箭技术的关系原子反应堆用的核燃料的生产，反应堆用的钛、铝等合金材料的制备，以及用于制造火箭、超声速喷气飞机和人造卫星的材料的钛合金，都和硫酸有直接或间接的关系。从硼砂制备硼烷的过程需要多量硫酸。硼烷的衍生物是最重要的一种高能燃料。硼烷又用做制备硼氢化铀用来分离铀235的一种原料。由此可见，硫酸与国防工业和尖端科学技术都有着密切的关系。1.3硫酸生产的工艺比较目前硫酸生产的主要方法有硫磺制酸、硫铁矿制酸、冶炼烟气制酸及其他制酸四种生产方法。下面对硫磺制酸和硫铁矿制酸两种制酸方法进行工艺比较，突出硫磺制硫酸的工艺和理性。1.3.1硫磺与硫铁矿的工艺比较采用矿石制酸工艺,若装置生产能力为年产15万t硫酸。矿石经提取矿中有效成分硫元素后,产出的大量矿渣部分处理到钢铁厂作为炼铁原料,大部分作为水泥厂生产中的添加料,以调整水泥原料成分,增加水泥强度。矿石制酸工艺存在的最大问题是对环境污染大,大量的污水、粉尘及矿渣严重影响着周围环境;另外操作环境恶劣、操作强度高。同时能耗也高,环保费用无法承受。而在人们对环境质量要求越来越高,政府对环境整治决心越来越大的现状下,上硫厂的硫酸生产到了非采取“行动”不可的时候了。是保留原生产工艺矿石制酸,而加大环保治理投入,还是选择从工艺流程上改进措施,从根本上解决问题?经过认真深入的分析研究,最终上硫厂选择了工艺改进的方案,由矿石制酸改为硫磺制酸工艺,即-6-以液体硫磺为原料来生产硫酸,从根本上解决了矿石制酸生产时产出的大量污水、粉尘、矿渣对环境的污染问题。使上硫厂从沉重的环保困境中得以解脱,使生产经营步入良性循环。硫磺制酸与矿石制酸工艺比较1.减少工序,消除污染源硫磺制酸工艺少了粉碎、水洗净化两道复杂的工序,同时也消除了大量污染源——粉尘、污水、矿渣。2.能源消耗下降(1)工艺过程改进后,动力设备投用量大幅减少,动力消耗明显下降。矿石制酸电耗为110kWh/t,硫磺制酸为70kW·h/t,下降了36%;深井水用量从100万t/a,下降到20万t/a。(2)硫磺制酸工艺能源利用更加合理。硫磺炉出口的1000℃温度的二氧化硫气体经中压锅炉、过热器、省煤器充分利用热量后,二氧化硫气体降温至420℃进入转化器。3.生产场地缩小为企业提供了发展空间由于工艺过程改进后,工艺路线大幅缩短，生产用地大幅缩小,现生产装置占地仅不到原装置的十分之一,且节省了大量矿料和矿渣堆场,这对企业的发展和充分利用土地资源极为重要。4.工艺改造前后的效果表1-1矿石工艺与硫磺工艺比较悬浮物(吨/年）砷(吨/年)氟(吨/年)污水量(万吨/年)排污费(万元/年)矿石工艺6701.011243087硫磺工艺1160016827综上所述硫磺制酸工艺相对矿石制酸工艺有许多的改进之处,它是一条清洁生产的工艺，更节能环保,只有这样的生产工艺才能使化工企业生存和发展得更好。走好可持续发展之路，利国利民。-7-1.3.2冶炼烟气冶炼烟气制酸前冶炼烟气收尘需用收尘用的电除尘器，电除尘器内部结构较复杂，体积较大需要较高的能耗，且需定期的维护保养，增加了设备费用。表1-2各种制酸方法消耗定额的比较消耗定额硫磺法硫铁矿法冶炼烟气法硫磺（S99.5%）/（t/t）0.333硫铁矿（含硫35%）/(t/t)0.957电/kwht-155.0693.96126.12综上所述，硫铁矿制酸生产工艺复杂、管理要求高、操作环境差及需要处理大量的固体和液体废物。此工艺存在一定的局限性，因此本设计采用硫磺制硫酸。-8-第二章硫磺制硫酸的工艺流程与操作指标2.1原料及反应原理2.1.1原料硫磺制硫酸的主要原料为硫磺、氧气。其主要原料及规格见表2-1。表2-1硫磺的成分及其含量含S≥98.5%含灰分≤0.4%酸度（以H2SO4）≤0.03%含As≤0.05%含有机物≤0.80%含水分≤1.00%机械杂质无表2-2空气成分氮气0.79氧气0.212.1.2反应原理将硫磺经熔融、焚烧产生二氧化硫气体，经废热锅炉、过滤器，再通入空气氧化转化成三氧化硫，再经冷却、酸吸收，制得成品硫酸。其反应方程式如下：S+O2=SO2+Q2SO2+O2=2SO3+QSO3+H2O=H2SO4+Q-9-2.2工艺流程1.鼓风机2.透