年产700吨分析纯硫酸工厂吸收工段工艺设计

普通本科毕业设计(论文)说明书

课题名称 年产700吨分析纯硫酸工厂吸收工段工艺设计

摘要

分析纯硫酸是相当重要的化工材料之一，广泛应用于半导体领域，本设计是用液态三氧化硫为原料，通过加热器送入分析纯吸收塔进行吸收得到分析纯硫酸，很大程度简化了工艺进程，节约了投资费用，并且产品的质量高。

本次是年产700吨分析纯硫酸的吸收工段车间设计，介绍了分析纯硫酸生产的主方法和成熟的工艺流程。主要内容包括原料、吸收工段及主要设备的选择、环保措施、市场分析、车间布置设计、公用工程、经济效益、计算机在化工领域的应用等。完成化工设计中的每个设计过程，到达设计目标。通过分析后，设计经济合理并且技术很可靠，在设计进度中，还注重对三废分析处理方法。

关键词：分析纯硫酸 吸收塔 提纯

Abstract

AR Sulfuric acid is one of very important chemical material widely used in the semiconductor field, the design of liquid sulfur trioxide is used as raw material by the heater into absorber absorbs analytical analytically pure sulfuric acid, to a large extent simplified technology process, saving investment costs and high quality products.

This is an annual output of 700 tons of sulfuric acid absorption analytical section workshop designed to introduce the main methods of analytical grade sulfuric acid production and maturation process. The main contents include materials absorbing section and main equipment selection, environmental protection measures, market analysis, economic benefits. Complete chemical design of each design process, reach design goals. Through the analysis, design and technology is very reliable and economical, the progress in the design, it is also focusing on waste analysis approach.

Keyword: Analytical grade sulfuric acid Absorber Purify

目录

1 绪论 ........................................................................................................................................................... 1

1.1 概述 .................................................................................................................................................. 1

1.1.1 硫酸的发展历史 ................................................................................................................... 1 1.1.2 全球硫酸工业概况 ............................................................................................................... 2 1.1.3 我国硫酸工业概况 ............................................................................................................... 2 1.2 硫酸的性质 ...................................................................................................................................... 3

1.2.1 硫酸的分类 ......................................................................................................................... 3 1.3 物理性质 .......................................................................................................................................... 3

1.3.1 极性与导电性 ....................................................................................................................... 3 1.4 化学性质 .......................................................................................................................................... 4

1.4.1 腐蚀性 ................................................................................................................................... 4 1.4.2 脱水性 ................................................................................................................................... 4 1.4.3 强氧化性 ............................................................................................................................... 4 1.5 原料与产品 ...................................................................................................................................... 5

1.5.1原料 ........................................................................................................................................ 5 1.5.2 产品 ....................................................................................................................................... 6 1.6 硫酸市场分析 .................................................................................................................................. 6 2 工艺的选择 ............................................................................................................................................... 7

2.1 工艺生产方法 .................................................................................................................................. 7 2.2 工艺选择 .......................................................................................................................................... 7

2.2.1 蒸发工序 ............................................................................................................................... 8 2.2.2 吸收工序 ............................................................................................................................... 8 2.2.3 SO2脱吸工序 ........................................................................................................................ 9 2.3 工艺条件的选择 ............................................................................................................................ 10 3 物料衡算 ................................................................................................................................................. 11

3.1 设计依据 ........................................................................................................................................ 11 3.2 物料衡算 ................................................................................................................................... 11

3.2.1 吸收系统总物料衡算 ......................................................................................................... 11 3.2.2 吸收塔物料衡算 ................................................................................................................. 14 3.2.3 硫酸循环槽物料衡算 ......................................................................................................... 15 3.2.4 脱吸塔物料衡算 ................................................................................................................. 15

4 能量衡算 ................................................................................................................................................. 18

4.1 吸收塔的能量衡算 ........................................................................................................................ 18 4.2 硫酸循环槽的能量衡算 ................................................................................................................ 20 4.3 冷却器的能量衡算 ........................................................................................................................ 22 4.4 加热器的能量衡算 ........................................................................................................................ 24 4.5 脱吸塔能量衡算 ............................................................................................................................ 26 5 设备选型计算 ......................................................................................................................................... 29

5.1 换热器设计计算 ............................................................................................................................ 29

5.1.1 传热面积与结构尺寸 ......................................................................................................... 29 5.1.2 工艺结构尺寸 ..................................................................................................................... 30 5.1.3 核算总传热系数 ................................................................................................................. 30

5.2 加热器的选型计算 ........................................................................................................................ 33

5.2.1 传热面积 ............................................................................................................................. 33 5.2.2 工艺结构尺寸 ..................................................................................................................... 34 5.3 吸收塔设计计算 ............................................................................................................................ 34

5.3.1 填料的选择 ......................................................................................................................... 34 5.3.2 塔径的计算 ......................................................................................................................... 35 5.3.3 填料面积与填料高度计算 ................................................................................................. 35 5.3.4 液体初始分布器 ................................................................................................................. 37 5.3.5 除沫器与支承装置 ............................................................................................................. 38 5.3.6 蝶形封头与筒体 ................................................................................................................. 38 5.3.7 塔的总高度 ......................................................................................................................... 40 5.4脱吸塔选型计算 ............................................................................................................................. 41

5.4.1 工艺尺寸计算 ..................................................................................................................... 41 5.4.2 辅助设备选型 ..................................................................................................................... 43 5.4.3 塔总高度 ............................................................................................................................. 44 5.5 非标准设备选型 ............................................................................................................................ 44

5.5.1 储罐的计算 ......................................................................................................................... 44 5.5.2 泵的选择 ............................................................................................................................. 45

6 车间平面布置 ......................................................................................................................................... 46

6.1 车间布置依据 ................................................................................................................................ 46

6.1.1 生产车间布置 ..................................................................................................................... 46 6.1.2 生活区 ................................................................................................................................. 48 6.1.3娱乐区 .................................................................................................................................. 48

7 公用工程 ................................................................................................................................................. 49

7.1 供排水工程 .................................................................................................................................... 49 7.2 供电 ................................................................................................................................................ 49 7.3 消防安全 ........................................................................................................................................ 50 8 经济分析 ................................................................................................................................................. 51

8.1 劳动岗位定员 ................................................................................................................................ 51 8.2 设备与建筑投资表 ........................................................................................................................ 51 8.3 原料与产品包装投资 .................................................................................................................... 52 8.4 员工工资 ........................................................................................................................................ 52 8.5 经济评估 ........................................................................................................................................ 53 9 安全与环保 ............................................................................................................................................. 54

9.1 安全 ................................................................................................................................................ 54 9.2 环保处理 ........................................................................................................................................ 55 10 计算机在化工设计中的应用 ............................................................................................................... 56 结束语 ........................................................................................................................................................... 57 致谢 ............................................................................................................................................................... 58 参考文献 ....................................................................................................................................................... 59

1.1 概述

1 绪论

硫酸是非常重要的化学产品之一。硫酸用处的广泛性主要由性质来决定，硫酸主要用于制作化学肥料、合成纤维、染料料、助剂、冷冻剂、食品添加剂以及石油的提炼、有色金属的炼制，和钢铁、医药和化学工业[1]。

在以往的三十年里，我国硫酸工业的发展有着很大的进步，其中突出的表现是在硫酸工程设计当中项目较多、科学技术水平较高、质量也好、社会效益和经济效益明显。在国自己设计的大型、小型的分析纯硫酸工程遍及全国，而且参与了一部分超大型的硫酸工程的设计，还通过从国外引进先进的分析纯硫酸工程技术。根据硫酸工程设计的进步，我国硫酸工业的科学技术有着非常大的改进。用途于制造无机化学肥料，以及基础化工原料用于有色金属的提炼、无机化学物的制作和石油化工、无机盐化工、有色金属精炼、染料化学肥料的制作、石油提炼，以及纺织印染国防科学技术物品的制作和现代化工科学技术、油工业、合成工业以及国防军工、制革、药医农药、炼焦等工业部门[2]。

分析纯硫酸工程因所用的原料的差异而不一样，所选工艺必须与设备、原料能够相对应的，往年我国以工业硫酸为主体，在往后当长的时间内，这状况将会有较大改变；以工业硫酸通过精馏提纯生产分析纯硫酸，是我国试剂硫酸工业的主要生产方法，随着技术的改进，,不断出现的新建工程开始从环境保护、经济效益和生产难易程度考虑，选用高纯度三氧化硫气体通过吸收塔吸收得到试剂硫酸，以吸收法来制造分析纯硫酸的工艺工程，也有新的发展，一般情况下，吸收法制取分析纯硫酸比蒸馏法更加节能，而且经济效益高。

1.1.1 硫酸的发展历史

在中国古代，硫酸就被人们称为“绿矾油”。硫酸最早出现在公元7世纪，阿拉伯的一位贾比尔采用干馏硫酸亚铁固体制得硫酸。在前对化工有过分析的人，比如加比尔、伊本等等，并且写了和硫酸以及其他有关的矿物品分类；还有一些人，比如西拉医师、拉齐·，主要注重于硫酸的种类和它们在医学及其他领域上的价值[2]。

在18世纪，英国的物理学家Bohnn Rdolf Glaber把硝酸钾与硫混合在一起预热生产得硫酸。在生产的过程中，硝酸钾可以分解并且把硫氧化让其与水混合而变成硫酸的三氧化硫（SO3），随后，在1736年，伦敦的药剂师Joshua Ward用这个方法大规模的生产硫酸。

在19世纪80年代，硫酸的制取主要使用如下的工艺：黄铁矿通过灼烧变为硫酸亚

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铁，之后继续灼烧，就可以在380℃下发生分解反应，得到可以生产硫酸的三氧化硫了。但是此过程的成本非常大，从而阻碍了浓硫酸的广泛运用，根据萧·道尔顿在1708年分析得到的硫酸分子图，由于硫酸中有一个硫原子位于中心位置并而和三个氧原子构成共价键。

在接下来的时间里，到了1931年，德国生产醋的化学家Mergrine Thillis分析出干吸法生产硫酸，不仅能够更低成本生产出三氧化硫和硫酸，而且这种生产方法在如今已经广泛运用了。

1.1.2 全球硫酸工业概况

不仅硫酸是传统的无机基本化工材料，而且17世纪晚期规模工业化生产以来，根据纺织工业、油漆的兴起而且迅速发展，即随原油化工、助剂工业、有色冶金、添加剂和国防工业、重工业和相关工业的不断发展[2]。因为发展工艺回收了95％以上的热量供应与产生蒸汽来发电，而且还可以向装置外提供电源，所以成为了清洁生产工艺的新型企业，不仅硫酸工艺技术和材料、设备不断演变和发展，尤其是过去几年以节能和环境保护为依据的变革，让硫酸工艺和设备有了巨大的改变，而MCS和Outle等热量回收工艺流程是相当热门的技术，。当前全国分析纯硫酸工程不断向着大型化规模的进步，60％的硫酸主要是磷酸制取，并且有一部分用于重要金属的制造，因为工业部门的规模的大型化，所以要求配套的分析纯硫酸工程也大型化，而且有色金属炼制工程的规模也需配套大型化。反正，这些工业部门生产大型化带动了分析纯硫酸工程的大型[2]。

1.1.3 我国硫酸工业概况

随着国的经济迅速的发展，尤其是有重工业和轻功工业的不断增长并且带动了硫酸工业的快速进步。直到2l世纪中期，建成 了许多大型的以硫磺或硫铁矿为原料的企业，以冶炼烟气为原料的大型硫酸铵、铜与硫酸工程等有色金属冶炼配套的建设，许多大型、中企业得到了改造，其规模也不断扩大化不断发展。相应的建设大型的分析纯硫酸装置。虽然建成的规模大型的企业的总生产能力的比重将不断增高，但是大型硫酸设备慢慢的转变为我国硫酸工业的主要部分，以硫磺制酸为主体，以冶炼烟气生产酸较少。在待建项目建成后，顺应了硫酸工业发展方向的需要 [2] 。

众所周知，在我国硫酸工业技术的水平有了翻天覆地的变化，我国不但在自主研发建设许多硫酸设备，而且还引进了许多先进的关键设备、硫酸装置、热回收技术、助剂和胶黏剂等，大大提高了我国硫酸工业技术和设备安装水平都得到了提高，还不断研发研制，不断开发新设备、新工艺、新设备也得到广泛应用，而且是靠增加以硫铁矿为原料干吸法制作的硫酸，回收冶炼烟气中的二氧化硫制取硫酸，并且生产能力规模不断扩大，但是以硫铁矿为原料生产硫酸的能力还是很大。硫铁矿制酸技术虽然复杂，再加上

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