化工工艺学3章-硫酸与硝酸ppt课件

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,化工工艺学Chemical engineering technics,化工工艺学Chemical engineering tec,1,化工工艺学3章-硫酸与硝酸ppt课件,2,第3章 硫酸与硝酸Vitriolic acid and nitric acid,一、概述,二、原料配矿及沸腾焙烧制SO,2,炉气,三、炉气的净化与干燥,四、二氧化硫的催化氧化,五、三氧化硫的吸收,六、三废治理与综合利用,3.1 硫酸,第3章 硫酸与硝酸Vitriolic acid an,3,一、概 述,硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金、国防、有机合成、石油炼制等工业都有广泛用途。,1 硫酸的性质,物理性质：,无色透明油状液体，沸点279.6,；,化学性质：,强酸，有很强的吸水性和氧化性。,硫酸规格：,nSO,3,/nH,2,O=1，硫酸浓度为100；,nSO,3,/nH,2,O1，硫酸浓度1，硫酸浓度100;是SO,3,在无水H,2,SO,4,中的溶液，这种硫酸能放出SO,3,蒸汽，并与空气中水分结合而形成烟雾。,75%H,2,SO,4,；92%H,2,SO,4,；,93%H,2,SO,4,；,98%H,2,SO,4,；含SO,3,为20%的发烟硫酸。,无水硫酸,含,水硫酸,发烟,硫酸,常用硫酸有以下几种规格：,一、概 述硫酸是重要的基本化学工业原料。在化肥、冶金,4,2,生产硫酸的原料,硫铁矿：,普通硫铁矿,(,主要成份FeS,2,),磁硫铁矿 (,主要成份Fe,7,S,8,),硫铁矿杂质多，通常含硫量只有30%,50%；储量丰富，工艺成熟，但三废量大。,硫磺：,（,主要成份S,）,使用天然硫磺生产硫酸清洁、环保、无三废，但我国储量少。,其它原料：,硫酸盐、冶炼烟气、含硫工业废料等。,2 生产硫酸的原料,5,白铁矿,黄铁矿,磁硫铁矿,白铁矿黄铁矿磁硫铁矿,6,3 生产方法,塔式法：,直接用SO,2,、H,2,O、O,2,一步生成硫酸，产品75酸。,接触法：,含S原料 SO,2,SO,3,+H,2,O 硫酸,产品98酸，副产品93酸。,接触法生产硫酸的主要步骤：,含硫原料配矿,焙烧,炉气净化,含SO,2,炉气,SO,2,催化转化,SO,3,吸收成酸,硫酸,SO,3,FeS,2,+O,2,SO,2,SO,3,+H,2,O,H,2,SO,4,3 生产方法含硫原料配矿焙烧炉气净化含SO2炉气SO2催化,7,4 接触法生产硫酸的总流程,【说明】,以普通硫铁矿（FeS,2,)为原料，以V,2,O,5,为催化剂，采用接触法生产98%硫酸及副产品的工艺流程。,（一）配矿及焙烧,（二）炉气净化与干燥,(三)SO,2,转化制取SO,3,(四)SO,3,吸收成酸,（五）三废处理,原料配矿,沸腾焙烧炉,废热锅炉,热电除尘器,一洗塔,硫酸,旋风除尘器,空气,二洗塔,静电除雾器,干燥塔,93酸,丝网除沫,四段转化器,吸收塔,尾气处理,废水处理,矿尘处理,4 接触法生产硫酸的总流程（一）配矿及焙烧（二）炉气净化与,8,原料配矿,沸腾焙烧炉,废热锅炉,热电除尘器,一洗塔,硫酸,旋风除尘器,空气,二洗塔,静电除雾器,干燥塔,93酸,丝网除沫,四段转化器,吸收塔,尾气处理,废水处理,矿尘处理,原料配矿沸腾焙烧炉废热锅炉热电除尘器一洗塔硫酸旋风除尘器空气,9,二、原料配矿及沸腾焙烧制SO,2,炉气,1 硫铁矿的焙烧反应,P91,2FeS,2,=2FeS+S,2,Q,S,2,+O,2,=SO,2,+Q,4FeS+7O,2,=2Fe,2,O,3,+4SO,2,+Q,反应过程：,FeS,2,的分散,O,2,向硫铁矿表面扩散,O,2,+FeS反应,SO,2,由表面向气流中扩散,此外，,有少量SO,2,氧化成,SO,3,，能与硫铁矿中盐类分解成的金属氧化物反应生成,硫酸盐,。,900,二、原料配矿及沸腾焙烧制SO2炉气1 硫铁矿的焙烧反应,10,总反应式：,H,=-3411kJ/mol放热量大，需,及时移热。,若氧气不足时：,含铁量较高(55%)，但后续除杂工序多（日本用）,4FeS,2,+11O,2,=2Fe,2,O,3,+8SO,2,（富氧）,3FeS,2,+8O,2,=Fe,3,O,4,+6SO,2,（贫氧）,总反应式：4FeS2+11O2=2Fe2O3,11,2,硫铁矿焙烧的焙烧速度,硫铁矿焙烧的反应平衡常数很大，通常认为可进行到底。所以生产中关键是,反应速度决定了生产能力,。,第一阶段,（,460560）,：,斜率大，活化能大，温度升高，反应速率增加很快。,过渡阶段（,560,720C）,：,反应速度受温度影响较小。,第三阶段（,720C）,：,反应速度随温度升高再增加，但增加幅度小。,第三阶段受,氧的扩散控制,，,提高氧浓度,能增加总反应速度。,1/,T,lg,k,441 560 727 977,反应速率常数与温度的关系图,2 硫铁矿焙烧的焙烧速度过渡阶段（560720C）：反,12,提高焙烧速率的途径：,P92,1.提高焙烧温度,但不宜太高，温度太高会使炉内结疤，焙烧反而不能顺利进行。通常温度范围为,850,950C,.,2.减小硫铁矿粒度,可增加矿粒与空气的接触面积，对第三阶段速度增加有利。焙烧前应,适度破碎,矿石。,3.增加空气与矿粒的相对运动,相对运动增强，矿料表面氧化铁得到更新，能减小对气体的扩散阻力，故采用,沸腾焙烧,方式，使矿粒与空气充分接触。,4.提高入炉空气氧含量,氧气浓度越高，,焙烧速率越大,，但富氧焙烧不经济，一般采用充足空气焙烧。,提高焙烧速率的途径：P92,13,图 3.2,沸腾区,扩散区,空气,矿,矿渣,焙烧空间,炉气,3,沸腾焙烧,(1)沸腾焙烧炉的结构和操作,筒体：,钢板,内衬：,两层耐火砖,1,炉膛,2,风室：,设有风帽，空气均匀分布进入炉膛，将矿料流化，形成,沸腾床,（空速0.5-3m/s）。,腾焙烧炉内负压操作,(10-15kPa)，防止SO,2,逸出。,沸腾区,（气速高可焙烧大颗粒矿）,扩散区,焙烧空间,图 3.2沸腾区扩散区空气矿矿渣焙烧空间炉气3 沸腾焙烧筒,14,(2)余热的回收,焙烧炉气温度850,950，通常设置,废热锅炉,回收热量。,硫铁矿废热锅炉的特殊性：,1.,含尘量大，,直接冲击锅炉管会造成严重磨损，注意炉管排列间距要大，防止积灰。,2.,含S量大，,腐蚀性强，注意防止SO,3,在壁内冷凝。所以应采用较高压力以提高SO,3,露点，防止腐蚀。,3.,要求炉体有,良好的气密性,，防止炉气泄漏和空气进入炉内。,(2)余热的回收焙烧炉气温度850950，通常设置废热,15,图 3.3,一种沸腾焙烧和废热回收流程如图3.3。,图 3.3一种沸腾焙烧和废热回收流程如图3.3。,16,(3)沸腾焙烧炉的特点,优点：,生产强度大,硫的烧出率高,（可达99%）,传热系数高,炉气的二氧化硫浓度高,（SO,2,浓度高达10%13%）,适用的原料范围广,结构简单、维修方便,不足：,炉尘量大,（除尘净化系统负荷大）,动力消耗大,（需增加粉碎系统,和,高压鼓风机）,(3)沸腾焙烧炉的特点,17,4 几种焙烧方法,P95,(1)氧化焙烧（富氧）,氧过量,，烧渣主要为Fe,2,O,3，,部分为Fe,3,O,4,，反应为：,4FeS,2,+11O,2,=2Fe,2,O,3,+8SO,2,氧化焙烧的工艺条件：,炉床温度,约800,850,炉顶温度,900,950,炉底压力,10,15kPa,出炉气SO,2,13%,13.5%,空气过剩系数,1.1,4 几种焙烧方法 P95(1)氧化焙烧（富氧,18,(2)磁性焙烧（贫氧）,控制进氧量，使,过量氧较少,，反应为:,3FeS,2,+8O,2,=Fe,3,O,4,+6SO,2,3Fe,7,S,8,+38O,2,=7Fe,3,O,4,+24SO,2,烧渣中主要为,磁性铁,，磁选后得到,含铁量,高达,55%以上,的高品位精矿，以作炼铁的原料。,特点：,炉气中SO,2,含量高，SO,3,含量低,焙烧温度,900,空气过剩系数,1.05,出炉气SO,2,12%,14%,(2)磁性焙烧（贫氧）炉气中SO2含量高，SO3含量低,19,5 原料配矿,P97,矿石原料预处理三步骤：,粉碎、配料、干燥,。,粒度,4mm,一般采用二级粉碎，先,粗碎,，再,细碎,，要求粒度20%,硫铁矿随产地不同有很大差异，应将各原料进行合理,配矿,，以达到原料品味（含S量）的稳定，保证稳定生产。,【配矿原则】,贫富矿搭配,、,含煤与不含煤矿,搭配、,高砷矿与低砷矿,搭配。,沸腾焙烧用矿标准：,含S20%As0.05%C1.0%Pb0.1%F20%,21,水分含量,H,2,O,6.0%,沸腾焙烧时，为维持沸腾操作状态，要求矿粉中含水量6.0%，因此，矿料在进入焙烧炉之前要进行,干燥,。,【原因】,1、,含水较多时，水分气化吸收热量，床层温度达不到，炉温降低；,2、,水还会和矿中F生成HF腐蚀设备，和矿中S生成H,2,S；,3、,温度过高时，水分解放出H,2,H,2,含量高与空气混合发生爆炸。,水分含量 H2O6.0%,22,作 业 1,1、,硫铁矿在焙烧前需进行原料配矿，配矿要求有哪些？并简要说明为什么要达到这样的配矿要求？,2、,硫铁矿的焙烧温度是多少？若超过此温度会产生什么不良后果？,作 业 1,23,【炉气中有害成分】,矿尘,(一般为150-300g/m,3,）,水蒸气和SO,3,砷和硒的氧化物,氟化物,【步骤】,干法除尘,湿法除尘,静电除雾器,干燥塔,三、炉气的净化与干燥,是SO,2,转化成SO,3,的催化剂V,5,O,2,毒物或是会腐蚀设备。,【炉气中有害成分】三、炉气的净化与干燥 是SO2转化成,24,干法除尘,：,除矿尘，包括,湿法除尘：,进一步除矿尘及砷、硒氧化物，,包括,经两步除尘后，炉气中矿尘由,150-300g/m,3,降到,0.2g/m,3,以下。,静电除雾器：,除去水与炉气中少量SO,3,形成的酸雾。,干燥塔：,干燥炉气除去水分。,废热锅炉,旋风除尘器,电除尘器,一洗塔,二洗塔,化工工艺学3章-硫酸与硝酸ppt课件,25,1 干法除尘,(1)废热锅炉（集尘器）,【原理】,重力沉降,除尘，能除粒径为,50m,以上的矿尘；,【效果】,能除去炉气中,30,40%,的,矿尘。,【设备】,集尘器是容积较大的空室或装挡板的,空室,，或是急剧改变气流的粗,管道,。粗的矿粒随气速降低而沉降，或因惯性冲到挡板或管壁而下坠。当装有,废热锅炉,时，锅炉也起到降温和集尘的作用。,1 干法除尘(1)废热锅炉（集尘器）,26,【原理】,离心力,除尘，能除粒径为,10m以上,的矿尘。,【效果】,除尘率可达,97%,以上，炉气中矿尘降至,20,30g/m,3,。,【设备】,炉气沿切线方向进入除尘器，矿尘在除尘器内作辐射状运动，到达器壁并沿器壁下落。,排气,炉气进口,炉气出口,矿尘,(2)旋风分离器（旋风除尘器）,【原理】离心力除尘，能除粒径为10m以上的矿尘。排气炉气进,27,【效果】,炉气中矿尘降到,0.2g/m,3,。,【设备】,炉气通过6万伏,高压电场，在高压直流电作用下，负极周围的部分气体分子被离解成自由电子和正离子，它们分别与向两极移动，这些带电离子（主要是负离子）碰到矿尘并附着，使矿尘粒带电并移向正极而被除去。,负极一般使用镍铬合金丝，正极主要是板状或网状挡板。,(3)热电除尘器,【原理】,电场除尘,，,能除粒径为,0.01-100m,之间的矿尘，除尘率可达,99%,。,【效果】炉气中矿尘降到0.2g/m3。(3)热电除尘器【原理,28,干法除尘后再用大量洗涤液喷淋，洗涤掉炉气中残留的矿尘、砷氧化物、硒氧化物和氟化物等有害物。,（1）一洗塔及二洗塔,【洗涤方法】,分,水洗,和,酸洗,（稀硫酸洗涤）,。,【酸洗过程】,炉气被冷却到30,50,后，,砷氧化物、硒氧化物几乎全部被凝结。,洗涤时，一部分砷、硒氧化物被液体带走，大部分则凝结成固体颗粒