掌握硫铁矿焙烧的基本原理

,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-硫酸,*,化工工艺学（,）,硫铁矿制硫酸,2014.4,第一节 概述,硫酸的性质,硫酸的物理性质：,无色，透明，油状。10.5 凝固为晶体。密度1831,Kg/m,3。,工业硫酸：,SO,3,与水以任意比例混合的溶液。,结晶温度：6种结晶化合物-39.635.85,沸点：279.6 （98.4%最高恒沸点330）,蒸汽压：浓硫酸平衡水蒸气压低，远低于同温度下饱和水蒸气压，浓度90%广泛用作干燥剂。,2024/11/24,2,化工工艺-硫酸,第一节 概述,硫酸的化学性质：,与金属及金属氧化物反应金属硫酸盐,与氨及其水溶液反应硫酸铵,与其它酸类盐反应较弱或易挥发酸,与水强烈反应碳化,有机合成工业中磺化剂,2024/11/24,3,化工工艺-硫酸,第一节 概述,硫酸的用途-工业之母,硫酸的生产方法,亚硝基法-硝化法：以氮的氧化物为媒介，使,SO,2,在有,O,2,、H,2,O,情况下生成,H,2,SO,4,接触法：,SO,2,炉气的精制,从含,S,原料中制,SO,2,SO,2,催化氧化成,SO,3,SO,3,与水成酸,2024/11/24,4,化工工艺-硫酸,第一节 概述,硫酸的生产原料,硫铁矿：主要成分,FeS,2,，,富矿含,S3048%,晶型：黄硫铁矿、白硫铁矿、磁硫铁矿,来源：普通硫铁矿、浮选硫铁矿、含煤硫铁矿,硫磺：使用最早、最好的原料,硫酸盐：石膏,冶炼气：含,SO,2,的尾气,2024/11/24,5,化工工艺-硫酸,第二节,SO,2,炉气的制造及净化,一 硫铁矿的焙烧,2,FeS,2,=2FeS+S,2,分解、吸热,S,2,+2O,2,=2SO,2,氧化、放热,FeS,+O,2,SO,2,+Fe,2,O,3,/Fe,3,O,4,1、总焙烧反应,4,FeS,2,+11O,2,=8SO,2,+2 Fe,2,O,3,3FeS,2,+8O,2,=6SO,2,+Fe,3,O,4,2024/11/24,6,化工工艺-硫酸,非均相反应，两相接触面上进行,反应速率,温度,硫铁矿焙烧为,O,2,的扩散控制,2、焙烧反应动力学,动力学控制,扩散控制,2024/11/24,7,化工工艺-硫酸,提高反应温度；,减小矿石粒度；,增强气固两相间相互运动；,提高入炉空气中的氧含量；,均有利于提高焙烧反应速度,2024/11/24,8,化工工艺-硫酸,3 硫铁矿焙烧过程的物料及热量衡算,焙烧,硫铁矿,炉渣,炉气,炉气：,SO,2,、O,2,、N,2,、H,2,O,炉渣：,Fe,3,O,4,、Fe,2,O,3,、,不可燃物质和未完,全燃烧,FeS,等,2024/11/24,9,化工工艺-硫酸,1、炉气组成,设,m=,参加反应,O,2,分子数/反应生成,SO,2,分子数,n=,空气或其它含氧气体中氧含量%,炉气中,C(O,2,)、C(SO,2,)、C(SO,3,),体积分数,计算以干矿石为基准,假设：无,SO,3,生成、且生成100体积干炉气,所需空气量：100-,C(SO,2,)+m C(SO,2,),所加入空气中,O,2,量：,100-,C(SO,2,)+m C(SO,2,)n/100,炉气中剩余,O,2,量：,100-,C(SO,2,)+m C(SO,2,)n/100-m C(SO,2,),=,n+,n(m+,1,)/100-m C(SO,2,),m =11/8 C(O,2,)=21-1.296 C(SO,2,),C(O,2,),max,=16.2%,2024/11/24,10,化工工艺-硫酸,2、炉渣量计算,计算以100,Kg,硫铁矿中含,FeS,2,为基准,p,=,干矿中硫含量%,q,=,矿渣中硫含量%,FeS,2,%,=,p*120/64=1.875,p,Kg,以100,Kg,矿渣中含,FeS,%,=,q*88/32=2.75,qKg,x,表示矿渣产率，则由100,Kg,硫铁矿所得矿渣中含：,2.75 q x Kg,FeS,3.75,q x Kg,FeS,2,其余部分以,FeS,%,计为（1.8,75 p-,3.75,q x,）,Kg,，并以,Fe,2,O,3,形式转化入,矿渣中的,Fe,2,O,3,质量为（1.2,5 p-,2.5,q x,）,Kg,2024/11/24,11,化工工艺-硫酸,2、炉渣量计算,所以100,Kg,干硫铁矿可得矿渣,FeS,=2.75 q x Kg,Fe,2,O,3,质量=（1.2,5 p-,2.5,q x,）,Kg,脉石等=100-1.8,75 p,Kg,矿渣总量：100,x,=（100-0.625,p,+0.25 q x）Kg,矿渣产率,x=（100-0.625,p,）/（100-0.25 q）Kg,矿渣/,Kg,矿石：,2024/11/24,12,化工工艺-硫酸,焙烧每100,Kg,干硫铁矿所得炉气体积和所需空气量,3、硫铁矿中硫的烧出率,4、炉气体积及燃烧所需空气量,2024/11/24,13,化工工艺-硫酸,焙烧过程的热量衡算,矿石+空气,t,1,烧渣+炉气,t,0,烧渣+炉气,t,2,矿石+空气,t,0,H,1,H,R,H,2,H,2024/11/24,14,化工工艺-硫酸,二 原料预处理,分级筛选粒度,硫铁矿的破碎,脱水,配矿,尾矿1518%,块矿5%,2024/11/24,15,化工工艺-硫酸,三 沸腾焙烧,流态化技术,取决于硫铁矿颗粒大小、矿料物理性质、气流速度,优点：,操作连续，便于自动化,固体颗粒较小，气固相间传热和传质面积大,固体颗粒在气流中剧烈运动，使固体表面边界层不断被破坏、更新，从而使化学反应速度、传热、传质效率提高,2024/11/24,16,化工工艺-硫酸,沸腾焙烧炉：直筒型、扩散型、锥床型、,矿料,加料室,风室,空气,炉膛,鼓风机,风帽,工艺条件,2024/11/24,17,化工工艺-硫酸,2024/11/24,18,化工工艺-硫酸,四 炉气的净化和干燥,1 炉气净化,杂质：,SO,3,、H,2,O、As,2,O,3,、SeO,2,、HF、,矿尘,危害：堵塞管路、使催化剂失活、形成酸雾,除尘,As、Se,清除,酸雾清除,2024/11/24,19,化工工艺-硫酸,2 炉气净化流程,水洗流程,酸洗流程,炉气,大量水喷淋,干燥,初步冷却,旋风除尘,第一级,原料气净化和绝热增湿,第二级,除热、除湿和进一步净化,2024/11/24,20,化工工艺-硫酸,2024/11/24,21,化工工艺-硫酸,2024/11/24,22,化工工艺-硫酸,2024/11/24,23,化工工艺-硫酸,3 炉气干燥,要求：炉气中水蒸气,1,发烟,H,2,SO,4,65%,高浓发烟,H,2,SO,4,n=1,无水,H,2,SO,4,18.520%,标准发烟,H,2,SO,4,n1 H,2,SO,4,水溶液 92.593%、98%的浓,H,2,SO,4,2024/11/24,31,化工工艺-硫酸,一 发烟,H,2,SO,4,的吸收,设备：发烟,H,2,SO,4,吸收塔,吸收剂：与产品浓度接近的发烟,H,2,SO,4,喷淋吸收,SO,3,推动力：气相中,SO,3,分压与吸收液面上,SO,3,平衡分压之差,2024/11/24,32,化工工艺-硫酸,二 浓,H,2,SO,4,的吸收,设备：浓,H,2,SO,4,吸收塔,吸收剂：98.3%的浓,H,2,SO,4,吸收过程的影响因素,吸收酸浓度,吸收酸温度,进塔气温,2024/11/24,33,化工工艺-硫酸,三 系统水平衡发烟,H,2,SO,4,产量,从干燥器出来,H,2,SO,4,，,因吸收了炉气中的水分而被释放，此酸被送往吸收塔吸收,SO,3,制,H,2,SO,4,。,若系统无外加水，则产品酸的浓度：,A=1/（1+W）,W：,系统吸收1,Kg SO,3,时随同炉气带入干燥塔的水量，单位：,Kg,2024/11/24,34,化工工艺-硫酸,四,SO,3,吸收的工艺流程,转化气,发烟,H,2,SO,4,吸收塔,尾气送烟囱或回收,冷却,浓,H,2,SO,4,吸收塔,2024/11/24,35,化工工艺-硫酸,2024/11/24,36,化工工艺-硫酸,2024/11/24,37,化工工艺-硫酸,标准发烟,H,2,SO,4,：,含游离,SO,3,为20%；含,H,2,SO,4,为80%，也称20%发烟,H,2,SO,4,组成：,SO,3,=85.3%,H,2,O=14.7%,折算成100%,H,2,SO,4,浓度为105%，也称105酸,2024/11/24,38,化工工艺-硫酸,第五节 三废污染与综合治理,我国与1984年制订“,H,2,SO,4,工业污辱排放标准”,GB4282-84,废渣：硫铁矿焙烧后,Fe,2,O,3,及残余,FeS,、,少量,Cu、Zn、Pb、As,等,废水：水洗净化流程，含,H,2,SO,4,、As、F、,重金属,废气：少量未转化,SO,2,，,少量,SO,3,和酸雾,2024/11/24,39,化工工艺-硫酸,一 尾气中有害物质的处理：,方法：氨-酸法,影响因素,循环母液碱度,循环母液密度,尾气回收率,尾气排放,SO,2,浓度,基本,2024/11/24,40,化工工艺-硫酸,2024/11/24,41,化工工艺-硫酸,二 烧渣的利用,建筑材料的原料,炼铁原料,回收重金属,用于生产,Fe,2,O,3,颜料铁红,2024/11/24,42,化工工艺-硫酸,三 排放液的处理,污水 炉气水洗净化系统排除的洗涤水,厂区内冲洗被污染地面的出水,处理,加入碱性物质的多段中和,硫化-中和法-用于冶炼烟气制酸系统,2024/11/24,43,化工工艺-硫酸,习题,1 硫铁矿焙烧及影响焙烧速度的因素有哪些？,2 炉气中的有害杂质有哪些？如何除去这些杂质？,3 在“文-泡-文”净化流程中，第一文丘里与第二文丘里的作用有何区别？泡沫塔的作用？,4 炉气干燥的原料？如何选择干燥工艺条件？,5,SO,2,氧化的催化剂主要成分是什么？,2024/11/24,44,化工工艺-硫酸,6,SO,2,氧化成,SO,3,时，为什么会存在最佳温度？请导出最佳温度与平衡温度间的关系式？,7,SO,2,氧化时，若采用常压操作，起始温度为420,，原料气中,SO,2,浓度为7%。采用一段钒催化剂催化转化，其转化率可否达到90%？为什么？,提示：反应温度与初始温度的关系,8 请绘出前两段采用炉气冷激，后两段采用间接冷却的四段转化过程的,T-X,示意图？,2024/11/24,45,化工工艺-硫酸,教学要求,（1）了解硫酸在国民经济中的地位及国内外发展状况,（2）熟悉,H,2,SO,4,性质及其生产中的几种重要原料,1.从硫铁矿制,SO2,炉气,（1）掌握硫铁矿焙烧的基本原理，焙烧的热力学和动力学。,（2）熟悉沸腾焙烧的原理、设备和工艺条件的选择。,（3）了解硫铁矿焙烧的工艺流程,（4）了解几种焙烧方法。,2024/11/24,46,化工工艺-硫酸,2.炉气的净化与干燥,（1）掌握炉气净化的基本原理,（2）熟悉湿法流程和文丘里除尘,（3）了解酸雾形成原理及控制方法,（4）掌握炉气干燥的工艺条件，了解其流程,3.,SO,2,催化剂,（1）掌握,SO,2,催化氧化原理（热力学、动力学）,（2）掌握催化氧化工艺条件的选择,（3）了解催化氧化工艺流程,2024/11/24,47,化工工艺-硫酸,4.,SO2,吸收,（1）掌握,SO,2,吸收的基本原理和工艺条件的选择,（2）了解干燥-吸收系统的流程,（3）掌握产量等物料的蘅算,5.三废治理,硫酸尾气的环境保护及处理,2024/11/24,48,化工工艺-硫酸,