金川指导书生产实习.doc

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1、化学工程与工艺生产实习指导书宋永辉 张秋利 唐长斌 朱军西安建筑科技大学冶金工程学院化学工程与工艺研究所二零一零年四月编写说明化学工程与工艺是以化工单元操作为基础，专门培养具备化学工程与化学工艺方面的理论知识及实践技能的复合应用型人才的学科，学科的研究领域正向冶金、环境、材料、能源等领域拓展。这种交叉学科发展,对于未来高级专门人才培养和教育质量保证面临着新的挑战。实践性教学环节是本专业培养合格的高技术、复合型人才的重要环节，也是使学生实现专业学习与全面发展有机结合的重要方式之一，其主要包括实验教学、认识实习和生产实习等环节。多年的教学实践使笔者以为，生产实习作为其中最为关键的一个环节，它对于巩

2、固学生的专业基础知识及各种实践技能的培养、综合素质的提高发挥着举足轻重的作用。生产实习是专业课程教学必不可少的重要组成部分，其主要目的和任务是在学生掌握了一定的专业基础知识，尚未学习专业课程之时，对本专业的任务、作用、涉及范围等最直接的一次感性认识，对学生建立专业意识、培养学生对本专业的兴趣和理论联系实际的工作作风、拓宽学生的知识面都是很有帮助的，是为即将进行的理论教学环节奠定必要的基础。我校化工专业是在原有的有色冶金专业基础上发展起来的，专业方向为化工冶金方向。甘肃省金川公司是我国最大的镍生产基地，主要冶金产品有铜、镍、贵金属、铂族元素以及与其相关的高附加值产品，同时也配套生产硫酸、烧碱、氯

3、气等多种无机化工产品，这与我们的专业实习十分对口。结合目前我国冶金行业的发展前景、本专业的历史特点以及未来发展方向，这几年，经过学院和教研室老师的不懈努力，我们已经和金川公司建立了良好的合作关系，建立了西安建筑科技大学化学工程与工艺专业学生实习教学基地，其全面的强劲的生产、先进的生产技术对于本专业实习的效果奠定了有力的保障。为了更好地促进对生产实习工艺流程的全面、准确和深入了解并取得较好的实习效果，由化学工程与工艺教研室组织，由对实习流程熟悉的指导教师编撰了本实习指导书。本书由化学工程与工艺生产实习要求，金川实习基地简介，化工厂硫酸合成工艺流程，化工厂氯碱系统工艺流程，铜精炼工艺流程，镍精炼系

4、统工艺流程四部分内容。化工厂硫酸合成工艺流程和化工厂氯碱系统工艺流程部分由唐长斌编写；铜精炼工艺流程和镍精炼系统工艺流程部分由张秋利编写；宋永辉负责全书的统稿，朱军负责全书的审校。由于编者水平有限，不足之处一定不少，敬请各位读者批评指正。编者2006年4月于西安目 录金川集团公司实习基地I一、基本情况I二、实践教学目的和内容I三、科研和技术生产活动III四、开展因材施教，开发学生潜能的实践项目IV五、场地与设施IV第1章 硫酸系统11.概述11.1金川集团冶炼烟气制酸工艺简介31.2 硫酸的储存和生产中材料选用9思考题12参考文献13第2章 氯碱系统14概述142.1氯碱系统工艺流程182.2

5、电解过程及电解装置20思考题25参考文献26第3章 电解铜系统27概述273.1近20年来国内外铜冶金现状283.1.1国内铜冶金现状283.1.2国外铜冶金现状323.1.3铜电解精炼概述333.1.4工业纯铜的主要性能及应用343.2电解铜的工艺流程图（如图3-1）353.3电解铜生产系统353.3.1电解生产区3633.2净化系统373.3.3净化产品38思考题38参考文献38第4章 电解镍系统40概述404.1世界镍工业现状404.1.1资源的种类及分布404.1.2世界镍的生产工艺414.2我国镍工业的现状414.2.1镍资源的状况414.2.2我国镍工业现状424.3镍工业发展趋势

6、分析434.3.1产量增加434.3.2工艺将向着短流程、金属回收率高、生产消耗少及有利于环保方向发展434.3.3生产成本将会更低434.3.4氧化镍矿生产的镍所占比例不断扩大444.3.5镍消费结构发生变化，生产需求呈现多样化趋势444.4电解镍的生产工艺444.4.1阴阳极制作444.4.2电解精炼464.4.3阴阳极质量要求474.4.4影响电镍产量及质量的因素484.5 镍电解液的净化过程49思考题50参考文献50金川集团公司实习基地一、基本情况金川集团有限公司是由原金川有色金属公司依法改制设立的多元投资主体的有限责任公司。主要股东为甘肃省人民政府（省经贸委）、国家开发银行、中国信达

7、资产管理公司、甘肃省工业交通投资公司，注册资本35.6亿元。金川集团有限公司是中国最大的镍钴生产企业和铂族金属提炼中心，镍和铂族金属产量均占中国的90%以上，职工人数3.1万，资产总额115亿元，资产负债率59%。2004年实现营业收入150亿元,利税26亿元,利润12亿元。2005年计划镍产量9.3万吨,铜产量18万吨,钴产量5000吨。1.地理位置位于甘肃省河西走廊中部的金昌市，地处腾格里沙漠的西南边缘、祁连山北麓，属典型的戈壁滩地貌，所处地域属大陆性气候，年平均降雨量132毫米，年平均蒸发量2827毫米。2.概况金川集团有限公司是国内最大的镍钴生产企业和铂族金属提炼中心，生产镍、铜、钴、

8、稀有贵金属、硫酸等化工产品，镍和铂族金属产量分别占全国的88%和90%以上。公司拥有世界著名的大型铜镍矿，矿产资源丰富，镍钴储量居全国前列；拥有国家首批确认的企业技术中心，具备较强的科研开发能力和技术研究水平。公司现已形成55000吨镍、60000吨铜及相应综合回收站、贵金属的生产能力。有21种产品获省部级以上优质产品称号，主产品1#电解镍1995年获准在LME注册并交易，产品销往国内29个省、市、自治区和香港特别行政区，并出口美国、德国、日本等10多个国家。企业先后获得国家科技进步特等奖、全国“五一”劳动奖章、国家级企业技术进步奖、中国企业管理杰出贡献奖等省部级以上奖励462项。二、实践教学

9、目的和内容生产实习是高等学校本科培养计划中的重要组成部分，是对学生进行工程基本训练的重要教学环节。其目的是使学生运用所学知识与生产实际相结合，以获得生产技术和管理知识，培养动手能力和独立工作能力。学生参加生产实习，是理论学习和实践锻炼相结合的重要方式，是提高政治思想水平与业务素质的重要环节。通过实习，可以使学生了解社会，接触实际，增强群众观点、劳动观念和社会主义的事业心、责任感，提高政治思想觉悟。通过实习，获得化学工程与工艺专业有关的实际知识，巩固所学理论，培养初步的实际工作能力和专业技能，并促使学校教育与社会教育更好地结合起来。实习性质：生产实习实习内容:（1）电解铜生产系统：电解系统：电解

10、生产区由五个小系统构成，电解一、二、三生产系统为老系统，主要生产电解小极板，电解四、五生产系统为新系统，主要生产电解大极板。该系统主要生产产品为阴极铜、残极、阳极泥与老液。电解生产区主要生产设备有：电解槽、集液槽、循环大泵、加热器、高位槽、分液包、压滤机、阳极泡洗槽、阴极铜泡洗槽、动力设备、连动加工机组等，了解其主要结构及工作原理。电解的原料，电解区溶液的走向，电解技术条件等。净化系统：净化系统用于除去老液中镍、砷、锑、硫等杂质，得到含铜较高的溶液。净化系统由净化一系统，净化二系统两个系统构成。净化一系统为老系统，主要处理小极板；净化二系统为新系统，主要处理大极板。净化系统主要生产产品为阴极铜

11、、残极、阳极泥与老液。净化系统设备有：脱铜槽、诱导脱铜槽、电蒸发槽、带式过滤机、中和槽等。了解净化的目的和原理，净化工艺的主要产品，主要设备的结构。（2）电解镍生产系统：阴阳极制作（冶炼过程）：阴阳极制作的工艺过程、原理。电解精炼过程：镍电解精炼是在阴极上沉淀出较纯的电镍，而不析出或尽可能少析出氢和其它杂质。包括三个工艺环节，即阳极过程、阴极过程和造液过程。主要了解阴阳过程的原理、发生的化学反应、原料和产物。电解液净化过程：镍电解过程的主要杂质为铁、铜、钴三种元素，同时根据阳极原料的不同，有时还含有铅、锌等，所以电解液净化过程主要是除去铁、铜、钴等杂质。主要掌握除铁、铜、钴三种主要杂质的工艺原

12、理，了解主要的设备及其结构、工作原理。（3）硫酸生产工艺：硫酸工艺流程：净化干吸转化净化工段来自冶炼车间的烟气含有大量的氮气、二氧化碳和氧气，此外还含有大量的杂质如：镍、硒、砷、矿尘、二氧化硫、水分等。矿尘不仅会使管道堵塞，而且会覆盖触媒的表面，而使触媒结疤，活性下降阻力增加转化率下降。净化的主要任务是除尘，降温除热和除雾除水。净化的主要设备有：空心洗涤塔、填充塔、泡沫洗涤塔、电除雾器等。干吸工段从净化二段电雾出口来的烟气先进入干燥塔，再用泵经板式换热器冷却后送到塔顶喷淋，干燥后的气体进入二氧化硫鼓风机入口，并由鼓风机送往转化工段进行转化。转化工段在此过程中，烟气中的二氧化硫在触媒的催化作用下

13、和烟气中的氧气化合生成三氧化硫，同时放出热量。从四段转化器出来的三氧化硫烟气依次进入第二、第一外热交换器，预热从鼓风机送来的烟气，本身温度降至220后，送入吸收塔吸收成硫酸。为了调节各段触媒层的温度，在各段之间分别设置了烟道和电动、气动调节阀，用从风机出口引来的冷烟气进行冷激控制，使各触媒层的操作温度稳定。附属系统循环水系统：间冷气循环水经间冷气循环泵打入间冷气管间与管内。烟气逆流传热后回到冷却塔，由塔顶淋洒降温后进入塔底水池循环使用。板式循环水经板式循环泵打入板式换热器或阳极保护器内与酸进行换热后进入冷却塔由塔顶淋洒降温后，进入塔底水池循环使用。成品酸系统：成品酸排入干吸地下槽，由液下泵输送

14、管道打入大罐计量存放。装车时，先将酸打入计量槽计量后，由计量槽泵打入火车栈桥或汽车装酸高位槽。返酸时，关闭大罐入口阀，打开返酸阀，经成品输送酸管道将酸返到干吸系统。成品酸可经联络干线打入硫酸库。（4）氯碱生产系统烧碱的制备分四个工段：化盐、电解、处理和蒸发。重点是其生产原理、生产工艺及过程中的产物特征；了解所用设备的结构及工作原理。烧碱车间分为四个工段：盐水工段、电解工段、处理工段和蒸发工段。盐水工段由化盐、精制、澄清、沙滤和中和五个操作单元组成，主要设备有：化盐池、反应池、道尔澄清桶、沙滤器和中和槽。电解工段主要单元操作是盐水的电解，设备为电解槽。氯氢处理工段主要进行的是氢气和氯气的冷却、除

15、杂、除水份等操作，主要设备为冷却塔和反应器。蒸发工段主要为电解液蒸发后返回盐水工段。盐酸生产主要有冷却、吸收等单元操作，设备有氢氯反应器，石墨冷却器。三、科研和技术生产活动2005年9月正式建立教学实习基地后，冶金工程学院化学工艺与工艺专业本着加强教学、科研同工程实践相结合的精神，进一步充分利用教学实习基地，培养学生的实践和动手能力，开展认识实习、生产实习和社会实践活动，取得了较好的实践教学效果。同时，探索和实践在基地进行相关的科研工作和技术生产活动，并与金川集团公司在工艺与技术改进、信息化和自动化建设与管理、资源综合利用、三废治理、生产节能、人才培养、技术骨干培训等方面达成了合作意向。四、开

16、展因材施教，开发学生潜能的实践项目要求学生根据实习单位提供的实习条件主动地发现问题，并能根据自己所学的只是初步的解决问题。并创造性地开发新技术，解决实际工程中存在的问题。如：（1）要求学生阅读企业有关设计的基础资料，注意工艺流程方式确定问题。引导学生回忆课本上关于单元操作过程的种类及使用条件；（2）引导学生在实习中，注意有关化工设备设计，如板框式换热器，反应釜，吸收塔等，并让学生自己查找文献，了解有关设计标准确定的原则和依据，引导学生分析化工设备设计规模、投资和效益的关系，在阅读企业工程基础资料的基础上，结合现场设备，分析工程设计规模确定的合理性。五、场地与设施（1）金川集团公司培训中心；（2

17、）金川集团公司科技馆；（3）金川集团公司电解铜生产区；（4）金川集团公司电解镍生产区；（5）金川集团公司硫酸生产区；（6）金川集团公司氯碱生产区。第1章 硫酸系统1.概述化学上将一个分子的三氧化硫和一分子水相结合组成的物质称为无水硫酸。它是指100%的硫酸，又称为纯硫酸。一般情况下纯硫酸是无色油状的液体，密度为1.8269g/cm3，冰点为10.371。而工业生产的硫酸是指SO3和H2O按一定比例混合的液体，其中，发烟硫酸是指SO3和H2O摩尔比大于1的液体。硫酸作为强酸，不仅具有强酸的通性，而且还具有脱水、氧化、磺化等特性。硫酸是一种重要的基本化工原料，曾被誉为“工业之母”。硫酸的最大用户是

18、生产化学肥料（磷铵、硫铵及重过磷酸钙）；在化学工业中，硫酸是生产各种硫酸盐的原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、制药等生产中不可缺少的化工原料，在农药、除草剂、杀鼠剂等生产中也必不可少；在石油精炼过程中使用大量硫酸作为洗涤剂，去除石油产品中的不饱和烃和硫化物等杂质；在冶金工业中，如钢材加工及其产品的酸洗、铜镍精炼等都需要硫酸；国防工业中浓硫酸用于制取硝化甘油、硝化纤维、三硝基甲苯等炸药，原子能工业、火箭工业等也需要用到硫酸。硫酸制备始于8世纪，最早炼金学者蒸馏绿矾(FeS047H20)制得了硫酸；1740年有人将硝石与硫磺在玻璃瓶中混合燃烧来生产硫酸，并建成世界上第一座硫酸厂。1746年采用铅

19、室代替玻璃瓶，即所谓的“铅室法”制酸。由于庞大的铅室生产效率低，耗铅多，投资高，19世纪后半期开始，技术人员不断地提出各种改进的建议和发明，随着实践经验的积累和理论研究的深入，终于导致以填料塔代替铅室的多种塔式装置建成。铅室法和塔式法制备的硫酸浓度分别为65和7678H2SO4，其生产特点均是以氮的氧化物为媒介，试SO2在有氧及水的情况下生产硫酸，不足是产品浓度低、杂质多（含尘和氮的氧化物），生产中又要耗用大量的硝酸或硝酸盐。1831年就有人提出，用铂作催化剂，接触法硫酸生产，但困难重重发展缓慢，直至1875年才建成世界上第一座接触法生产发烟硫酸的装置。随着铂及其它催化剂的性能的研究和工艺装置

20、上全面解决了以硫铁矿为原料生产硫酸技术关键，19世纪末和20世纪初，相继建设了一些都使用铂作催化剂，制法及载体各异的接触法生产装置。由于第一次世界大战对炸药的需求，各种接触法装置在欧美大批兴建。1899年RMeyers (迈耶尔斯)提出用钒酸作催化剂；Dehaen (1901)发明将钒酸或可溶的钒化合物沉积于石棉、浮石等多孔性载体的技术；1913年，巴登苯胺碱公司发明了添加碱金属盐的催化剂，活性与铂催化剂相近，价格较低且不易中毒；不断的发展使到20世纪60年代，钒催化剂完全取代了铂及其它催化剂。另外，在50年代初，德国和美国同时开发成功硫铁矿沸腾焙烧技术。德国的拜耳(Bayer)公司于1964

21、年实现两次转化工艺的应用，1971年建成一座直径4m的沸腾转化器。1972年，法国的于库尔曼公司建造了第一座以硫磺为原料的加压法装置，操作压力为0.5MPa，日产550t(100H2SO4)，以及热能的回收利用、低浓度SO2烟气回收、生产控制自动化等也都标志着硫酸生产技术不断向更新、更高的技术的发展。我国硫酸工业是化学工业中建立较早的行业之一。1874年天津机器制造三分厂建成中国最早的铅室法装置，日产硫酸约2t，1934年，河南巩县兵工厂建立并投产了第一座接触法制酸系统。1949年以前，中国硫酸最高年产量为180kt(1942年)。新中国的硫酸工业依靠自己的力量，在恢复、扩建和改造的基础上又新

22、建了不少中小型装置，全国工厂总数有400余家。发展到1979年，硫酸产量为6998kt (以100H2SO4计)，超过日本，仅次于美国和苏联。80年代以后，硫酸工业获得了快速地发展。根据1999 年底的不完全统计,我国现有硫酸生产厂家632 家,生产能力为32500kt/a。图1.1硫酸生产系统外景而且，我国硫酸生产技术取得了巨大的进步，逐渐缩小了与国际先进水平的差距。20世纪50年代以后逐步推广接触法，取代铅室法和塔式法，20世纪80年代后全部采用接触法。1951年永利宁厂研制成功型钒催化剂并用于生产，结束了我国钒催化剂依赖进口的历史，此后又陆续开发了低温、耐砷及环状、菊花状等多种钒催化剂，

23、满足了我国硫酸工业发展的要求。1956年永利宁厂成功地开发了硫铁矿沸腾焙烧技术，并建成135t/d的工业沸腾焙烧炉。同年，上海硫酸厂采用文氏管洗涤器对气体进行降温和除尘，获得了成功，1958年又进一步创建“三文一器”水洗净化流程应用于该厂新建的50kt/a硫酸装置上，简化了生产流程，节省了投资，对硫酸工业的发展起了推动作用。1977年，南化研究院开发成功酸洗净化流程，消除污水对环境的污染。1966年上海硫酸厂在硫酸生产装置上采用两转两吸流程取得成功，减少了尾气排放。1989年南化研究院完成了“3+2”两次转化工业试验，使二氧化硫转化率进一步提高到99.7 %以上。1990年华东理工大学同上海吴

24、泾化工总厂合作开发了二氧化硫非定态转化技术，1994年河南济源豫光金铅集团有限公司采用该技术处理铅烧结机烟气取得成功，为低浓度二氧化硫气体的处理和利用创造了条件。在装置设备方面,我国先后开发了新型电除尘(雾)器、洗涤器、阳极保护管壳式酸冷却器、板式酸冷却器、浓酸泵、稀酸泵、新型塔填料、分酸器、瓷质球拱以及新型自动控制仪表等，这些设备的广泛应用满足了我国硫酸工业大型化、高强度、高效率的要求，提高了我国硫酸工业的总体技术水平。随着改革开放的深化，我国先后引进了国外鲁奇、孟山都、凯密迪、波立顿、托普索、三菱重工等公司的成套硫酸装置、技术和设备,如WSA 湿法制酸工艺、非定态氧化技术、大型沸腾焙烧系统

25、、硫磺制酸废热锅炉、动力波洗涤器、不锈钢转化器、大型风机、高效含铯钒催化剂等，这些技术和设备的引入，也推动了我国硫酸技术的发展。总之，经过几十年来的发展，我国已在硫酸的科研、设计、设备制造及生产等各方面取得了令人瞩目的成就。大型硫酸生产装置普遍采用两转两吸工艺，二氧化硫转化率达到99.5%以上，其技术水平已接近世界先进水平。生产硫酸根据工艺不同选用不同的制酸原料（能够产生SO2的含硫物质），目前主要有硫化物矿、硫硝，硫酸盐，含硫化氢的工业废气，以及冶炼烟气等。硫铁矿是硫元素在地壳中存在的主要形态之一。现在很多国家仍然以它作为制造硫酸的主要原料，其主要成分为FeS2，理论含硫量为53.45，含铁

26、量为46.55；硫磺是制造硫酸使用最早而又最好的原料，硫在通常情况下为固体，有(正交)、及(单斜)三种同素异形体。制酸原料用硫磺与硫铁矿相比，炉气中SO2与O2的含量都可相应提高，有利于提高主要设备生产能力。硫磺一般含杂质较少，焙烧前经过纯化，去掉杂质，这样所得的炉气可以不必经过复杂的精制过程，而直接降温到420进入转化系统，这就极大地简化了工艺过程，节省了投资费用。同时，燃烧硫磺不产生烧渣，避免了烧渣的排除和处理的困难。生产的酸质量好，杂质少；硫酸盐、冶炼烟气、硫化氢或SO2烟道气等可以作为制造硫酸的原料。其中冶炼有色金属过程中，产生大量含有二氧化硫的烟气可作为制造硫酸的原料，这不但能回收资

27、源，而且还能消除了公害。在冶炼烟气制酸方面做了大量的工作，取得了不少的成果。由于冶炼过程所产生的烟气有不同的特点，应根据烟气的不同特点，选取相应的工艺流程制酸。1.1金川集团冶炼烟气制酸工艺简介图1.2 硫酸制备工艺流程图1.1.1 53万t硫酸工艺流程1) 净化从冶炼厂铜镍转炉送来的烟气中二氧化硫浓度约为5.5%，烟气温度250左右。将烟气分作两路一路进到一系统；另一路首先进到二系统空塔，从上到下与塔顶喷淋下来的1%左右稀酸逆流接触，酸中水分绝热蒸发而使气体降温，绝热饱和温度为35%，气体中的尘和杂质被稀酸洗涤而进入循环酸中。进入酸中的杂质有50%左右溶解，不溶的固体杂质在沉降槽内部分沉降下

28、来清液从上部溢流至循环槽后用泵打到塔内喷淋，完成酸液循环过程。而沉降槽底部沉积的酸泥以5g/l的含固量被排放，酸泥送到冶炼厂回收废酸自流到一系统污酸地沟。从空塔出来的烟气自上而下与动力波冲击管中的高速稀酸充分接触，降温除尘后进入填料塔中，自上而下与经板式换热器冷却后的稀酸逆流接触，待烟气温度达到28左右时，从塔顶排出，进入两极电雾，气体在电雾除尘器内被除去酸雾。来自冶炼的烟气含有大量的氮气、二氧化碳和氧气，此外还含有大量的杂质如：镍、硒、砷、矿尘、二氧化硫、水分等。矿尘它不仅会使管道堵塞 而且会覆盖触媒的表面。而使触媒结疤，活性下降阻力增加转化率下降。再次矿尘进入成品酸中杂质含量增高，颜色变红

29、或黑，影响成品酸的质量杂质中的三氧化二砷和氧化硒是危害触媒最严重的毒物，同时也影响成品酸的质量。硒、砷在烟气中以氧化状态存在的，烟气中所含的砷和硒的多少与原料含砷、硒量和冶炼的工艺所决定的。二氧化二砷和氧化硒是危害触媒最严重的毒物，同时也影响成品酸的质量。至于水分，它会稀释进入转化系统的酸沫和酸雾，会稀释沉积设备和管道表面的硫酸造成腐蚀。且三氧化硫会与水蒸汽结合成硫酸蒸汽。在换热降温过程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸雾，不易被捕集排除会造成环境污染。净化的主要任务是除尘，降温除热和除雾除水。净化的主要设备有：空心洗涤塔、填充塔、泡沫洗涤塔、电除雾器等。表1-1 净化工艺指标项目单位空塔填料塔

30、板式换热器电除雾入口烟气温度2505131出口烟气温度513131喷淋酸浓度%4.30.90入口酸温50.83141.5出口酸温50.839.331循环酸量400400冷却水入口温度27冷却水出口温度342) 干吸工段从净化二段电雾出口来的烟气先进入干燥塔，气体中的饱和水分被塔顶喷淋的93%的酸吸收，出塔酸进入循环槽，再用泵经板式换热器冷却后送到塔顶喷淋，干燥后的气体进入二氧化硫鼓风机入口，并由鼓风机送往转化工段进行转化。转化后的烟气温度为220，进入吸收塔，烟气中的三氧化硫被塔顶喷淋下来的98%的硫酸吸收，浓硫酸从塔底流出进入循环槽，然后用循环泵经阳极保护冷却器冷却后送至塔顶喷淋，从塔顶出来

31、的尾气进入104米烟囱放空。干燥出来的硫酸因为吸收了水分而变稀。吸收塔流出的酸因吸收三氧化硫而变稠，让两种酸依靠自动串酸来调节浓度，不足的水分从系统外加入干燥循环槽。成品酸从干燥循环子槽产出。经脱气塔脱气后进入地下槽。成品酸由地下槽液下泵送往成品酸库。表1-2 干吸工艺指标项目单位干燥塔一吸塔入塔烟气温度31195出塔烟气温度4560喷淋酸浓度%9398喷淋酸入口温度4565喷淋酸出口温度5582入冷却器酸温5582出冷却器酸温4565入冷却器水温3030出冷却器水温38403) 转化工段从二氧化硫鼓风机出来的烟气大部分经第一，第二外热交换器预热升温至390后和一小部分从鼓风机出口经三，四段之

32、间的内部换热器预热后的烟气混合后顺序经过转化器二，三段触媒间和一、二段触媒间的裂管换热器继续被预热，使其温度生高至420，从转化器上部进入转化器一层进行反应。一段转化后的烟气温度上升到526，然后经内热交换器降温至470进二段转化，二段温度上升到494后经内热交换器降温至440进入三段转化，三段转化温度上升到446后经内热交换器降温至420后进入四段转化，转化后温度上升到437。在此过程中，烟气中的二氧化硫在触媒的催化作用下和烟气中的氧气化合生成三氧化硫，同时放出热量。从四段转化器出来的三氧化硫烟气依次进入第二、第一外热交换器，预热从鼓风机送来的烟气，本身温度降至220后，送入吸收塔吸收成硫酸

33、。为了调节各段触媒层的温度，在各段之间分别设置了烟道和电动，气动调节阀，用从风机出口引来的冷烟气进行冷激控制，使各触媒层的操作温度稳定。表1-3 转化工艺指标项目单位正常状况转化入口气量Nm3/h68000SO2%5.00触媒煤层入口温度一段420.00二段470.00三段440.00四段430.00累计转化率一段%73.00二段%88.00三段%92.00四段%97.00复线量A%5.71B%27.001.1.2三硫酸工艺 1) 净化工艺流程闪速炉，转炉烟气经过直径为2850mm烟道输送至第一洗涤塔（空塔），循环酸由塔顶喷入，塔内气液顺流接触，洗涤，除尘降温后由塔底排出进入二洗塔顶部，一洗循

34、环酸经沉降槽处理后流入一洗循环槽继续使用；气体由塔底进入二洗塔，循环酸有塔顶喷入，塔内气液顺流接触，进一步洗涤，除尘降温后的烟气有塔底排出，进入三洗涤塔。气体由底部进入三洗涤塔，由塔顶排出，循环酸由塔顶喷洒，塔内气液逆流接触，经洗涤后烟气温度降至50以下，三洗塔出口气体由顶部进入间冷器，由底部排出来，气液在塔内逆流接触。间冷器并联使用，经间冷器降温后的气体，由电除雾底部进入电除雾器从顶部排出，电除雾分为两级，每级四台并联。电除雾器出口合格的二氧化硫烟气进入干燥塔。电除雾器，间冷器内的冷凝稀酸竟排放管分别排入间冷器循环槽，三洗循环槽作为部分新水补充循环酸用，间冷器冲洗槽正常运转时加入中水作为补充

35、，中水没有是补加新水，间冷器冲洗水经间冷器循环泵部分串入三洗循环槽，作为补充水补入三洗循环槽使用。过量的水由平衡管串入二洗循环槽，二洗循环槽循环酸多时由二洗泵出口串入一洗循环槽做循环酸使用，在一洗循环酸含酸，含尘达到平衡时由一洗循环槽排酸口经管道排出。2) 转化，吸收工艺流程图1.3 转化吸收工艺流程图净化后的烟气经干燥塔出去水分、酸雾后，有二氧化硫主风机牵引鼓入外热交管间再经b、号换热气管间，由转化器顶部进入转化器一层，一层转化出口烟气进入号换热器管内与管间冷气热交换后，进入二层转化，在二层转化反应后的烟气进入号换热器与管间冷气换热后进入三层，三层出口烟气依次经b和a号换热器管间与管内热气换

36、热降温后进入一吸收塔吸收；一次吸收后的烟气从一吸收塔出来后依次经a、b、号换热气管间与管内热气换热生温后进入转化器四层，进行二次转化，四层出口烟气依次经b、a号换热器管内与管间冷器换热降温后，进入二吸收塔吸收。二次吸收后的烟气由尾气烟囱外排入大气层。净化后的烟气经干燥塔底部进入塔内，干燥酸由塔顶淋洒，烟气、干燥酸在塔内逆流接触除去水分后进入二氧化硫鼓风机，依次经一、二、三层触煤完成一次转化，一次转化后烟气进入一吸塔完成一次吸收。一吸塔内，三氧化硫烟气由塔底部进入塔内，吸收酸由塔顶淋洒，气、液在塔内逆流接触，一次吸收的烟气经四层触煤进行二次转化，二次转化后烟气由二吸收塔底部进入塔内，吸收酸由塔顶

37、淋洒，气、液在塔内逆流接触完成二次吸收，二次吸收后的尾气由烟囱外排。干燥循环酸在吸收烟气中的水分后，浓度下降，体积增加浓度降低。一、二吸循环酸吸收了三氧化硫后浓度增加。产93%酸时，二吸收循环酸浓度通过加水来调节，保持98%不变；液位通过往一吸串酸来保持稳定，一吸通过串入干燥酸来调节酸浓度平衡，一吸通过往干燥串酸用以实现一吸液位的稳定。干燥酸浓度高于93%时，通过加入新水来调节至93%，干燥循环槽由于加水或串入吸收酸而使液位升高，升高部分经产酸阀排入干吸地下槽作为成品酸送往酸库。产98%酸时，干燥酸由于吸收烟气中的水分浓度下降，此时由一吸串入98%酸，保证干燥酸浓度稳定，干燥循环槽由于串酸、吸

38、水而使液位上升，上升部分由串酸阀串入一吸循环槽，保证干燥循环槽液位的稳定，一吸酸吸收了三氧化硫浓度上升，通过加水稳定浓度，一吸通过往二吸串酸来保持液位稳定。二吸吸收二氧化硫后，加水调节98%。二吸液位上升后，通过产酸管道排入底下槽作为成品。表1-4 净化参数一洗塔入口压力10000Pa二段电除雾出口压力4500 Pa一洗塔出口温度70三洗塔入口温度60间冷器出口温度30二段电除雾器出口温度32一洗循环槽液位：15002000mm二洗循环槽液位：15002000mm三洗循环槽液位：15002000mm间冷循环槽液位：15002000mm二次电压40kv电除雾器出口压力1500 Pa净化系统漏风率

39、15%净化出口烟气含尘2 mg/Nm3净化出口酸雾5mg/Nm3表1-5 干吸参数干燥循环槽液位：18002000mm一吸循环槽液位：18002000mm二吸循环槽液位：18002000mm干燥塔出口酸温：55一吸塔出口酸温：70二吸塔出口酸温：70干燥酸浓度：92.5-93.5%一吸酸浓度：98-98.5%二吸酸浓度：98.2-98.5%吸收率：99.99%93%酸浓度：92.5-93.5%98%酸浓度：98-98.5%风机出口水分：1g/hm3表1-6 转化参数风机出口压力：40kPa4号外热交压差：6kPa一层入口温度：410435四层入口温度：390-420一层触媒温度：表层：4204

40、40中层：560620转化率：98%3) 附属系统l 循环水系统间冷气循环水经间冷气循环泵打入间冷气管间与管内。烟气逆流传热后回到冷却塔，由塔顶淋洒降温后进入塔底水池循环使用。板式循环水经板式循环泵打入板式换热器或阳极保护器内与酸进行换热后进入冷却塔由塔顶淋洒降温后，进入塔底水池循环使用。l 成品酸系统成品酸排入干吸地下槽，由液下泵输送管道打入大罐计量存放。装车时，先将酸打入计量槽计量后，由计量槽泵打入火车栈桥或汽车装酸高位槽。返酸时，关闭大罐入口阀，打开返酸阀，经成品输送酸管道将酸返到干吸系统。成品酸可经联络干线打入硫酸库。1.2.3新老系统的比较表1-7 新老系统的比较项目新系统老系统净化

41、湍冲塔，优点是前一段有柱状的烟道，效率可提高到98%。可节省投资，节省占地面积。一系统为间冷器，缺点是体积大，检修不便。二系统为板式换热器，缺点是体积小，效率低。塔槽一体，优点是停开泵时，酸不会积累，提高利用率。母槽、子槽分开，以管道相接。缺点是易漏酸，堵塞管道，生产不安全。电除雾阴极：六角形阳极：正六边形阴极：六棱柱阳极：圆形电除雾一、二段并联，它们之间无增湿塔。优点：两套冲洗、除尘，降温效率高。一、二段间有增湿塔，经过一段后，颗粒体积增大，二段时有利于除尘。转化两转两吸，先经一、二、三层转化后，进入一吸，再进入四层转化，进入二吸，转化过程中，将生成的SO3及时除去，反映有利于向正反应方向进

42、行，提高转化率。一转一吸，先转化后吸收，生成的SO3随时间的增长，它的浓度增大，使得反应的逆反应速度加快，转化效率转低。1.2 硫酸的储存和生产中材料选用 硫酸生产是连续的，成品酸的送出也是连续的，但是硫酸售出则是间断的。因此，一般的每个硫酸厂都设有成品酸库。硫酸库有立式圆筒形或卧式扁圆形两种，前者居多。以能贮十天至一个月的产量为限。酸库的容量有1001000t大小不等，硫酸库可以普通钢板焊成，外加钢材补强，顶部有酸入口、出气口、人孔等，并辅以酸泵移酸。 硫酸工业是处理腐蚀性的气体和液体的工业，在选择硫酸生产设备的构筑材料时，不仅要考虑材料的耐腐蚀性，而且还要考虑材料的机械强度，加工难易程度，

43、资源情况，以及价格高低等因素。硫酸对金属的腐蚀，与硫酸的浓度及温度有很大关系，所以硫酸的浓度和温度也是选择设备材料的重要依据。耐酸材料大致分为金属材料、无机材料、有机材料三类，这些材料有的是单独使用，有的则是互相配合，或作为其它材料设备的衬里使用。 常用的耐酸蚀金属材料有铅、钢、铸铁、高硅铁、铬、钼、镍合金钢等。 1) 铅 铅在硫酸生产上是使用较早、较广泛的优质耐腐蚀材料。由于铅与稀硫酸作用，其表面生成一层稳定的PbSO4保护膜，这层保护膜可以防止金属与酸的继续作用。当酸浓度增加到75以上时，尤其是在发烟硫酸中，铅是不稳定的，在这样的酸中，硫酸铅显著地被溶解，这时，PbSO4保护膜也就不能再起

44、防腐蚀的作用了，因此，铅材只适用于浓度小于80的硫酸。温度对于PbSO4薄膜的稳定性也有影响，在稀硫酸中温度超过8590时，硫酸铅即被破坏。一般说来，铅越纯其耐酸蚀性越强，若有少量杂质，其耐酸性就要受到影响，如含有Zn、Bi、Sb、Sn等，则耐酸性降低，但增加Cu、Te时，耐酸性增加。铅的熔点较低(327)，150就开始软化，所以，使用在150以下的范围内。铅比较柔软，机械强度比较差，加入少量锑为硬铅，但耐腐蚀性降低，加入少量铜，既可显著改善铅的疲劳性和抗拉强度，又可以提高避免晶粒粗大温度，再向含铜铅中添加1.030.05%的锑，则可比纯铅更耐硫酸。2) 钢和铁 钢和铁在稀硫酸中的被腐蚀时，易

45、于与酸反应，置换酸中的H+，放出氢气；随酸浓度的增加，反应减弱。在浓硫酸和发烟硫酸中，由于生成坚固的硫酸盐和氧化膜，使金属表面再不受腐蚀，所以，钢和铸铁在酸浓度70% H2SO4、温度80时用来制备种机械设备。酸浓度在95%以上，或更高温度情况下，铸铁仍然具有耐蚀性。因此，酸冷却排管用铸铁，酸贮槽、管线用钢制成。当发烟硫酸中游离SO3高于25%以上时，会引起铸铁的脱碳作用，而发生晶间腐蚀，于是发烟硫酸的冷却器和管道不用铸铁而用钢制成。3) 高硅铁与不锈钢 含硅量为14.516.5%的铁称为高硅铁，硅铁的耐腐蚀性与硅含量的高低有关，若硅含量达到16.5%时，有最好的抗腐蚀性能，它可以耐浓度101

46、00% H2SO4、温度由常温到沸腾的硫酸，主要是源于金属表面形成SiO2保护膜。所以，高硅铁被广泛用作制酸泵的叶轮、酸管和喷酸器等。但其主要缺点是性质特别脆，且硬度极高，加工困难，温度变化急剧时易发生破裂。另外，对于氟化物存在时，溶于硫酸中生成氢氟酸，能使高硅铁的设备遭受强烈腐蚀，应该注意避免。硫酸厂常用的耐酸不锈钢有18-8合金钢和K合金，前者耐浓硫酸的腐蚀性能不及普通钢好，耐稀酸的腐蚀性能不如铅好，后者为高镍铬合金钢，其耐各种浓度硫酸的腐蚀性能均强，但价格昂贵，仅用来制造酸泵和鼓风机的叶轮、轴等转动部件。近年来，一些新型的耐蚀钢被硫酸生产使用。常用的耐酸无机材料有耐酸胶泥、玻璃、陶瓷等天然耐腐蚀材料。1) 耐酸胶泥 耐酸胶泥和耐酸混凝土是两种常用的耐酸材料。耐酸胶泥是由粘合剂、填充物、凝固和硬化加速剂三种主要组分配制而成。水玻璃是常用的粘合剂；填充物一般是为粉碎了的含氧化硅较高的岩石，如中性长石、花岗岩、