1、精選優質文檔-傾情為你奉上精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業專心-專注-專業精選優質文檔-傾情為你奉上專心-專注-專業年產10萬噸硫酸工藝設計摘 要硫酸可以由硫鐵礦焙燒生成二氧化硫，通過二氧化硫的進一步催化氧化生成三氧化硫，最后用濃硫酸吸收三氧化硫制得硫酸。本設計是年產10萬噸硫酸工廠的設計，主要進行了工藝計算、設備選型，并繪制了工藝流程圖、部分工藝物料流程圖、全廠平面布置圖、車間的立面圖和平面圖。關鍵詞：硫鐵礦，硫酸生產， 工廠設計The Factory of Sulfuric Acid WhoseOutput is 100,000 Tons Per YearABSTRACTThe

2、sulfuric acid can be baked by the sulphur iron mine to burn born sulphur dioxide, The further catalyst which passes sulphur dioxide oxidizes born three oxidize sulphur, Finally absorb with the oil of vitriol three oxidize sulphur system sulfuric acid. This design is the year produces 100,000 ton sul

3、furic acid factory of design. It include the main equipment computation and the shaping in the technical process, entire factory floor-plan, s various workshops elevation and horizontal plan.KEY WORDS: pyrites，sulfuric acid production，plant design目 錄 TOC o 1-1 h z t 標題 2,2,標題 3,3,樣式2,2,樣式3,3 1 總論1.1

4、 項目依據1.1.1 課題背景硫酸是一種十分重要的基本化工原料，其用途廣泛，涉及到國民經濟各個工業部門和人們生活的各個方面，曾被譽為“工業之母”，并以其產量高低作為衡量一個國家國民經濟發展水平的標志之一。在我國其產量的2/3用于制造磷肥，另外1/3則用于國民經濟的其它行業。近幾年來我國高濃度磷復肥發展帶動了硫酸需求量的增加，其它用酸行業的發展也使硫酸需求量增加。1.1.2 硫酸的用途及規格硫酸是重要的化工產品，用途十分廣泛。硫酸用于生產磷肥(過磷酸鈣)和氮肥(硫酸銨)，其消耗量幾乎占硫酸產量一半以上；在有機化工、纖維、塑料、染料以及農藥的生產中都需要硫酸；無機化工，如磷酸、氟氫酸、硼酸等無機酸

5、及硫酸鹽、磷酸鹽、鉻酸鹽等無機鹽的生產，也用硫酸；在國防和原子能工業，硫酸用于制造各種無煙炸藥、從鈾礦中提取鈾；冶金工業的金屬精煉、石油工業的產品精制等。世界硫酸產量1950年為2 780萬，1960年為4822萬噸，1970年為9107萬噸，1997年達到563萬噸。1997年美國的硫酸產量4 515萬噸，我國為1 991萬噸，位居第二。工業硫酸是指S03與H2O以一定比例混合而成的化合物，分為稀硫酸(H2S04含量65和75%)、濃硫酸( H2S04含量92.5和98%)和發煙硫酸(游離S03含量20%)。國家標準規定的硫酸產品規格如表11所示。1.1.3 硫酸產業概況及需求現狀進入200

6、6年，隨著下游行業開工率的提高和市場需求的逐步放大，行業繼續保持著快速的增長勢頭。截止到2006年1-4月，我國硫酸(折純)產量、表觀消費量、進口和出口數量分別為1513.6萬噸、1590萬噸、76.6萬噸和0.1萬噸，同比增長率分別為10.1%、11.1%、33.9%和12.3%。以磷肥用酸為基準測算我國硫酸產量。預計2007年全國1.磷肥產量1260萬噸，比2006年僅增長5%，其它工業用酸增長5%，以此測算，2007年我國硫酸表觀消費量5500萬噸；化肥用酸占總消費量70%，其它工業用酸占總消費量30%。由于國際有色金屬價格在高位運行，2007年我國冶煉酸產量將達到1200萬噸；大型硫鐵

7、礦制酸以硫鐵礦渣為盈利增長點，經濟形勢將優于硫磺制酸，部分硫磺制酸企業將進一步減產；同時，部分生產成本高、環保條件差的小規模裝置趨于淘汰，這將有助于我國硫酸工業的整體結構的改善和調整，增強硫酸企業自身的綜合競爭力。1.1.4 當代硫酸工業的特點及發展趨勢世界硫酸工業的發展，主要表現在擴大生產規模，采用先進技術，節約能源，提高勞動生產率和消除環境污染等方面。60年代，采用了兩吸兩轉新技術，使二氧化硫總轉化率提高到99.8以上；為加強生產，提高進入轉化器二氧化硫濃度；采用提高余熱利用效率及將傳統的柱狀催化劑改為環狀催化劑，改進設備結構及減小系統阻力等措施；開發了硫酸尾氣治理工藝，使排入大氣的二氧化

8、硫含量降至10-4以下；在生產規模和設備上采用大型化，從而降低了成本，取得了顯著的經濟效益。硫酸工業的技術發展趣勢，主要有以下幾個方面：1) 提高SO2 氣體的濃度，強化設備，降低投資；2) 降低系統阻力；3) 采用耐腐蝕材料，保證設備可靠運轉；4) 提高余熱利用效率；5) 消除污染；6) 生產設備大型化和集中化；7) 采用電子計算機控制技術；8) 改進冶煉煙氣制酸技術；9) 加速新技術的開發與研究。1.2 產品性質、用途及規格（1）性質：硫酸相對分子量或原子量：98.07； 密度：1.834（98%）熔點（）：10.49； 沸點（）：338（2）性狀：純品是無色油狀液體。工業品如含有雜質，則

9、呈黃、棕等色。（3）溶解情況：溶于水。用水稀釋時，應將濃硫酸慢慢注入水中，并隨時攪和。勿將水注入硫酸，以防濃硫酸猛烈地飛濺，引起事故。（4）用途：應用很廣，如制造硫酸鹽、合成藥物、合成染料、合成洗滌劑、金屬冶煉等。在有機合成中用作脫水劑和磺化劑。金屬、搪瓷等工業中用作酸洗劑。石油工業中用作精煉石油制品。粘膠纖維工業中用于配制凝固浴。（5）包裝及貯運：用專用槽車(船)裝運，或用陶瓷壇(或其它耐酸包裝物)包裝，每壇凈重45kg。酸壇置于木箱內，周圍填草、刨花或細爐渣等物，壇口用耐酸材料密封每批出廠硫酸都應附有質量證明書。包裝上應有明顯的“腐蝕性物品”標志。（6）其他：有很強的吸水能力。使棉麻織物、

10、木材、紙張等碳水化合物激烈脫水而炭化。為無機強酸，腐蝕性很強，化學性很活潑。幾乎能與所有金屬及其氧化物、氫氧化物反應生成硫酸鹽，還能和其它無機酸的鹽類作用。（7）產品規格見表1-1表1-1 工業硫酸規格（GB53489）指標濃硫酸發煙硫酸92.5 98200.10 0.100.100.031.3 設計原則（1）遵守法則，法規，貫徹黨的基本建設方針，實事求是，因地制宜（2）合理利用國家資源和財產，最大限度的發揮硬件設施的內在潛力，節約土地，減少投資，降低成本；（3）采用成熟的、先進的工藝流程，設備，學習先進的生產技術，努力實現自動化、現代化提高產品的科技含量；（4）盡可能使生產設備大型化和集中化

11、，采用耐腐蝕材料，保證設備可靠運轉；（5）盡可能創造良好的勞動條件，以利于勞動工人的身心健康；1.4 設計任務包括硫鐵礦制酸的工藝流程設計，物料衡算及熱量衡算，主要設備的計算和選型，畫出工藝流程圖，全廠平面圖以及車間平面、立面布置圖。1.5 工廠組織與勞動定員1) 工廠體制及組織機構工廠為股份所有制企業主要管理人員：總經理（廠長），副總經理（副廠長）（2名）下屬部門：生產部，后勤保障部（下屬倉儲，能源保障，技術保障等多個單位），銷售部，財務部，行政人事部等。2) 生產班制及定員工廠生產車間將實行三班制，其他部門將實行一班制。工廠員工總數為120人，其中生產人員60人，生產人員當中技術人員為30

12、人，比例為50%。同時還會不定期的雇傭一部分臨時工以應付生產和出貨高峰期。3) 工作制度正常工作日采用四班三運轉，法定假日和星期假日采用輪換倒班制度，連續工作制：工作日=365設備維修日 =36565 =300(天)4) 人員的來源和培訓人員主要在人才市場以及相關學校招聘培訓分兩部分，入廠培訓由工廠行政人事部門組織培訓，高級培訓，如高等工藝培訓，企業管理培訓將與有關院校合作培訓。1.6 資金籌措本廠建立的資金籌備上，將采取三步分，一部分自籌，再吸引一部分投資，以及一部分銀行貸款，在工廠建成投產后，將發行一部分內部股份吸收內部員工入股，在快速還清銀行貸款的同時起到增加員工的歸屬感和提高員工的勞動

13、積極性的作用。1.7 環境保護與綜合利用化工設計必須在全面規劃、合理布局、綜合利用、保護環境、防止污染反面全面考慮。根據國家經委、國家計委頒發的建設項目環境保護管理辦法，從事對環境有影響的項目都必須執行環境影響報告的審批制度，執行防治污染及其它公害的設施與主體工程同時設計、同時施工、同時使用的“三同時”制度。化工設計應符合國家現行的有關標準和規范。有關環境質量標準有：（1）地面水環境質量標準-GB3838-88；（2）環境空氣質量標準-GB3095-96；（3）城市區域環境噪聲標準-GB3096-93；（4）工業企業廠界噪聲標準-GB12348-90；（5）車間空氣中有害物質的最高允許濃度；（

14、6）居民區大氣中有害物質的最高允許濃度；（7）污水綜合排放標準-GB8978-96；（8）鍋爐大氣污染物排放標準-GB13271-91；（9）大氣污染物綜合排放標準-GB16297-1996。經處理過的排入城鎮排水管道的工業廢水和生活廢水，應符合：（1）水文不高于40；（2）不產生易燃易爆和有毒氣體；（3）不傷害養護人員；（4）對病原體必須嚴格消毒滅菌；（5）有毒物質最高容許濃度應符合工業“三廢”排放試行規定。 對于廢渣一般采用填埋、焚化、堆肥前應取得衛生部門的同意，不允許污染水源土壤。局部派出的有害氣體應凈化回收后再向大氣排放。1.8 勞動安全衛生工業衛生包括防塵防毒、防暑降溫、防寒防濕、防

15、噪音、振動控制等，對于一般化工廠有一定的規定。根據車間對勞動保護的設計規范工業企業設計衛生標準TJ36-79規定：浴室：衛生等級為一級、二級的車間應設車間浴室，三級在車間附近貨場去附近設集中浴室，四季可在居住區設集中浴室。可能引起經皮膚吸收急性中毒的車間一設事故淋浴。更衣室：一級車間的存衣室，便服、工作服應分別存放。二級車間的存衣室，便服、工作服可同室存放。三級車間的存衣室，便服、工作服可同室存放，存放室和休息室和并設置。四級車間的存衣室和休息室和并設置，可在適當地點存放工作服。易沾染經皮膚吸收的有毒氣體的車間，設置洗衣房。2 廠址選擇2.1 建廠依據根據各行業發展的需求，以及國際市場的需求，

16、經省政府有關部門的批準，新建廠的廠址擬選在陜西鎮安。 新建廠的主要原料，由安徽省池州市金森礦業有限公司長期提供,該公司是中型硫鐵礦山企業，公司地處安徽省池州市劉街鄉，距長江碼頭20公里，距銅陵火車站65公里，水路、鐵路運輸方便。硫鐵礦資源豐富，已探明地質儲量320萬噸，工業儲量280萬噸。2.2 指導方針 （1）遵守國家的政策規定；（2）符合城市規劃和工業布局；（3）利于生產，便于生活；（4）對環境不會造成威脅；（5）合理利用資源；（6）節約投資，留有余地。2.3 選廠經過廠址選擇工作組（又設計部門與工業局主管組成）依據省市委指示，經過多方磋商，考慮到地勢、交通、協作等問題，作為大型的化工原料

17、生產基地，廠址定在陜西鎮安。主要理由如下：（1）本化工廠是危險系數較大的化工廠，必須要遠離城市，以免有產品外泄，給環境造成不可挽回的破壞，且本廠對環境有一定的污染，主要為空氣污染，在廠的周圍有大面積的森林，防止酸雨產生。（2）工業布局符合安全環境保護要求，地勢平整，減少了三通一平的工作量，且排水良好；（3）有可靠的供電網，輸、供電系統；（4）廠址附近有豐富的勞動力資源，有充足的施工力量、建筑材料供應，有充足的施工、設備組裝、堆放場地。 （5）廠址周圍交通便利，靠近鐵路，有利于原料的運輸。2.4 環境保護及廢物處理隨著世界特別是我國環境的明顯惡化，國民的環境保護意識逐步提高，為了我們生存環境，為

18、了我們自己，為了我們的子孫后代，必須保護環境。對污染源、廢水、廢氣、廢渣、噪音粉塵煙等的具體防止和處理方法主要依據環境保護法及相應的可行性研究、環保報告和初審意見來確定。3工藝流程的選擇和簡介3.1 硫酸生產的原料 生產硫酸的原料主要有硫磺、硫鐵礦、硫酸鹽及含硫工業廢物。 硫磺是理想原料(含硫99.5%)，原料純，流程簡單、投資少、成本低。世界上天然硫礦主要分布在美、日、意、墨西哥等國。石油化工的發展，可從石油、天然氣中回收硫。 硫鐵礦是世界上大多數國家生產硫酸的主要原料。分有普通硫鐵礦、浮選硫鐵礦和含煤硫鐵礦。普通硫鐵礦有金屬光澤，呈金黃色，又稱黃鐵礦，是硫化物中分布最普遍的礦物，含硫25%

19、-52%，含鐵35%-44%。浮選硫鐵礦是浮選銅或鋅、錫的廢礦，又稱尾砂，其含硫量一般為35%；煤硫鐵礦一般含硫35-40%，含碳10-20%。 硫酸鹽有石膏(CaSO4)芒硝(Na2SO4)和明礬石KA13(OH)6(SO4)2等，這些原料生產硫酸，還可生產其它產品。如用石膏生產硫酸和水泥，芒硝生產硫酸、純堿,明礬石生產硫酸和鉀肥。 含硫廢物指冶金廠、石油煉制副產氣及低品位燃料燃燒廢氣中的S02，煉焦的焦爐氣和合成氨廠半水煤氣中的H2S，及金屬加工的酸洗液、煉廠的廢酸與廢渣。 采用哪種原料生產硫酸，取決于原料的來源和價格。我國1997年硫酸，以硫鐵礦制酸占71.52%，冶煉煙氣占21.53%

20、，硫磺占5.44%，石膏占1.2%。3.2 硫酸生產的方法硫酸的制造始于10世紀的阿拉伯煉金術者，方法是干餾綠礬(FeSO47H2O)，得到的硫酸稱為礬油。15世紀，用硫磺和硝石混合燃燒，借助氮氧化物的作用將二氧化硫氧化成酸(硝化法)出現。18世紀，英國在玻璃容器中實現間歇批量生產；推出鉛室取代玻璃瓶的(鉛室法) 。20世紀，瓷環填料塔的開發成功(塔式法)，使該法生產能力大大提高，成為硫酸生產的里程碑。 借助固體催化劑的表面活性將二氧化硫氧化生產硫酸的接觸法制硫酸的方法，于1831年提出，在20世紀初，隨二氧化硫凈化工藝開發成功，形成了工業規模。20世紀40年代，釩催化劑的出現，促進了接觸法的

21、發展。接觸法產品質量純，取代了硝化法。現在世界上98以上的硫酸由該法生產。3.3 工藝流程的選擇（1）原料：普通硫鐵礦，部分制氨工藝副產品（2）生產方法：采用接觸法，可制得任意濃度的硫酸，不同濃度的發煙酸。該法操作簡單、穩定、熱能利用率高、生產的硫酸質量純。（3）基本原理：在催化劑存在下，以空氣中的氧氣氧化二氧化硫，反應方程如下： 反應用 V2O5作催化劑 （4）生產流程：硫鐵礦 硫鐵礦 硫鐵礦的破碎與篩分硫鐵礦的焙燒二氧化硫爐氣的凈化二氧化硫的催化氧化三氧化硫的吸收尾氣制酸3.4 工藝流程的簡介3.4.1 硫鐵礦的預處理硫鐵礦主要成分FeS2，還含有銅、鋅、鉛、砷、鎳、鉆、硒等的硫化物和氟、

22、鈣、鎂的碳酸鹽和硫酸鹽及少量的銀、金等。硫鐵礦含硫量為30-50%，25以下則為貧礦。含硫越高，焙燒時放出熱量越大。硫鐵礦的粒度影響焙燒反應速率和脫硫程度，還關系到焙燒的操作狀態。塊狀硫鐵礦和含煤硫鐵礦需破碎和篩分。大礦石破碎至3545mm以下，再細碎，使碎粒小于36mm，送入料倉或焙燒爐。3.4.2 硫鐵礦的焙燒焙燒原理 硫鐵礦在焙燒中發生化學反應,主要生成爐氣,過程分為兩步：首先分解 然后是分解物氧化總的反應方程式：焙燒過程的副反應：部分SO2與爐渣(Fe2O3)被氧化為SO3；鈣、鎂的碳酸鹽分解為相應的氧化物，與SO3作用生成硫酸鹽；銅、鋅、硒、砷等的硫化物生成相應的氧化物，SeO2)和

23、As2O3；氟則生成氟化物。焙燒時放出大量熱，除設備的熱損失，加熱爐氣和礦渣及蒸發礦石中的水消耗熱。焙燒操作條件 a溫度 提高溫度有利于增大O2通過氧化層的擴散速率，可加快FeS焙燒速率，提高FeS2 分解速率。但溫度太高，使礦料熔融，引起爐內結疤，破壞了爐內正常操作。焙燒溫度控制在850950。 b礦粒度 礦粒度決定氣固相接觸表面積和O2通過氧化鐵層的擴散阻力。礦粒度小，接觸面積越大，O2易擴散到礦粒內部，提高焙燒反應速率。礦粒度小會導致爐氣含礦塵多，給凈化帶來困難。 c氧濃度 O2濃度增加，可加快O2通過礦粒表面氧化鐵層的擴散速度，提高硫鐵礦焙燒速率。氧濃度過高，生成的SO2在Fe2O3的

24、催化作用下變為SO3，生成的酸霧多，加重凈化負荷。3.4.3 爐氣凈化凈化的目的和指標 硫鐵礦中As、Se 、F等元素在焙燒過程中以As2O3 、 SeO2 、 HF的形態存在。As2O3和SeO2使催化劑中毒而失活；HF腐蝕設備襯里和瓷環，造成催化劑粉化。爐氣夾帶的細小礦塵會堵塞孔道，增大阻力，降低催化劑活性。高溫時以氣體的金屬氧化物存在的礦塵，在降溫后凝固于除塵器上形成結瘤，難清除。爐氣中的水蒸氣與SO2形成酸霧，腐蝕管道和設備，難吸收，產酸率下降，污染大氣。工藝流程不同，凈化指標有所差別，我國規定的標準(mgm-3)如下：水分100；塵2；砷5；氟10；酸霧：一級降霧35，二級電降霧5。

25、3.4.4 催化氧化主要在轉化器中，以S101為催化劑，將轉化為，主要采用二轉二吸流程，爐氣經3熱交換器預熱到430左右，進入轉化器第1段催化劑層，轉化后氣體經I換熱器冷卻后進第II段轉化，依次類推。通過Ill段轉化后，轉化率達95，經3換熱器冷卻后送去第一吸收塔吸收。吸收后的氣體經除沫器，再送到4、2換熱器加熱后，到420左右進入第IV段催化劑進行二次轉化。轉化后的氣體經4換熱器冷卻后，送去第二吸收塔吸收。該流程的優點是轉化率高 (達995)，減少了污染，缺點是兩次預熱爐氣，需傳熱面積大；不適于SO2濃度低的爐氣，因為轉化時放熱量太少，難于保持熱平衡。3.4.5 的吸收的吸收收成酸是用硫酸水

26、溶液吸收SO3。SO3溶解在溶液中，與所含的水化合生成硫酸： nSO3H2OH2SO4(n-l)SO3Q 當n1時，生成發煙硫酸；n1時，生成無水硫酸；n1時生成含水硫酸。生產中用濃度為98.3的酸來吸收，效果最好，過低過高都會使操作惡化。 濃度低于98.3的硫酸，液面上水蒸氣分壓大。濃度越低，水蒸氣分壓越大。SO3氣體和水蒸氣迅速結合成硫酸分子，生成的硫酸分子來不及溶解于水中，絕大部分隨不溶性氣體(占轉化氣約 90)一起逸出。不能用水或稀硫酸來吸收。 濃度高于 98.3的硫酸，SO3蒸氣壓較大。濃度越高，SO3蒸氣壓越大，吸收推動力越小。吸收速率低。只有濃度為 98.3的硫酸，在任何溫度下，

27、總蒸氣壓最小，是理想的吸收劑。吸收SO3所用的硫酸，須嚴格控制濃度和溫度。溫度太高，硫酸中水分蒸發，與SO3氣體形成酸霧，吸收率降低；溫度過低，粘度增大，降低傳質系數和吸收速率，吸收酸溫以4050為宜。吸收塔用的是 98.3的硫酸，吸收 SO3后濃度越來越高。為了維持酸的濃度不變，向 93的酸槽中添加 98.3的硫酸；向 98.3的酸槽中添加 93的硫酸。3.5 硫酸生產三廢治理、能量回收利用3.5.1 三廢治理廢渣主要是硫鐵礦焙燒后的礦渣，含有氧化鐵和殘余的硫化亞鐵，以及少量銅、鉛、鋅、砷和微量元素鈷，硒、鋅、鍺、銀、金等。當礦含硫 2535時，生產1t硫酸/0.71t礦渣。礦渣占耕地，氧化

28、成水溶性硫酸鐵，污染水體。廢水主要是冷卻水，除含硫酸外，還含有砷、氟的化合物和貴重金屬。酸度嚴重影響水生物生命，砷則為劇毒物質，氟會影響人體骨骼及牙齒。生產1t硫酸/ 1015 t廢水。廢氣主要是吸收后排放尾氣，含有少量SO2、SO3以酸霧和水蒸氣。 為保護環境，對三廢處理，我國硫酸三廢排放標準GB897888規定，排放煙筒高30m時，SO2排放量不超過34kg/h，酸霧260mgm-3；廢水最高允許濃度(mgL-1)為：硫化物1.0，砷0.5，鉛1.0，鋅5.0，銅2.0，汞0.05，氟20。 廢渣的綜合利用的主要途徑有：用作生產含鐵水泥；作為煉鐵原料；用于提煉有色金屬及貴金屬；作石油鉆井用

29、的釩土液加重劑；制磚、鋪路等。廢水治理大都采用石灰乳中和處理。中和污水、與污水中砷、氟起反應生成沉淀外，與酸泥中的鐵離子生成氫氧化鐵。再經過活性炭吸附法、離子交換法或其它物理化學方法處理，便可排放。 減少尾氣中的SO2和SO3是提高轉化率和吸收率，采用二轉二吸流程，SO2轉化率99.5，尾氣中SO2降到 100200ugg-1。如國外采用加壓法轉化，操作壓力2MPa，總轉化率達 99.97，尾氣SO2僅30ugg-1。 尾氣回收方法很多，例如用氨水吸收SO2，副產生亞硫酸銨，供紙廠代替燒堿制造紙漿。3.5.2 能量利用 硫酸生產過程中的三個化學反應都有熱量放出。以硫鐵礦為原料制酸為例，每生產1

30、t 100硫酸，焙燒放熱 44 106 kJ，SO2氧化放熱1106KJ，干燥和吸收放熱 1.8 106kJ，共計 7.2 106kJ，折合 200度電。大型硫酸廠，廣泛地用副產高壓蒸汽發電。SO2氧化反應溫度為400，若原料中砷、氟較少，可用副產蒸汽發電。干燥和吸收過程溫位較低(120)，目前很少利用。實際上，硫酸生產的熱量回收利用水平還很低，僅為27.7kJt(硫酸)。4 工藝計算及設備選型4.1 焙燒工序的工藝計算4.1.1 焙燒工序物料衡算： 計算依據: 反應方程式： 爐氣中的體積含量： 的體積含量：的體積含量： 水的含量： 礦渣中硫的含量： 干礦中硫的含量： ， ， （1）爐氣的的組

31、成：焙燒硫鐵礦所需的氧氣來自空氣，空氣作為焙燒介質，由于空氣中的氧主要消耗于生成和氧化鐵礦渣，而氮及其他氣體直接進入爐氣，計算方法是做氧平衡設：代表參加反應的氧分子數與反應生成的分子數之比；代表空氣中氧的含量（體積分數）代表爐氣中的含量，（體積分數）代表爐氣中的含量，（體積分數）代表爐氣中的含量，（體積分數）計算以干礦石為基準，若無生成時，對于生成體積的干爐氣需要空氣量：則加入空氣中的氧氣量為：由此可知，爐氣中反應剩余的氧含量：如果爐氣中有存在時,爐氣中的氧含量為：式中：代表參加反應的分子數與生成的分子數之比以空氣為焙燒介質： 則反應后爐氣中氧含量：所以爐氣中（2）燒渣量的計算： 燒渣的組成：

32、反應生成的氧化鐵 礦石中不可燃燒的部分 未完全燃燒的硫化物設礦渣中未燃燒的硫以的形式存在，反應生成的氧化物為在硫鐵礦中含：式中：干礦中的硫含量，在硫鐵礦中含：設代表礦渣產率，則由硫鐵礦所得的礦渣中，含，這相當于其余部分等于，并以的形式轉入爐渣中，的質量為，因此，有干硫鐵礦可得： 脈石等 所以,礦渣總質量等于上述三項之和：所以礦渣率等于： 有已知P=40,取0.8礦渣中各種物料組成：表4-1 礦渣的組成（3）硫鐵礦中硫的燒出率：（4）爐氣的體積及燃燒所需空氣量 若按生產酸為基準，所需爐氣的體積 式中每小時產酸量：噸,圓整后取噸爐氣產量：空氣用量：爐氣組成物料表如下：表4-2 爐氣組成物料表963

33、83292.8150.61219141339.1604.8829482.33.70.32542320322.1907.974.0616432219.991.38.09363183.88.250.6742339275274401222100423電除塵器出口物料表如下：表4-3 電除塵器出口物料表9598327915011.951882131758.84.829482.33.70.32542320322.3907.974.0616692255.592.78.22363183.98.250.67839229274401221.3510084.1.2焙燒工序熱量衡算：（1）對沸騰焙燒爐進行熱量衡算。

34、計算依據：硫鐵礦含硫（濕基）含水量 礦渣中含硫量為 燒出的濃度 空氣相對濕度 硫的總利用率為 空氣及礦石進料溫度均為 礦渣燒出溫度為 爐子散熱為總收入的 礦塵從爐子里帶出量占總礦渣量的依據蓋斯定律，按下步驟進行： 式中：礦石及空氣入爐時的溫度， 燒渣及爐氣出爐時的溫度， 熱衡算基準溫度，由蓋斯定律知：定為25 定為50的計算對于干礦石與空氣從變化到，僅有顯熱變化，但物料除干礦石和干空氣外，還需考慮礦中水分及空氣中的水分，其熱效應為：式中：分別代表干礦石、干空氣、礦中水、及空氣中水的物料量，kg 上述四種物料在t0t1溫度范圍內的平均熱容，kJ/(kg. )由空氣相對濕度為60%，查得濕空氣的H

35、I圖得：空氣含水量為0.015kg水/kg絕干氣由手冊查得各種物料的比熱為：Cp水=4.178 Cp空氣=1.009Cp礦石=0.54 Cp礦渣=0.96的計算：式中：礦石中FeS2量，kg礦石中每千克FeS2在t0溫度下反應熱焓，KJ/kg礦石及空氣中水分之和，kg每千克水在t0溫度下等壓汽化潛熱，KJ/kg按熱力學定義， 的計算：對于爐氣及燒渣而言,包括N2、O2 、SO2 、SO3、水、礦渣、礦塵六個組分 計算基準：的進氣量在轉化器一、二、三段反應掉的為：在轉化器一、二、三段消耗的為：產生的：則去轉化器四段的量為：產生的氣體量為：消耗的量為：未反應掉的量為： (2)時,代入(2)得用試差

36、法求得： 即平衡轉化率為：平衡產物組成為：總計：則各種氣體組分的平衡：； ：； ：； ：； ：4.3.4 轉化器的工藝計算催化劑床層的直徑和高度：計算依據：催化劑床層填料的體積，最適宜的氣體線速度以操作狀況下的的空塔線速度表示，處理氣量轉化塔內件是圓柱形容器，催化劑床層的直徑和高度一般由催化劑的體積決定。根據處理氣量和空塔線速度可以計算催化劑床層直徑：即： 圓整為 式中：催化劑床直徑，；處理氣量，；操作狀態下的空塔氣速，由催化劑體積計算催化劑床層高度：取由上式計算得到的直徑和高度經調整后，進行催化劑床阻力校核，一般合成塔高徑比在范圍內。經校核合成塔高徑比在58范圍內。4.3.5 換熱器的工藝計

37、算（1）換熱器的工藝計算熱氣體進口溫度： 出口溫度： 冷氣體進口溫度： 出口溫度： 熱流量： 換熱器由的管組成氣體的平均比熱：由于管內外側氣體組成和空氣比較接近，近似取空氣值，所以管內側氣體的為,管外側氣體的取鋼的為由物化手冊查得氣體的污垢熱阻，且近似認為由 換熱器傳熱面積可根據傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為：所以換熱器的傳熱面積為（2）換熱器工藝計算熱氣體進口溫度： 出口溫度： 冷氣體進口溫度： 出口溫度： 熱流量：換熱器由的管組成其它條件與換熱器近似相同，氣體組成沒有發生大的變化，總的傳熱系數參考換熱器的總傳熱系數換熱器傳熱面積可根據傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為：所以換熱

38、器的傳熱面積為（3）換熱器工藝計算熱氣體進口溫度： 出口溫度： 冷氣體進口溫度： 出口溫度： 熱流量： 換熱器由的管組成其它條件與換熱器近似相同，氣體組成沒有發生大的變化，總的傳熱系數參考換熱器的總傳熱系數換熱器傳熱面積可根據傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為：所以換熱器的傳熱面積為（4）換熱器工藝計算熱氣體進口溫度： 出口溫度： 冷氣體進口溫度： 出口溫度： 熱流量： 換熱器由的管組成其它條件與換熱器近似相同，氣體組成沒有發生大的變化，總的傳熱系數參考換熱器的總傳熱系數換熱器傳熱面積可根據傳熱速率方程求得，即，換熱器的傳熱量為：所以換熱器的傳熱面積為換熱器的選型：選用固定管板式換熱器表4

39、-11 換熱器選型換熱器名稱公稱直徑（DN）mm公稱直徑（PN）MPa管程數N管子根數n中心排管數管程流通面積252.5計算換熱面積換熱管長度換熱器13001.611301390.4085602.6m26000m換熱器9001.61605270.1900137.8m23000m換熱器12001.611115370.3501385.1m24500m換熱器9001.61605270.1900280.2m26000m4.4吸收工序的工藝計算4.4.1吸收工序物料衡算：（1）吸塔物料衡算：計算依據：來自轉化塔三段的氣體組成為： 轉化塔三段出口氣體流量： 吸收塔總的吸收率：各吸收塔的吸收率分別為： 去轉

40、化器四段進口氣體流量： 設其它氣體的量在吸收過程中不變，在吸收塔中吸收的的量（體積流量）為， 未被吸收的的量（體積流量）為，每小時產生的（）的量為，氣體的總體積變為計算基準：的進氣量吸收的量為：則每小時產生的硫酸量為：則氣體的總體積為：去轉化塔四段進口氣體組成如下：表4-12 轉化塔四段進口氣體組成體積含量體積百分比（2）吸塔物料衡算:計算依據： 轉化器四段出口氣體流量：， 各種氣體的組成見上表。設其它氣體的量在吸收過程中不變，在吸收塔中吸收的的量（體積流量）為，未被吸收的的量（體積流量）為，每小時產生的（）的量為，氣體的總體積變為計算基準：的進氣量吸收的量為：未被吸收的量為：產生的硫酸量為：

41、尾氣的體積變為：尾氣中各種氣體的含量及組成：表4-13 尾氣組成體積含量體積百分比4.4.2 混合器物料衡算：計算依據：和混合成，其流量為，各溶液的另一組分為水衡算基準：小時，以表示各股物流的質量流量，其示意圖如下：混合器總質量：混合器水平衡：用代入上式解得： 其物料平衡表：表4-14 混合器物料平衡表1385931223798.61362298104.37173.71.427821489.310012410.7100139001005 全廠總平面及車間設計5.1 總平面設計任務和步驟全廠平面設計為本設計的一項重要任務，總平面設計的是否合理，直接影響新建廠能否節約而有效的順利進行，影響到建廠后

42、的生產，管理，成本，能耗等各個方面，同時還影響到全廠的美觀和今后的發展。5.1.1 總平面設計任務（1）在滿足生產流程條件下，結合廠區地形情況，經濟合理的安排場內外各建筑物、構筑物堆場等的相對位置；（2）經濟合理的豎向布置，正確選擇標高；確定場內外運輸方式運輸布置，合理組織人流物流；（3）布置綜合管線；（4）標高綠化美化，考慮衛生消防條件，創造美好的工作條件。5.1.2 工廠組織（1）生產區 a 原料車間：包括原料庫等； b 包裝配套：檢驗包裝等；（2）輔助車間：包括機修、動力、化驗室等；（3）運輸設施：包括道路廣場等；（4）堆場和倉庫：包括原料、燃料的露天堆場；（5）行政管理機構和福利區；（

43、6）綠化及美化。5.2 總平面設計原則（1） 總平面布置首先必須滿足生產要求，以最大限度的保證生產作業線的連接、短捷、方便，從原料進廠到成品出廠，整個流程必須符合生產工藝要求，力求做到流程線路暢通、連續、短捷、避免交叉進行 ，是各種物料的輸送距離為最小。同時，應將水電汽等公用工程耗量大的車間，盡量集中布置，已形成負荷中心與供應來源靠近，是各種公用系統介質的工程管線減少和輸送距離最短，達到節約能源。（2） 要能夠充分結合場地優勢、地位、地貌等有利條件，因地制宜，緊湊布置，節約土地，少占良田，少拆房屋，提高土地利用率。（3） 大多數廠房，特別是主要生產車間的布置，應考慮到日照方位和主導風向，保證自

44、然通風，廠前區和防污染的車間放在上風向，產生粉塵、煙、熱等的車間及易燃庫布置在下風向。（4） 各車間之間注意滿足防火、衛生等國家安全規定，各種廠房按性質分區集中。對易燃易爆的各類儲罐和由危險性的庫房（油庫、危險品庫），應力求遠離火源和人員往來集中地，一般應布置在廠區邊緣，主導風向的下風向以及地勢較低的地段。（5） 人流、物流各行其道，路線短捷，避免交叉。（6） 綜合管線統籌安排，防止干擾，力求管線短，拐彎少。（7） 近期建設和遠期發展相結合，主要生產車間留有適當的發展余地，但必須注意與城市建設和地域總體規劃相適應，輕化工工廠變化較快，綜合利用較廣，加工深度較深，大多數工藝流程更新快，這要求在設

45、計實現留有較大的預留地，以滿足工廠發展變化的需要。（8） 為示蹤平面圖具有建筑藝術性，廠房形狀要規則簡單，是道路徑直，廠房中心線保持垂直或平行。（9） 采取各種措施，提高建筑系數和場地利用稀疏。建筑系數一般為25%40%，場地利用系數一般為50%60%，這是總平面設計的主要技術經濟指標。5.3 總平面布置評述 （1） 生產區布置：主要生產區選擇兩層廠房，便于組織和運輸及個工序的銜接，以便于生產的自動化和流水線的組合。（2） 輔助車間布置：以生產車間為中心，根據總平面布置原則，綜合各種因素對各個輔助車間布置如下： a維修車間：遠離廠區前，降低噪音污染，在主力生產車間附近，便于設備維修。b 鍋爐房

46、：布置在用蒸汽較多的地方，且是主導風向的下風向。c 變配電站：靠近電力負荷中心，縮短了電線路線，減少了投資，且在水處理車間的上風向，煤堆場的平行風向。d 水處理車間：靠近負荷中心，處理每日生產車間所需的工業用水，并提供部分生活用水。（3） 運輸設備布置：車庫油庫均布置在主干道邊緣，道路設計為主力干道，寬12米，人行道每邊各1.5米，此干道6米，車間引道34米，這樣有利于消防和道路的改造。（4） 堆場和倉庫：布置在主導風向的下風向，置于廠區邊緣，靠近主生產車間，且位于主力干道邊緣。這樣有利于原料或產品的進廠和出廠，且有利于火災發生時，消防車的順利到達出事地點。（5） 行政管理機構和福利區：辦公樓

47、位于廠前區且位于主導風向的上風向。（6） 綠化和美化區：本廠的綠化包括生產區福利區的綠化帶。既有專門的綠化區，也有環繞廠房及其他建筑物的綠化帶。綠化帶以草坪為主，路旁加種樹木。這樣，可使場區空氣得以凈化，噪音減小，美化和改善了環境的衛生條件，使本廠的小環境小氣候得以明顯改善。綜上所述，平面布置有以下幾個特點：1 廠房建筑物的布置與生產工藝流程相適應。原料半成品和成品形成整個順序，盡量保證流水作業，避免逆行和交叉；2 鍋爐房水泵房配電站等輔助車間盡量靠近其主要部門，以縮短期間距離，節省投資；3 由前區到生產區主要干道，應避免與主要運輸道路交叉；4 盡量使大多數廠房向陽背風避免瓦斯等，盡可能使各廠

48、區有條件采用自然采光和自然通風等；5 按防火規范的要求，保證建筑物之間的距離，符合規定；6 根據衛生規范的要求，保證廠區內衛生符合規定；7 根據環境發展的要求，生產區設在有廢渣處理系統廢水處理系統廢氣處理系統等設施 ；8 考慮工廠今后的發展，在廠區留有建筑余地；9 盡量做到以生產區為軸線，再考慮輔助車間行政樓和道路的安排。另外 ，總平面布置圖右上方會有風向玫瑰圖，下方會有明細表等。本圖采用1：1000的比例。 5.4 車間布置設計的意義車間布置設計是工廠設計中重要環節，竟要符合工藝要求，又要經濟實用，合理布局。車間布局直接影響到項目建設的投資，建設后的生產運轉正常，設備維修安全，以及各項經濟指

49、標的完成。5.5 車間布置設計的原則及方法車間布置設計的原則：（1）車間平面布置首先必須適合全廠總平面布置的要求，應盡可能使各車間的平面布置在總體上達到協調，整齊，緊湊，美觀，相互融合，渾為一體，（2）從生產需要出發，最大限度地滿足生產，既要符合流程，滿足生產，便于管理，便于運輸，利于設備的安裝和維修。（3）生產要安全，既要全面妥善的解決防火，防爆，防毒，防腐，衛生等方面的問題，符合國家的有關規定。（4）要考慮將來擴建及增建的余地，為今后生產發展，品種改革，技術改造提供方便。車間布置設計的基本依據：在進行工藝設備布置時應注意：第一，符合生產工藝要求。做到流程通暢，生產連續正常。第二，符合設備安

50、裝檢修要求。要考慮設備的安裝、檢修和拆卸的可能及其方式方法。第三，符合安全要求。要創造良好的工作條件和環境。保證操作者的人身安全和生產正常運行。 常用的設計規范和規定：a建筑設計防火規范-GBJI6-87(2001修訂版)；b化工企業安全衛生設計規定-HG20571-95；c工業企業廠界噪音標準-GB2348-90d爆炸和火災危險環境電力裝置設計規定-GB50058-92。5.6 車間布置設計與評述5.6.1 關于平面布置方案工廠車間布置方案一般有長方形型，L型，T型等數種。其中以長方形布置采用最多，長方形布置的優點是施工方便，節約用地，有利于設備擺列，縮短管道，便于安排交通和出入口，有較多可

51、供自然采光和通風的墻面有利于今后發展。長方形布置適用于中小型車間。5.6.2 關于廠房形式（1）廠房形式：集中式或分散式廠房：一般的輕化工工廠，由于生產規模限制，車間各工段聯系頻繁，生產特點無顯著差異，在符合建筑設計防火規范及工業企業設計衛生標準的前提下，結合建廠地區的具體情況，可采用集中布置，生產規模較大，車間中各工段的生產特點有顯著差異，集中布置不利于生產管理和安全生產是時，要考慮分散布置。本廠生產規模中等，采用集中式廠房。單層或多層廠房：一般情況下多層廠房占地少，但造價高，單層廠房占地多，但造價 低，在設計時必須根據不同的工藝流程及其采用的設備以及場地的條件，對廠房提出不同的要求。本廠根

52、據生產流程以及設備的限制，設計成二層廠房。（2）關于廠房的層高：工廠廠房高低取決于設備的高低，安裝的位置以及安全生產等條件，廠房層高應符合建筑模數制的要求，即0.3m的倍數，一般工廠廠房的層高為46m,采用框架或混合結構的多層廠房，層高多采用5.1、6m，最低不得低于4.5m。本廠根據生產需要，采用6m的層高。（3）關于廠房柱網和廠房寬度：a廠房柱網：廠房柱網車間布置的設計有密切關系，就一般而言，跨距大小，層高都會有變化，一般化工工廠多層廠房常采用6*6m的柱網，因為這樣的跨度較經濟。本廠設計為6*6m的柱網。b廠房寬度：廠方寬度一般由以下幾個方面所決定：各工藝設備所占廠房寬度之和，各工藝設備

53、沿廠房寬度方向間距之和，廠房內縱向通道之和及縱墻厚度，對多層廠房來說，由于受到自然采光和通風的限制，其總寬度一般不超過24m，單層廠房的總寬度不宜超過30m，一般車間的寬度常為23跨。 本廠設計廠房寬度18m，三跨。5.5.3 車間設備布置（1）保證工藝流程的暢通，既保證工藝流程在水平方向和豎直方向的連續性，以利于生產的順利進行。應充分利用高位差布置有壓差的設備主要設備如反應器布置在中層，貯槽布置在底層。相同的設備或同類的設備應盡可能布置在一起，如熱交換器、泵。（2）考慮合適的設備間距，設備間距過大，會增大建筑面積，拉長管道，從而增加建筑和管道的投資，同時操作和管理都不方便，設備間距過小，雖可

54、節省占地和投資，但會帶來操作，安裝和維修的困難。（3）滿足生產方便操作，如彼此相連續的各工序的設備，應盡量配置靠近些，以縮短聯系他們之間的輸送線，設備之間盡可能達到自動流送物流，這樣可減少輸送設備。（4）滿足安裝檢修，拆卸的要求，一般廠房大門的寬度要比所需要過的設備寬度達0.2m左右，對二層樓或更高時的情況，一般應在樓板上設置吊裝孔。 本廠廠房大門寬度設計為3.8m。（5）考慮運輸通道，如每排設備至少一側要留有通道，大的室內設備在底層還要留有移出通道，并接近大門布置，通道的寬窄取決于運輸工具，運輸物件的外形尺寸及人流，貨流通過量。（6）考慮物料的防火、防爆、防毒及噪音。噪音大的設備宜采用封閉的

55、隔絕。對方熱量大、有毒的工段，在室內應設置送風設備，以滿足衛生標準。（7）有劇烈震動的設備應布置在廠房的底層，其操作臺和基礎不得與建筑物的柱墻相連。（8）在廠房大門以及樓梯胖布置設備時要求不影響開門并確保人出入通暢。5.5.4 車間輔助室和生活室布置（1）生產規模不大的車間，多是將輔助室、生活室集中布置在車間中的一個區域內。（2）生活室中的辦公室、化驗室、休息室已布置在南面房間，更衣室、廁所可布置在廠房的北面。（3）有毒的或者對衛生方面有特殊要求的工段必須設置專用的浴室。5.6 工藝流程設計 5.6.1 工藝流程設計的重要性（1）工藝流程設計是工廠設計最主要的內容。工藝流程設計的質量直接決定車

56、間的生產產品質量、生產能力、操作條件、安全生產、三廢治理、經濟效益等一系列根本性問題。（2）工藝流程設計是工藝設計的核心。在整個設計中，設備選型、工藝計算設備布置等工作都與工藝設計有直接關系，只有工藝流程確定后，其他工作才可以展開。5.6.2 工藝流程設計的原則（1）先進性工藝流程的首要條件是技術上的可行性和經濟上的合理性。技術上有盡可能先進才可能有較大的競爭力。經濟上主要考慮技術指標優良，原材料及能耗少，成本低，生產安全，產品質量好。（2）可靠性可靠性指所選的工藝路線是否成熟可靠。要防止只考慮先進性，而忽視裝置的可靠性。所設計的工藝流程必須可靠即經過實驗室、工業小試、中試，證明技術是成熟的，

57、生產安全可靠，才可以設計選用。（3）結合國情，因地制宜工藝流程的選擇從技術角度來說，應盡量采用新工藝、新技術，單從具體情況考慮，并不必選擇國外的先進的技術。因為國外的技術往往價格較高，技術保密性強，沒有實用價值。所以，結合實際，選擇自己易于掌握和改進的技術要方便、實用。6設計結果6.1 設計成果本次設計按照畢業設計任務書完成了教研室下達的任務。一共完成1號圖紙5張、設計說明書1份和外文文獻及翻譯一份。6.2 圖紙及比例A：工藝流程圖 一張 1：1B：物料流程圖 一張 1：1C：車間平面圖 一張 1：60D：車間立面圖 一張 1：60E：總平面布置圖 一張 1：10006.3 主要設備的工藝參數

58、（1）硫鐵礦卸車設備 選用“C”型轉子式翻車機，設備由我國大連重型機器廠生產，其主要參數如廠： 翻轉周期60s 最大回轉角度175 車輛中心和回轉中心距離300 mm 端環直徑7.6m 驅動功率372kw 翻車機重量120 t（2）破碎設備 針對原料硫鐵礦及生產能力，可供選擇的破碎設備有多種，如輥壓機、圓錐破碎機、旋盤破碎機和棒磨機等。同和礦業株式會社根據自己多年的生產經驗，選擇棒磨機作為硫鐵礦的破碎設備。該設備的特點是兩端加料周邊排料，破碎比大，排料粒度均勻，運行可靠，并采用橡膠襯板以降低磨機噪音。棒磨機的主要性能參數如下： 筒體直徑：3 000 mm 筒體長度：4200mm 筒體轉速：16

59、. 5 r/min 生產能力：l2l t/h(干基) (進料粒度40 mm 、出料粒度3 mm的量大于90% )（3）沸騰焙燒爐 沸騰焙燒爐為一次擴大型，由圓柱形底部、錐形中部、擴大的圓柱形上部及錐形風室組成。爐殼由碳鋼制造，內襯黏土質耐火磚和硅藻土保溫磚。硫鐵礦分三個加料點，通過星型給料器密閉加人爐內前室(擴大的圓柱形段)，加料點間夾角為105。設置的燃油升溫系統由燃油燒嘴、點火燒嘴、點火器、火焰監控器、自控系統及供油、供氣工藝管線、閥門組成。爐內設置的冷卻管換熱面積146m2 ,循環方式為強制循環。冷卻管材質為ASTM A一214,表面襯22Cr12Ni耐磨材料。其主要工藝參數如下：生產能

60、力：1 200 t /h ( 100%硫酸 )沸騰層截面積：60 m2沸騰層溫度：800850爐氣出口溫度：900爐氣量：27440m3 /h(濕基，標準狀況)（4）洗滌塔(空塔) 操作壓力：-1.4kPa 操作溫度（進/出）：350/63塔高：4800mm 殼體直徑：1700mm殼體材質：炭鋼內襯橡膠板、耐酸磚（5）冷卻塔（填料塔）操作壓力：-3.9kPa 操作溫度（進口）：63塔高：3850mm 殼體直徑：1300mm殼體材質：玻璃鋼內襯聚丙烯（6）干吸塔殼體直徑：1800mm和1900mm殼體材質：炭鋼內襯耐酸磚填料：人型球拱支撐異鞍填料干燥塔：50mm填料4.5m吸收塔：50mm填料3