年处理10万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计

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毕业设计

题目：

学生：

学号：

院（系）：

专业：

指导教师：

200 年月日

诚信申明

本人申明：

本人所提交的论文《年产33万吨的硫磺制酸工艺设计》，论文中所引用的他人的文字，研究成果，是我查阅资料认真思考独立完成的。论文中所引用他人的无论以何种方式发布的文字、研究结果，均在论文中加以说明。

本人签名：日期：年月日

毕业设计（论文）任务书

毕业设计（论文）题目：年产33万吨硫磺制酸吸收装置工艺设计

函授站：陕西函授站专业：化工工艺

班级：化学工程与工艺1102 学生姓名：霍春荣

指导教师（含职称）：马鹏帅老师刘明丽老师

1 设计（论文）的主要任务及目标：

本设计主要是三氧化硫吸收塔的设计，通过该装置的设计，使学生在熟练掌握专业知识的基础上能够将理论应运到实际生产中去，从而培养学生理论联系实际以及独立设计、创新能力。撰写设计计算书一份；主体设备装置图1张，工艺流程图1套。

条件：年开工300天，二氧化硫的转化率为95%，吸收温度180℃，吸收率100%，喷淋酸为80℃的98%的浓硫酸。

2设计（论文）的基本要求和内容：

（1）完成塔设备的主体部分的物料衡算与主要设备设计计算；

（2）画出塔设备的装置图；

（3）画出带控制点的工艺流程图；

3 主要参考文献：

[1] 谭天恩.化工原理(第二版)下册[M].北京：化学工业出版社.1998：132—156

[2] 匡国柱.化工单元过程及设备课程及设计（第二版）[M].北京：化学工业出版社.2007：193—236

[3] 编委会.化工工艺手册[M].北京：化工工业出版社.1994：203—264

[4].张贵军.化工计算[M].北京：化学工业出版社.2008：88—142

[5] 侯温顺.化工设计概论(第二版)[M].北京：化学工业出版社.2007：123—156

[6].王绍良.化工设备基础[M].北京：化学工业出版社.2007：84—134

[7].高职高专化学教材编写组编.物理化学（第二版）[M].北京：化学工业出版

社.2000：183—205

4 进度安排：

年产33万吨硫磺制酸工艺

摘要

本设计针对硫磺制硫酸工艺，在查阅了全国硫酸工业技术交流会论文集等大量资料的基础上，实现生产33万吨的硫酸生产工艺。介绍了硫酸生产的主要方法和成熟的工艺流程。主要内容包括焚硫转化工段、干吸工段、主要生产设备的选择、技术经济指标的确定、环保措施等。文章重点完成了中间吸收塔的物料衡算、热量衡算、吸收塔和液体分布器尺寸的计算，并完成了相关图纸的绘制，包括硫磺制酸的带控制点的工艺流程图和中间吸收塔设备装配图。

关键词：硫磺，空气，吸收，填料塔

II Annual output of 330,000 tons of sulfuric acid production process

design Section

ABSTRACT

This design is aimed at improving sulfuric acid process, in turn national sulphuric acid industry technique exchanging meeting proceedings on the basis of such a large number of data, the realization produce 330,000 tons of sulfuric acid production process. Introduces sulphuric acid production, the main method and mature process flow. The main contents include burned into sections of sulfur, dry suction pelletizing section, the main production equipment selection, technical and economic indexes of determination, environmental protection measures, etc. The paper mainly finished middle absorber material calculation, heat calculation, absorption tower and liquid distributor size calculation, and completed mapping engineering drawings, including improving acid with control flow chart and middle absorption tower equipment assembly drawing.

Key words: brimstone，Air，Absorption，Packed tower

III

摘要 .................................................................... I ABSTRACT ................................................................ II 1 绪论 . (1)

1.1硫酸的性质及用途 (1)

1.1.3硫酸的用途 (1)

1.2硫酸的生产方法 (2)

1.3.我国硫酸工业的生产现状 (3)

1.3.1 当代硫酸工业的特点及发展趋势 (4)

1.3.2 发展建议 (4)

1.4注重环保以及能源消耗情况与废热回收利用 (5)

1.4.1 环境保护 (5)

1.4.2 能源消耗情况 (5)

1.4.3 废热回收利用 (6)

1.5工艺流程的简述 (6)

1.5.1原料工段 (6)

1.5.2熔硫工段 (6)

1.5.3焚硫及转化工段 (7)

1.5.4干吸及成品阶段 (7)

1.6塔设备及填料的选择 (7)

1.6.1塔的选择 (7)

1.6.2填料选择 (7)

1.6.3节塔辅助设备 (7)

1.7泵的选型 (8)

1.8换热器的选型 (8)

2 硫磺制酸吸收工段流程简介 (9)

2.1三氧化硫吸收原理 (10)

2.2吸收酸浓度的选择 (10)

2.3高温吸收的工艺原理 (11)

3 主要设备的工艺计算 (12)

3.1中间吸收塔的工艺计算 (12)

3.1.1酸喷淋量 (12)

3.1.2中间吸收塔的物料恒算 (14)

3.1.3 塔径的计算 (15)

3.1.4 填料层高度的计算 (18)

3.1.5 塔附属高度的计算 (21)

3.1.6 液体初始分布器 (22)

3.1.7 吸收塔流体力学参数计算 (22)

3.2主要设备能量衡算 (24)

3.2.1 中间吸收塔能量衡算 (24)

3.3计算汇总表 (26)

参考文献 (27)

结论 (28)

致谢 (29)

符号说明 (27)

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段 1

1 绪论

1.1硫酸的性质及用途

1.1.1物理性质

纯硫酸是一种无色无味油状腐蚀性液体，熔点10.4℃，沸点：280℃。稀硫酸是无

色透明液体，熔点较低。常用的浓硫酸中H

2SO

的质量分数为98.3%，其密度为1.84g/cm3，

其物质的量浓度为18.4mol/L。硫酸是一种高沸点难挥发的强酸，易溶于水，能以任意比与水混溶。浓硫酸溶解时放出大量的热，因此浓硫酸稀释时应该“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不断搅。”若将浓硫酸中继续通入三氧化硫，则会产生“发烟”现象，这样超过98.3%的硫酸称为“发烟硫酸”，熔沸点，熔点：-90.8℃；沸点338℃。

1.1.2化学性质

a、稀硫酸：（1）可与多数金属（比铜活泼）氧化物反应，生成的硫酸盐和水；（2）可与所含酸根例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。

b、浓硫酸：⑴脱水性【物质被浓硫酸脱水的过程是化学变化的过程，反应前没有水，其反应是，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。】；⑵吸水性【反应前有水，在此过程中硫酸做了一个干燥剂的作用。浓硫酸的吸水作用，指的是浓硫酸分子跟水分子强烈结合，生成一系列稳定的水合物，并放出大量的热】；⑶强氧化性：①跟金属反应【常温下，浓硫酸能使铁、铝等金属钝化；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SO

】；②跟非金属反应【热得浓硫酸可将碳、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SO

】；③跟其它还原性物质反应【浓硫酸具有强氧化性，实验室制取H2S、HBr、HI等还原性气体不能被选用浓硫酸】。⑷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)。⑸酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等。⑹稳定性：如浓硫酸与亚硫酸盐反应。

1.1.3硫酸的用途

硫酸是基本化学工业中重要产品之一。它不仅作为许多化工产品的原料，而且还广泛地应用于其他的国民经济部门。它的应用范围日益扩大，需要数量日益增加。世界的化肥工业在硫酸消费构成中约占65％。中国化肥工业在硫酸消费上所占比例也一直保持

陕西科技大学毕业论文 2

在50％～60％。在石油工业中，硫酸用于汽油、润滑油等产品的精炼，并用于烯烃的烷基化反应，以生产高辛烷值汽油。钢铁工业需用硫酸进行酸洗，以除去钢铁表面的氧化铁皮。这一工序是轧板、冷拔钢管以及镀锌等加工所必需的预处理。在有色冶金工业中，湿法冶炼过程用硫酸浸取铜矿、铀矿和钡矿；电解法精炼铜、锌、镍、镉等，需用硫酸配制电解液。用萤石和硫酸可制取氢氟酸（见萤石化学加工），它是现代氟工业的基础，与核工业及航天工业密切关联。在硝化棉、梯恩梯、硝化甘油、苦味酸等炸药的制造中，硫酸是硝化工序不可缺少的脱水剂。在化学纤维工业中，硫酸用于配制粘胶纤维的抽丝凝固浴；维纶生产需用硫酸进行缩醛化；锦纶的制造过程中，硫酸可溶解环己酮肟而进行贝克曼转位。在塑料工业方面，环氧树脂和聚四氟乙烯等的生产也需用数量可观的硫酸。在染料工业中，硫酸用于制造染料中间体。硫酸与钛铁矿反应可制得重要的白色颜料二氧化钛。

1.2 硫酸的生产方法

硫酸的工业生产基本有两种方法，即亚硝酸基法和接触法。亚硝基法又分为铅室法和塔式法。因亚硝基法存在诸多不足，已全部被接触法取代。

⑴接触法硫酸生产原料有多种，因此其工艺过程种类很多，但从化学途径看，其制取过程基本相同。

?硫酸是三氧化硫和水的产物；

?硫酸及硫化物在空气中易燃烧，同时生成二氧化硫；

?在此基础上，使二氧化硫催化氧化，即可获得三氧化硫；

这就是说，接触法制造硫酸的过程由以上反应式构成。

生产过程包含以下三个基本工序：

第一、由含硫原料制取含二氧化硫气体。实现这一过程需将原料焙烧，故称之为焙烧工序。

第二、将含二氧化硫和氧的气体催化转为三氧化硫，称之为转化工序。

第三、将三氧化硫与水结合成硫酸，这一过程需将转化所得三氧化硫气体用硫酸吸收，称之为吸收工序。

不论采用何种原料，何种工艺和设备，以上三个工序是必不可少的，除此之外工业上实现硫酸生产还需要其他辅助工序。

首先，含硫原料运进工厂后需贮存，在焙烧前需对原料加工处理，以达一定要求。原料的贮存和加工成为必要工序。最初得到的二氧化硫气体包含有矿尘和气体杂质等，为避免堵塞管道设备和引起催化剂中毒，要求在转化前对二氧化硫原料进行净化处理，成品酸在出厂前需要计量贮存，应设有成品酸贮存和计量装置。另外，生产中排出的含有害物质的废水、废气、废渣等需要处理后才能排放，因而还需要相应的处理装置。

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段 3

总之，除三个基本工序之外，再加上原料的贮存与加工，二氧化硫原料气的净化、成品酸的贮存与计量、三废处理等工序构成一个接触法制硫酸的完整体系。

生产硫酸原料种类不同决定了生产工序和辅助工序的多少不同。

⑵硫化氢制酸，是一典型的无辅助工序的生产过程，硫化氢燃烧后得到无催化剂毒物的二氧化硫气体，可直接进入后续转化和吸收工序；

⑶硫碳制取，如使用高纯度硫碳作为原料，整个制酸过程可以简化到只设空气干燥一个辅助工序；

⑷冶炼烟气制酸和石膏制酸，焙烧处干有色冶金和水泥制作过程之中，所得二氧化硫气体含有矿尘、气体杂质等，因而需在转化前设置气体净化工序；

⑸硫铁矿制酸，是辅助工序最多且最有代表性。前途的原料加工、焙烧、净化、催化净化、吸收、三废处理、成品算贮存和计量工序的在过程中均有。由于我国硫酸工业原料以硫铁矿为主，故多采用硫铁矿植酸。

1.3. 我国硫酸工业的生产现状

由于硫酸是主要的基础化工原料，其发展程度是一个国家的工业、国名经济发达程度上的标志之一，各国对硫酸生产都比较重视。在我国经济快速发展与下游磷复肥消费快速增长的装冲推动下，我国的硫酸无论从产量还是消费量都继续保持着快速的增长势头，目前，我国已经超过美国成为世界最大的硫酸产能和产量大国。

在磷复肥和工业用酸需求的拉动下，硫酸产量继续增长。2007年全国硫酸产量5700万吨，同比增长13%。2008年1~11月，我国共生产硫酸4603.4万吨，同比减少4.8%。从5月份开始产量下降，5~11月生产2871万吨，同比减少365万吨。2008年硫磺与硫酸市场价格的大起大落给行业留下了深刻印象。尤其是硫磺价格从年初的“阶梯式”上涨到8月份以后的“瀑布式”下落，整个过程都让大部分硫酸、磷肥企业措手不及，是磷复肥行业受到重创。展望2009年硫酸市场，2009年国内硫酸市场还是充满希望的。首先，11月13日国家发布的有关下调化肥特别出口关税政策，是国产磷肥可能再次进入国际市场，国内磷肥市场会因此有所回暖，硫酸市场也会由此趋于稳定。其次，国家惠农政策将进一步促使农民增加化肥用量，2009年磷肥产量将有一定增长，这无疑会促使硫酸装置开工率提高。同时，因国际市场的多变以及国内出口企业之间的无秩序竞争，中国磷肥在国外到底能寻求到多大的市场还是未知数。中国磷肥能不能把我国际市场，关键取决于能否形成一个有效的出口机制。而磷肥出口顺畅与否，直接影响着硫酸市场。因此明年国内硫酸行业的发展一定程度上依赖于磷肥出口是否顺畅，这需要整个行业上下协力，共同谋求发展。

总括，2010年1~6月份，我国进口硫磺494.9万吨，去年同期总量为657.7万吨，相比减少了24.7%。在经历了2008年下半年大幅下挫后，2009年硫磺价格基本处于震荡盘整，价格大体保持稳定，而在2009.9月-2010.3月则出现了一轮大幅上涨并在3

陕西科技大学毕业论文 4

月底开始冲高回落。上半年，我国主要的硫磺进口国沙特阿拉伯、加拿大和哈萨克斯坦，进口货集中于华东的南通港、西南的防城港、以及北方的青岛港，下游采购集中于江苏、云南、贵州、山东及湖北等省。从宏观坏境来看，目前正值中国硫酸行业大变革、大发展的时代，在当前金融危机的局势下认识局势掌控方向，对硫酸行业所受到的影响和未来的发展态势予以详实的剖析，无论是对于中国硫酸行业的长远发展，还是对硫酸行业在具体工作总的突破都具有积极的指导作用。

1.3.1 当代硫酸工业的特点及发展趋势

世界硫酸工业的发展，主要表现在扩大生产规模，采用先进技术，节约能源，提高劳动生产率和消除环境污染等方面。60年代，采用了两吸两转新技术，使二氧化硫总转化率提高到99.8﹪以上；为加强生产，提高进入转化器二氧化硫浓度；采用提高余热利用效率及将传统的柱状催化剂改为环状催化剂，改进设备结构及减小系统阻力等措施；开发了硫酸尾气治理工艺，使排入大气的二氧化硫含量降至10-4以下；在生产规模和设备上采用大型化，从而降低了成本，取得了显著的经济效益。

硫酸工业的技术发展趣势，主要有以下几个方面：

(1) 提高SO2气体的浓度，强化设备，降低投资；

(2) 降低系统阻力；

(3) 采用耐腐蚀材料，保证设备可靠运转；

(4) 提高余热利用效率；

(5) 消除污染；

(6) 生产设备大型化和集中化；

(7) 采用电子计算机控制技术；

(8) 改进冶炼烟气制酸技术；

(9) 加速新技术的开发与研究。

1.3.2 发展建议

我国硫酸工业与世界硫酸强国的差距，以及硫酸行业面临的挑战，提出以下发展建议：

(1)要创建一流硫酸企业。针对我国硫酸行业中小企业居多、企业管理相对比较落后的现实情况，我们要把重点放在加强企业管理方面，尽快改善我国硫酸企业管理落后的局面。硫酸企业应把产品质量视为企业的生命，把质量工作放企业各项工作的首位，发挥品牌效应，创造世界知名品牌，向管理要效益。

(2)加速实现企业大型化、信息化、自动化。组建企业集团只是形式上的做大，真正要

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段 5

实现企业大型化达到降低硫酸成本的目的，还必须通过技术改造尽快实现硫酸设备的大型化。其次通过技术改造来加速实现硫酸企业信息化、自动化。信息化可使企业的销售、供应、技术及管理快捷、畅通地和国际接轨，为此我国的硫酸企业必须尽快进入网络时代。同时，实现硫酸生产控制自动化也是降低硫酸生产与劳动有关费用成本的必由之路，控制自动化程度越高，硫酸成本与劳动有关的费用就越低，硫酸企业的劳动生产率就越高。

(3)提高硫酸企业装备技术水平。发展我国自身技术的同时，对发达国家已经研制成功的硫酸新工艺、新技术、新材料、新设备，我们可以通过对工艺技术和成套设备的引进，也可以因地制宜地消化吸收之后用来改造我们自己的硫酸装备，向国外技术水平靠拢，从而尽快提高我国硫酸企业的装备技术水平。积极采用高新技术和先进适用技术，改造和提升传统产业。要完善以企业为主体的技术创新体系，在继续搞好引进技术和关键设备消化吸收的基础上结合我国国情开展技术创新，希望有更多的企业和科研设计单位能拥有自己的专利技术和知识产权。我们要继续搞好对外开放，加大对外技术交流和国际合作的广度和深度，逐步缩小我们与国外的差距。我们要运用世贸组织的有关规则，制定具体的应对措施，保护硫酸产业安全。

1.4 注重环保以及能源消耗情况与废热回收利用

1.4.1 环境保护

硫酸工业是一个污染较重的行业，随着技术进步和严格管理，对环境影响的程度日渐降低。目前，我国规定硫酸排放尾气中二氧化硫浓度为3

mg，但工业发达地区

960m

由于空气污染，大气中的二氧化硫浓度已经超标，必须在达标排放的基础上进行治理，满足总量控制的要求，降低对大气环境的污染。对于生产中的酸性废水，一方面通过工艺过程的改进减少酸性废水的产生，另一方面对排放的污水以石灰乳或电石渣等中和处理，达标后排放。以硫铁矿为原料的硫酸生产企业，还生产含铁的矿渣，目前许多企业将矿渣外售，供水泥和钢铁工业使用，有的企业综合利用硫铁矿渣制成铁系的涂漆产品，暂时不能利用的设置渣场堆放。总之，对硫酸生产所排放的废气、废水以及废渣仍应继续治理，尽可能降低其危害生命和对环境的影响，使硫酸工业自身得以持续发展。

1.4.2 能源消耗情况

硫酸生产存在一定的消耗，如电、蒸汽和各种辅助燃料等，这三种主要制酸原料中，硫磺制酸能耗最低，硫铁矿和冶炼烟气制酸相当，大型装置由于技术装备水平较高，能耗普遍低于小型装置。近年来，硫磺制酸生产单位产品的耗电量总体呈下降趋势，主要是由于节能措施得当，如大型装置推广了汽轮机驱动空气鼓风机、干吸塔低位配置等技

陕西科技大学毕业论文 6

术，使得产品能耗有所降低。而硫铁矿和冶炼烟气制酸虽然采用了不少节能措施，但由于采用了动力波洗涤器、高效气体换热设备等高效设备，高效设备的压力降一般较高，相应增加了能耗，生产单位产品的耗电量总体仍呈上升趋势。

1.4.3 废热回收利用

硫酸生产是一个放热过程，反应热主要来源有四部分：含硫原料的燃烧、二氧化硫的氧化、气体干燥和三氧化硫的吸收。其中燃烧反应的放热量随原料的不同而大小不等，其它三部分反应热则相同。根据载热介质温位高低，将焙烧或燃烧过程生产的100℃左右的热烟气及沸腾层中850℃床层的热能称为高温废热；转化过程500―600℃的转化气的热能称为中温废热；干吸过程100℃左右循环酸的热能称为低温废热。就数量而言，高温废热占总热量的大部分，低温废热占总热量的20%―30%，通常，设置火管或水管废热锅炉回收高温废热产生蒸汽，蒸汽用于发电或直接应用；设置过热器、省煤器等设备回收中温废热，热中压饱和蒸汽转变为过热蒸汽和加热锅炉给水，提高了蒸汽的品质和产率。

目前，国内硫磺制酸高、中温位热能普遍得到回收；硫铁矿和冶炼烟气制酸高位热能也得到了回收利用，而受工艺条件的限制，中温位热能主要用于预热进转化工序的二氧化硫炉气以实现转化操作的自热平衡，只要少数企业在进转化器炉气（SO2）≥8.5%的条件下，回收中温位的热能；低温位热能回收的较少。目前，我国硫酸生产每吨硫酸副产蒸汽量平均为0.935t，废热回收率仅为60%―70%，冶炼烟气制酸企业则更低；而采用美国孟莫克公司技术（带HRS）产汽率可达1.65a

t，废热回收率超过90%。

1.5 工艺流程的简述

1.5.1原料工段

固体硫磺运至气库，采用人工上料式，通过一大倾角胶带式输送机将硫磺送至快速熔硫槽加料口处

1.5.2熔硫工段

来自原料工段的固体散装硫磺由胶带输送机送入快速溶硫槽内溶化，经融化后的熔融液硫自溢流口流至过滤槽中，由过滤泵送入带过滤剂预涂层的液硫过滤后流入液硫中间槽内，再由液硫输送泵送到液硫储槽内，液硫由液硫储罐经精硫泵送到焚硫转化工段的焚硫炉内燃烧，快速熔硫槽，助硫槽液硫贮槽，精硫槽等内设有蒸汽加热等，用

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段7

0.5-0.6MPa蒸汽间接加热使硫磺保持熔融状态，助滤槽内设有助滤剂硅藻土运到液硫过滤器上。

1.5.3焚硫及转化工段

液流由精硫泵加压经磺抢机械化而喷入焚烧，硫磺燃烧所需的空气经空气过滤器过滤后再经空气鼓风机加压，干燥后送入焚硫炉。

1.5.4干吸及成品阶段

空气鼓风机设在干燥塔上游，即硫磺焚烧及转化所需空气经过滤器过滤，鼓风机加压后竟如干燥塔塔底，用98%硫酸吸收掉空气中的水分，经塔顶除雾器除去酸雾后干燥空气进入焚硫炉，从干燥塔出来的浓度约为98%的硫酸流入干吸塔循环槽中，与来自第一吸收塔的吸收酸混合后，经干燥塔酸循环泵加压后送入干燥塔酸冷却器中，经冷却至约70度后送到塔顶进入喷淋。

1.6 塔设备及填料的选择

1.6.1塔的选择

吸收设备应满足以下要求：操作液气比大，气液两相接触良好，吸收速率打，设备阻力小，操作范围广，稳定，结构简单，维修方便。

常用吸收设备有填料塔，板式塔，筛板塔（包括泡罩塔，筛板塔和浮阀塔），喷射塔，旋流板塔，文丘里吸收器，喷洒塔等。在这么多类塔中，通过对比和经济性考虑，本设计选用填料塔

1.6.2填料选择

1.填料的作用

填料的作用是为气液两相提供充分的接触面积，加快吸收速率。生产中对填料的要求是：具有较大的比表面积，气、液接触面积大；自由空间（单位体积填料所具有的空间，m2/m3）,气体通过填料层的组力小；具有足够的机械强度；制造容易；具有良好的化学稳定性。

2填料的类型

填料一般用陶瓷、不锈钢、塑料、木材等制成。按形可分为拉西环，鲍尔环，阶梯环，矩鞍形、弧鞍形、波纹网填料等，其中拉西环经济，且堆放方便，材料耐腐蚀，故在此设计中选用钢性拉西环填料。

1.6.3节塔辅助设备

填料塔的辅助设备包括填料支撑装置、液体分布装置、填料压紧装置、液体收集及

陕西科技大学毕业论文8

再分布器、气（液）体进口及出口装置、除沫装置等塔内件，它与填料及塔体共同构成一个完整的填料塔。所有的塔内件的作用都是为了使气、液在塔内更好地接触，以便发挥填料塔的最大效率和最大生产能力，故塔内设计的好坏直接影响填料性能的发挥和整个填料塔的性能。

1、填料支撑装置根据对其的要求以及根据塔径、使用的填料种类及型号、塔体及填料的材质、气液流量等而决定选栅板型填料支撑装置。

2、根据该物系性质可选用管式液体分布器。

3、填料压紧装置分为填料压板和床层限制板两大类，而床层限制板用于金属散装填料，故选之。

4、通常将液体收集器与液体分布器同时使用，构成液体收集及再分布装置。可选斜板式液体收集器。

5、根据所选塔径大小选盘管式结构的进口及出口装置。

6、除沫装置是用来除去由填料层顶部逸出的气体中的液滴，安装在液体分布器上方。因内气速不大，工艺过程也无要求，故不设置除沫装置。

1.7泵的选型

在化工生产中，常常需要将流体从一个地方输送到另一个地方。当从低能位向高能位输送时，必须使用液体输送机械，为流体提供机械能，以克服流动过程中的阻力以及补偿不足的能量。通常，用于输送液体的机械称为泵。

流体输送机械依工作原理不同，可分为离心式、容积式（正位移式）和流体作用式三种类型。离心式机械是利用高速旋转的叶轮将能量传给流体，以增加流体的机械能，如离心泵、离心式通风机等。

根据本设计需要，选IS型单级单吸离心泵，型号为IS 50-32-125。

1.8换热器的选型

按照热量交换的方法不同，分为间壁式换热器、直接接触热器、蓄热式换热器三种。本设计选用间壁式喷淋蛇管式换热器，此种换热器的主要优点是结构简单，便于制造，便于防腐，且能承受高压。主要缺点是管外流体的对流传热膜系数较小。

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段 9

2 硫磺制酸吸收工段流程简介

成品酸贮罐

循环槽循环槽干燥塔在硫磺槽内蒸汽加热熔融的硫磺，和在干燥塔内硫酸吸取水风的空气，一起送到焚硫炉，硫磺和空气在炉内反应S+O 2=SO 2+Q ，生成的二氧化硫气体浓度可达9～11%，经过废热锅

炉回收余热后，在气体过滤器除去其中的粉尘。

制酸系统采用中间吸收技术。二氧化硫在转化器内的矾触媒的接触下，其催化氧化反应2SO 2=SO 3+Q 中间吸收的基础，是在两次转化的中间除去三氧化硫。由于三氧化硫得

出去，可是上述方程式平衡转向完全氧化一边。这样，可是总的转化率比没有中间吸收塔时要高的多。

流程中，炉气由过滤器出来，首先进入转化器一端触媒层。由于反应热的产生，气体温度上升，经蒸汽过滤器冷却后，送到二段触媒层反应。出来的气体经热交换器而入三段触媒反应。由第三段出来的气体经热交换器冷却后，送中间吸收第一次转化过程中所产生的三氧化硫气体。

及吸收SO 3以后的剩余气体从中间吸收塔出来，利用二，三段触媒出口炉气的热量

陕西科技大学毕业论文10

在热交换器内加热至410℃左右送入转化器的第四段触媒进行第2次转换。总的转化率在99.5%以上。四段出来的气体经省煤气冷却后送入最终吸收塔进行吸收。吸收后的尾气经丝网过滤器除去酸雾后放空。

干燥塔是干燥空气的，可采用93%硫酸以上的浓硫酸淋洒。中间吸收塔和最终吸收塔是吸收三氧化硫的，淋洒酸浓度98%～99%操作是不得超过99%以上的浓度。由于干燥和吸收都是吸热反应，出塔酸都需经酸冷却器冷去后才能返回塔内循环使用。具有中间吸收的制酸系统，基建投资虽然高些。但是塔能增加硫酸产量，可以使用较高的SO

气体浓度。因此，足以抵偿增加的投资费用。但是，采用中间吸收的主要意义，在于改善硫酸厂的环境。

2.1 三氧化硫吸收原理

三氧化硫与硫酸中的水结合是放热反应：

3(气)+H

O(液)==H

（液）+12.48kg（18℃）

大多数硫酸厂都是采用填料吸收塔用浓硫酸吸收三氧化硫。三氧化硫吸收过程是化学过程。表面上用硫酸吸收三氧化硫的过程似乎是物理过程，然而实质上三氧化硫被吸收并非单纯的物理溶解，它在生成的同时，放出大量的热，因此也属于化学吸收。2.2 吸收酸浓度的选择

在浓度低于98.3%的硫酸液面是水蒸汽和少量硫酸蒸汽存在，在吸收含气体混合物的同时，气体是与水蒸汽相互作用生成硫酸蒸汽。硫酸蒸汽生成后，气相硫酸蒸汽分压便大于酸液面上硫酸蒸汽压力，此时硫酸蒸汽会被酸吸收。由于水蒸汽的做用，故气体中水蒸气含量就会减少，使气相中水蒸汽分压比酸液面上的水蒸气压力低。因此，酸液中的水份不断向气体中蒸发。当水的蒸发速度大于硫酸蒸汽的吸收速度时，气相中硫酸含量便不断增多，直至超过其饱和含量于是产生硫酸蒸汽过饱和现象。如饱和度超过临界值，则硫酸蒸汽将会凝结成酸雾。硫酸浓度越低，淋洒酸温越高，则由于其中的水蒸气越多，生成的酸雾就越多。实践证明，用浓度低于98.3%很多的硫酸吸收时，当酸温生搞到某一数值（临界值），水的蒸发速度会大到足以使水蒸气和气像中的三氧化硫全部结合成酸雾，于是吸收过程完全终止。

硫酸浓度高于98.3%的浓硫酸，液面上有硫酸蒸气和三氧化硫蒸气存在，三氧化硫便不能被它吸收完全。因此，一部分会随尾气排出，与大气中水蒸气化合，形成酸雾。

年产33万吨硫磺制酸吸收工艺装置工段11

在实际生产中，不可能在整个过程中自始至终保持同一硫酸浓度。硫酸吸收了之后浓度相应提高。这就要求吸收酸浓度保持在某一允许的范围而不是某一个浓度。因此喷淋酸浓度控制在98%～93%，出塔浓度即使达到99%也是允许的。

本设计吸收采用98%的浓硫酸作为吸收剂。

2.3 高温吸收的工艺原理

为了避免吸收过程是酸雾的产生，可以采用高温吸收工艺。用提高表面温度的办法使塔低酸液面上的硫酸蒸气压力与进塔气体中的硫酸蒸汽分压接近，从而使气体中的硫酸蒸气能较慢地在酸液表面进行冷凝，避免在塔底因硫酸蒸汽过饱和度过大，产生冷凝而形成酸雾。

要判断在吸收过程是否会产生酸雾，要看硫酸蒸汽在过程是的过饱和度S值是否大于相应的临界过饱和度值。

硫酸蒸汽的过饱和度可以用式表示

S——硫酸蒸汽过饱和度；

P——气体中的硫酸蒸汽分压；

Ps——酸液面上的硫酸的饱和蒸汽压；

在实际生产中，需要控制过程的最大饱和度小于临界值。使冷凝过程可以再不产生酸雾的情况下进行。要对是否会发生空间冷凝进行理论计算是困难的。幸而生产中以有控制不使吸收过程中形成酸雾的成熟经验。最有效的降低蒸气最大饱和度的办法是提高冷凝表面温度，即采用提高吸收酸温度的高温吸收工艺。