硫酸工业催化氧化工段设计

四川理工学院毕业设计年产8.0万吨硫酸转化工段初步设计学生：张小强学号：05031010122专业：化学工程与工艺班级：工艺2005.1指导老师：陈虹四川理工学院材料与化学工程学院2009年6月四川理工学院毕业论文(设计)中文摘要I 摘要硫酸广泛应用于化肥工业、钢铁工业、轻工和纺织业等。

其中硫酸的最大消费者是化肥工业。

本设计是年产8.0万吨接触法生产硫酸初步设计，对接触工段物料和热量做了详细衡算，并对中间换热器做了设计和选型。

关键词：化肥，硫酸，接触法The Preliminary Ddesign of Annual ProductionCapacity of 80,000 Tons of Sulfuric Acid's intoSectionABSTRACTThe sulfuric acid widely applies in the fertilizer industry, the iron and steel industry, the light industry and the textile industry and so on. And the sulfuric acid biggest consumer is the fertilizer industry.The design is an annual output of 80,000 tons production of sulfuric acid exposure to the preliminary design process by contact process, the contact section of material and heat had been balance in detail, and the middle of heat exchanger had been designed and selectioned.Key word: Fertilizers, sulfuric acid, contact processII目录摘要 (I)ABSTRACT .......................................................................................................................................................... I I第一章总论 (4)1.1 硫酸的性质、用途 (4)1.1.1 硫酸的性质 (4)1.1.2 硫酸的用途 (4)1.2 硫酸的工业发展 (5)1.2.1 硫酸的工业现状 (5)1.2.2 硫酸工业的未来 (8)第二章生产方案的确定 (12)2.1硫酸的生产原理 (12)2.1.1硫酸生产方法及其原理 (12)2.1.2接触法制硫酸主要工艺流程 (13)2.1.3设计流程的确定 (13)第三章工艺计算 (15)3.1 物料衡算 (15)3.1.1 设计依据 (15)3.1.2 物料衡算 (15)3.2 能量衡算 (17)3.2.1转化器各段出口温度的计算 (17)第四章设备尺寸计算及选型 (20)4.1转化器尺寸及触媒用量计算 (20)4.1.1 触媒用量的两种确定方法 (20)4.1.2 触媒用量的确定 (21)4.1.3 转化器尺寸计算 (22)4.2中间换热器的选型 (22)4.2.1换热器Ⅰ的选型和校核 (23)4.2.2 换热器Ⅳ选型 (38)4.2.3 换热器Ⅲ选型 (40)4.2.4 换热器Ⅱ选型 (42)设计总结 (44)参考文献 (45)致谢 (46)附录 (47)III第一章总论1.1 硫酸的性质、用途1.1.1 硫酸的性质[1]硫酸：分子式H2SO4分子量：98相对密度：98%硫酸为1.8365(20℃)93%硫酸为1.8276(20℃)熔点：10.35℃沸点：338℃纯品为无色、无臭、透明的油状液体，呈强酸性。

市售的工业硫酸为无色至微黄色，甚至红棕色。

有很强的吸水能力，与水可以按不同比例混合，并放出大量的热。

为无机强酸，腐蚀性很强。

化学性很活泼，几乎能与所有金属及其氧化物、氢氧化物反应生成硫酸盐，还能和其他无机酸的盐类作用。

在稀释硫酸时，只能注酸入水，切不可注水入酸，以防酸液表面局部过热而发生爆炸喷酸事故。

浓度低于76%的硫酸与金属反应会放出氢气。

1.1.2 硫酸的用途[1]用于染料中间体，医药，农药，塑料，化纤，制革，洗浆和颜料，还可用作脱水剂，气体干燥剂。

硫酸的最大消费是化肥工业，用以制造磷酸、过磷酸钙和硫酸铵．西方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4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 硫酸的工业发展1.2.1 硫酸的工业现状[2]一、生产及消费现状：硫酸作为重要的基本原料，广泛用于化工、轻工、纺织、冶金、石油化工和医药等行业，其在化肥方面的消费量约占总消费量的70％。

因此，化肥工业的发展直接影响硫酸行业的发展。

近年来我国硫酸工业发展速度较快，硫酸年产量由1995年的1684.58万t(折100 ％)发展到了2001年的2651.34万t(折100％)，1995-2002 年间硫酸产量年平均增长率达到了8.11%。

表1-1 近几年我国硫酸生产情况万t年份产量(折100％) 年份产量(折100％)1995 1684.58 2001 2651.341996 1756.67 2002 3051.201997 1797.28 2003 3371.201998 1911.35 2004 3994.601999 2029.09 2005 4625.002000 2365.04 2006 5044.00目前我国共有硫酸生产企业600多家，其中小型硫酸厂占80％左右，产量占总产量的55％左右，其生产工艺、设备和环保等技术水平相对比较落后，原材料消耗高，设备效率低，环境污染较严重，经济效益较差，与大型企业相比仍有相当大的差距，严重影响了这些企业的市场竞争力。

硫酸生产路线有硫磺制酸、烟气制酸、硫铁矿制酸和石膏制酸等。

我国硫酸生产多年来一直是以硫铁矿为主要原料，而国外基本上是以硫磺为生产原料。

硫磺制酸较硫铁矿制酸，在环境保护、生产成本以及生产操作等诸多方面存在一定的优势。

近年来，我国硫磺制酸发展也比较快。

1995年硫铁矿制酸所占比例约为80％，1998 年下5降到约60％，到2001年，比例下降到40％左右。

同时，硫磺制酸所占比例由1995年的1.5%左右增加到2001年的30％左右。

硫磺制酸工业发展速度较快主要是受进口硫磺价格低、国内硫铁矿资源紧张等因素的影响。

表1-2 2006年全国硫酸产量万t制酸品种2006年产量占总产量比例%全国产量5044.00 100硫磺制酸2233.00 44.3冶炼烟气制酸1163.00 23.1硫铁矿制酸1593.00 31.6其他550.00 1.0我国硫酸主要生产企业有：鲁北企业集团总公司、铜陵有色金属集团公司、江西铜业公司、四川省什邡蓥峰实业总公司、四川宏达集团有限公司、聊城市鲁西化肥厂等数十个公司。

我国硫酸的主要消费构成：表1-3 2001年我国硫酸主要消费构成%消费领域消费比例化肥70化工和轻工8纺织 3冶金、石油等19合计100我国是农业大国，随着农业和化学工业的发展，化肥产量增长很快，硫酸产品消费量也将随之增加。

从1995~2002年我国硫酸及发烟硫酸进出口情况分析，靠国内自身所生产的硫酸产量还满足不了国内对硫酸产品的需求，需要有一部分进口作为补充，其补充的数量在逐年增长。

1995- 2001年，硫酸及发烟硫酸净进口量由4.61万t 增加到了95.71万t，净进口量逐年递增，其平均年增长率远高于产量平均年增长率。

因此，在我国，未来几年对硫酸产品的需求缺口将逐年递增。

6表1-4 近年我国硫酸及发烟硫酸进出口情况万t年份进口量出口量净进口量1995 5.34 0.73 4.611996 7.55 0.65 6.91997 12.89 0.53 12.361998 29.72 0.52 29.21999 26.25 0.56 25.692000 36.75 0.58 36.172001 96.23 0.52 95.71 2002（1-9月）138.34 0.91 137.43在我国硫酸工业的发展中，应尽快调整硫酸企业的规模结构。

近几年来，在进口硫磺价格较低的带动下，我国硫磺制酸工业发展较快，现在硫磺制酸的比例已达到了30％左右，改变了以硫铁矿制酸的中小型企业为主体的状况。

我国应尽一步发展硫磺制酸，在沿海地区有选择地建设硫璜制酸装置，充分利用低价位的进口硫磺原料，使我国硫磺制酸生产能力占到硫酸工业的45％左右为宜。

同时保持硫铁矿制酸的生产比例，避免国际硫磺市场对我国硫酸行业的冲击。

改中小企业为大型企业，发挥规模经济的优势。

为满足我国对硫酸逐年递增的需求量，有计划地新建一些硫酸生产装置，并充分考虑到选地、与磷肥基地相配套等因素，生产规模上应在15万t/a以上为宜。

二、发展建议1．稳定硫铁矿制酸随着冶炼烟气制酸以及硫磺制酸的发展，我国硫铁矿制酸的产量在总产量中将下降到50 %左右，到2005 年，其年产量基本稳定在1300 万～1400 万吨。

对现有大、中型硫铁矿制酸能力暂不能盲目改为硫磺制酸，主要是采取积极措施解决对水质的污染问题，降低硫铁矿制酸成本，增强竞争力；同时积极推广沸腾炉焙烧硫磺技术，在世界硫磺价格适合时，部分矿制酸装置以硫磺为原料生产硫酸，既减少了改造投资，充分利用了世界硫资源，又能为硫磺价格的大幅度波动留有退路。

2．积极稳妥地发展硫磺制酸我国硫磺资源较少，硫磺年产量多年来维持在30万吨左右，根据有关部门预测，我国在今后的10～15 年内，为满足国内对油品的需求，进口原油量将达到1亿吨，7而且大部分为中东高硫原油，在加工过程中必然会产生大量硫化氢气体；同时内地炼厂对原油的深度加工，也会副产大量酸性气体，因此，在可预见的将来，我国回收硫磺的总产量会有较大幅度的增长。