硫磺制酸过程物料、能量衡算.doc

PAGE 1 任务2 硫磺制酸过程物料、能量衡算 知识目标：熟悉硫磺制酸的步骤、原理。 技能目标：能用Excel核算硫磺制酸过程中的典型工艺参数和主要消耗指标。 以硫磺为原料的制酸过程，其特点是炉气无需净化，经适当降温后，便可进入转化工序，再经吸收即可成酸。该过程无废渣、污水排出，流程简单，因此，对建厂地区适应性广。 硫磺制酸流程见图5-2-1。 图5-2-1 硫磺制酸生产流程图 1-焚硫炉；2-废热锅炉；3-省煤-过热器；4-第二过热器；5-转化器；6-第一换热器；7-第一吸收塔； 8-第二吸收塔；9，10，14-冷却器；11，12，15-酸贮槽；13-干燥塔；16-鼓风机 空气经鼓风机加压后送入干燥塔，用浓硫酸干燥。干燥空气在焚硫炉内与喷入的液体硫磺反应，生成含有二氧化硫的气体——炉气。高温炉气直接进入废热锅炉，气温降到适合于进转化器催化剂所需的反应温度后进入转化器。转化采用两次转化工艺。一次转化时，气体分别通过一段催化剂床层、第二过热器、二段催化剂床层、第一换热器Ⅰ、三段催化剂床层、第一换热器Ⅱ，再进入第一吸收塔。经过一次吸收后的转化气再次通过第一换热器Ⅰ（壳程）、第一换热器Ⅱ（壳程）、再进入转化器第四段催化剂床层进行第二次转化。从转化器四段出来的最终转化气进入过热-省煤器冷却后进入第二吸收塔，用浓硫酸将第二次生成的三氧化硫吸收，吸收后的尾气通过烟囱排入大气。 ☆思考：硫磺制酸过程由哪几个步骤组成的？其中哪些地方涉及到能量回收利用？ 一、计算熔硫釜的蒸汽消耗量 工业硫磺呈黄色或淡黄色，有块状、粉状、粒状或片状等，有特殊臭味。单质硫有几种同素异形体，主要有菱形硫，熔点112.8℃；单斜硫，熔点118.9℃；纯粹的单质硫，熔点120.0℃。根据液硫粘度特性，当温度为120℃～150℃液硫的粘度较小，其流动性较好，低于或高于此温度范围粘度急剧升高，实际生产过程中，熔硫通常采用0.5MPa的饱和蒸汽间接加热，固体硫磺在搅拌作用下快速熔融，液硫的输送管线阀门均具有蒸汽夹套保温，以防液硫凝固并保持其流动性，便于输送。 例5-2-1 若加入熔硫釜中的硫磺温度为常温t0，熔硫采用0.5MPa的饱和蒸汽，最终将硫磺加热至140℃的液态硫磺，假设熔硫釜的热效率?1为95%，试计算处理1000kg硫磺需多少kg0.5MPa的饱和蒸汽？ 解：以1000kg硫磺为计算基准，以整个熔硫釜为体系 假设蒸汽消耗量为mkg，则由稳流体系能量平衡方程可得： ?1m?h蒸汽+?H硫磺=0 由水蒸气查得：?h蒸汽= ?2108.5 kJ/kg 而硫磺由常温（取t0=25℃）被加热至140℃的液态，其经历的过程如图5-2-2所示。 图5-2-2 硫磺加热过程示意图 由图5-2-2可得： ?H硫磺=?H1+?H2+?H3、、?H2=n?hv、 查有关手册可得： cp, s=14.90+29.12?10?3T kJ/(kmol?K) ?hv=1727kJ/kmol cp, l=45.032?16.636?10?3T kJ/(kmol?K) n=1000/32=31.25kmol 将上述数据代入?H1、?H2、?H3的计算式得： =7.321?104 kJ ?H2=n?hv=31.25?1727=5.397?104 kJ =2.528?104 kJ 上述?H1、?H3的计算可采用Excel完成，如采用自定义函数JSHeat便可方便地进行计算，具体处理过程如图5-2-3所示。 图5-2-3 利用Excel计算焓变 ?H硫磺=?H1+?H2+?H3=7.321?104+5.397?104+2.528?104=15.246?105 kJ 蒸汽消耗量m为： 对于实际生产过程中熔硫釜蒸汽消耗量，可根据硫酸产量、硫磺纯度、SO2的转化率、SO3的吸收率等数据进行计算。 如：年产400kt纯硫酸装置，若硫磺纯度、SO2的转化率、SO3的吸收率分别为0.995、0.996、0.995，一年按300天计，则该硫酸装置每小时原料硫磺消耗量为： 蒸汽消耗量为： 76.11?10?3?1.8397?104=1.4002?103 kg/h ☆思考：如何根据硫磺用量，硫磺起、终点温度，计算加热蒸汽消耗量？ 二、根据生产任务，计算原料硫磺、空气、水的消耗量 在整个硫磺制酸过程中，所涉及的化学反应较少，主要反应如下： （1）焚硫炉中的反应 S+O2==SO2 （5-2-1） （2）转化器中的反应 （5-2-2） （3）吸收塔中的反应 SO3+H2O==H2SO4 （5-2-3） 将上述三个反应合成一个总反应： （5-2-4） 例5-2-2 试计算年产400千吨纯硫酸的装置，原料硫磺、空气、水的理论消耗量。 解：以1000kg纯硫酸