年产6500万吨硫酸工厂生产车间设计论文

XX大学XX学院课程设计报告课程名称：化工设计概论课名称：年产6500万吨硫酸工厂生产车间设计指导教师：班级：化工X班组别：成绩评定：指导教师签字：年月日目录第一章概论 21.1硫酸的用途 21.2硫酸的性质和规格 31.3硫酸工业的发展 4第二章生产及原料的选择 52.1生产硫酸的生产原料选择 52.1．1硫铁矿为制酸原料原料 52.2生产硫酸的方法 6第三章工艺流程的设计 63.1硫铁矿生产硫酸的工艺流程 63.2硫铁矿生产硫酸的工艺流程图 9第四章工艺参数计算 94.1物料衡算 104.2热量衡算 13第五章设备选型设计 155.1沸腾炉 155.2旋风除层器 16第六章车间布置 17第七章公用工程 187.1总平面布置 187.2交通组织 187.3防护设施 187.4绿化工程 197.5给排水及消防 197.5.1生产给水系统 197.5.2生活给水系统 197.5.3循环冷却水系统 197.5.4消防给水 207.5.5排水系统 207.5.5.1清净排水系统 207.6供配电 207.6.1设计范围 207.6.2供配电 207.6.3照明设计 217.6.4厂区外线及道路照明 227.7主要电气设备和材料的选择 227.8通风除尘与空气调节 227.8.1空调方案 227.8.2通风方案 23第八章经济估算 238.1概述 238.2工程费用 238.3其他费用 248.4备用费用 258.5专项费用 258.6产品单位成本 258.7流动资金 268.8投资回收期 26第九章环境保护及安全性 269.1废气处理 269.2废水处理 279.3废渣处理 279.4噪声处理 279.5清洁生产评述 289.6生产的安全性 28摘要 我国是一个农业大国，随着农业政策的进一步加强，磷复肥的需求量不断增加。硫酸作为磷复肥生产的基本原料，其需求量也将不断增加。近年来，我国硫酸工业发展较快。硫铁矿是我国的自有资源，发展硫铁矿制酸对稳定我国的硫酸工业具有不可替代的作用。因此研究硫铁矿制酸中炉气的制备、净化及干燥过程十分必要。本文主要介绍了硫铁矿制备及处理SO2炉气的全过程。制备是焙烧硫铁矿制得SO2炉气，炉气的净化中矿尘的清除采用电除尘器，砷和硒的清除可采用水或稀硫酸来降温洗涤炉气，酸雾的清除利用电除雾器；炉气净化的工艺流程分酸洗流程和水洗流程，比较典型的酸洗流程有酸洗流程，“两塔两电”酸洗流程，“两塔一器两电”酸洗流程及“文泡冷电”酸洗流程；水洗流程包括“文泡文”水洗流程、“文泡电”水洗流程、“文文冷电”水洗流程。另外又简单的介绍了炉气的干燥流程。同时本文讲述了硫酸的性质用途，也介绍了硫酸在我国发展的趋势。主要介绍了介绍了以硫铁矿为原料接触法制硫酸的工艺流程（包括二氧化硫炉气的制备工艺，炉气的净化和干燥工艺，及二氧化硫的催化氧化工艺）和主要生产设备。并简要地论述了硫酸生产“三废”处理问题。 关键词：硫酸  工艺  硫铁矿  二氧化硫第一章概论1.1硫酸的用途硫酸工业是重要的基本化学工业之一，硫酸是多种工业生产的基本原料，广泛地应用于国民经济的很多重要部门。硫酸主要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、过磷酸钙、硫铵等，每生产1t过磷酸钙（以18%P2O5计）消耗350~360kg的硫酸（100%硫酸）。另外，硫酸可以用于生产硫酸盐、塑料、人造纤维、染料、油漆、药物、农药、杀虫剂、杀鼠剂等；可用作除去石油产品中的不饱和烃和硫化物等杂质的洗涤剂；在冶金工业中用作酸洗液，电解法精炼铜、锌、镉、镍时的电解液和精炼某些贵重金属时的溶解液；在国防工业中与硝酸一起用于制取硝化纤维、三硝基甲苯等。现将硫酸在国民经济中的作用分述如下：①为农业生产服务于肥料的生产硫酸铵（俗称硫铵或肥田粉）和过磷酸钙（俗称过磷酸石灰或普钙）这两种化肥的生产都要消耗大量的硫酸。每生产一吨硫酸铵，就要消耗硫酸（折合成100%计算）760kg，每生产一吨过磷酸钙，就要消耗硫酸360kg。用于农药的生产许多农药都要以硫酸为原料如硫酸铜、硫酸锌可作植物的杀菌剂，硫酸铊可作杀鼠剂，硫酸亚铁、硫酸铜可作除莠剂。最普通的杀虫剂，如1059乳剂(45%)和1605乳剂(45%)的生产都需用硫酸。前者每生产1t，需消耗20%发烟硫酸1.4t后者每生产1t，需消耗硫酸36kg。为大家所熟悉的滴滴涕，每生产1t需要20%发烟硫酸1.2t。②为工业生产服务用于冶金工业和金属加工在冶金工业部门，特别是有色金属的生产过程需要使用硫酸。例如用电解法精炼铜、锌、镉、镍时，电解液就需要使用硫酸，某些贵金属的精炼，也需要硫酸来溶解去夹杂的其他金属。在钢铁工业中进行冷轧、冷拔及冲压加工之前，都必须用硫酸清除钢铁表面的氧化铁。在轧制薄板、冷拔无缝钢管和其他质量要求较高的钢材，都必须每轧一次用硫酸洗涤一次。另外，有缝钢管、薄铁皮、铁丝等在进行镀锌之前，都要经过用硫酸进行酸洗手续。在某些金属机械加工过程中，例如镀镍、镀铬等金属制件，也需用硫酸来洗净表面的锈。在黑色冶金企业部门里，需要酸洗的钢材一般约占钢总产量的5%～6%，而每吨钢材的酸洗，约消费98%的硫酸30kg～50kg。1.2硫酸的性质和规格硫酸的分子式为H2SO4，相对分子质量为98.078，外观为无色透明油状液体，密度（20℃）为1831kg/m³，常压下沸点为279.6℃。硫酸是重要的强酸，有很强的吸水性和氧化性。硫酸在溶于水时放出大量的热，溶解热为92kJ·mol。含H2SO498.4%的浓硫酸是硫酸-水体系的最高恒沸点组成，在硫酸生产的吸收工序中吸收能力强，不生成酸雾。但98%的硫酸结晶温度（融点）高，不适宜于冬季或寒冷地区使用。在寒冷条件下可生产92%的硫酸（结晶温度为-25.6℃）或93%硫酸（结晶温度为-35.1℃）。发烟硫酸是SO3的H2SO4溶液，SO3与H2O的摩尔比大于1，为无色油状液体，因其暴露于空气中逸出的SO3与空气中的水分结合形成白色酸雾，故称之为发烟硫酸。发烟硫酸主要是为有机化学工业的多种需要生产的。生产中，可以根据硫酸的密度和当时硫酸的温度来确定硫酸的浓度，其关系如表1-1-1所示。大致来说，硫酸水溶液的密度随温度的降低和硫酸含量的增加而提高。常用的硫酸有质量分数为75%，92%，98%硫酸和ω（SO3）为20%的发烟硫酸。75%硫酸原是塔式法生产的，主要用于磷肥生产，现由一些接触法硫酸厂副产。接触法硫酸厂主要生产98%或93%的硫酸。98%的硫酸密度最大，20℃为1836kg/m³；无水硫酸的密度反而稍降。对发烟硫酸来说，含游离三氧化硫62%时密度最大，20℃为2003kg/m³。表1-1-1各种工业硫酸的组成 名称 ωH2SO4/% n(SO3)/n（H2O） ω(SO3)/% ω（H2O）/% x(SO3)/% x(H2O)/% 结晶温度/℃ 92%硫酸 92 0.628 75.1 24.9 40.4 59.6 -25.6 98%硫酸 98.0 0.90 80.0 20.0 47.4 52.6 0.1 无水硫酸 100 1.00 81.6 18.4 50.0 50.0 10.5 20%发烟硫酸 104.5 1.28 85.3 14.7 56.1 43.9 -11.0 65%发烟硫酸 114.6 3.29 93.6 6.4 76.7 23.3 -0.41.3硫酸工业的发展硫酸工业是个古老的行业，迄今已有260多年的历史。很久以前，硫酸就因为在众多领域中不可或缺的用途而赢得“工业之母”的美誉。在我国，由于硫酸与化肥、继而与粮食之间的密切联系，硫酸工业在国计民生中占有举足轻重的地位，一直是一个倍受关注的行业。改革开放以来，与中国其它行业一样，硫酸工业得到了迅速发展，其产业结构、原料构成、装置规模、技术装备水平、废物排放指标全然今非昔比，正在以崭新的面貌迈入现代化工的行列。在循环经济已成为社会发展的主流、人类更加注重资源利用与环境保护的今天，硫酸工业这个涉及到腐蚀性和环境污染物、拥有60Mt/a产能的庞大的产业，如何实现可持续发展，如何打造循环经济的体系，如何使其技术装备水平更上一个台阶，无疑是人们所面临的新的挑战。I．国硫酸工业的现状（产量、原料结构及产业结构）。硫酸工业是国民经济的基础产业，目前我国约70%产量的硫酸用于化肥，尤其是磷肥的生产。产品的终端用途性质以及十几亿人口的基本国情决定了我国必然是一个硫酸生产大国。建国以来，尤其是改革开放以来，我国硫酸产能逐年递增，至2004年已达到44350kt，并从此跃居世界首位。近几年我国硫酸生产能力和产量及原料格局见表1-1、表1-2（数据来源于中国硫酸工业协会统计数据）。表1-12002～2006年我国各原料制酸生产能力情况单位：kt/a 项目 2002 2003 2004 2005 2006 硫磺制酸 13500 14600 17700 23300 28700 硫铁矿制酸 16500 16800 16800 18800 20700 烟气制酸 7900 8300 9300 11000 12600 其它 550 550 550 550 550 总计 38450 40250 44350 53650 62550表1-22002～2006年我国硫酸产量及生产原料格局（以H2SO4计） 硫酸总产量/kt时间 硫铁矿制酸 硫磺制酸 冶炼烟气制酸 其它制酸 产量/kt 份额/％ 产量/kt 份额/％ 产量/kt 份额/％ 产量/kt 份额/％ 2002 30520 12058 39.5 11116 36.4 6932 22.7 414 1.4 2003 33711 13034 38.7 12609 37.4 7521 22.3 547 1.6 2004 39946 14316 35.8 16236 40.6 8848 22.2 546 1.4 2005 46250 16100 34.8 19750 42.7 9800 21.2 600 1.3 2006 50440 15930 31.6 22330 44.3 11630 23.1 550 1.0第二章生产方法及原料的选择2.1生产硫酸的生产原料选择硫酸的原料来源广泛，硫化物矿、硫磺、硫酸盐、含硫化氢的工业废气以及冶炼烟气作为硫酸的生产原料。其中以硫铁矿和硫磺最常见。2.1．1硫铁矿为制酸原料原料硫铁矿是我国的自有资源，从我国这个人口，大国的安全和经济发展考虑，保持一定规模的硫铁矿采选能力和硫铁矿制酸能力是需要的。同时，从我国硫铁矿资源状况上考虑又应该节约使用，恰当地利用国外的硫资源。我国已是国际市场中重要的一员，因而特别需要研究和把握好国际市场，为硫酸的长期发展争取有利条件，硫铁矿制酸可以起到重要的调节、平衡作用。并且硫铁矿的生产工艺便于操作，原料来源丰富，符合本国国情的具体生产情况。2.1.2硫磺作为制酸原料硫磺的来源有天然硫磺、从石油和天然气原副产的回收硫磺以及用硫铁矿生产的硫磺。硫磺作为生产硫酸的原料含有害杂质少，不需要复杂的炉气净制工序，还可以省掉排渣设备，工艺流程短，对环境污染小。尽管其优点之多，考虑到实际生产，就要考虑经济成本及资源分配的具体情况。总体上世界硫磺供应略有富余，但年以来世界硫磺的价格逐渐抬高，目前硫磺生产主要地区是美国、加拿大、中东、前苏联，世界硫磺贸易最大进口国是中国占最大出口地区是加拿大和中东总和。硫磺贸易中所占份额最大的是加拿大、中东出口方和中国进口方，因中东不稳定的局势和费用上涨，加拿大随之涨价的可能性也是存在的，受影响最大的是我国。目前的高价位应该能促使我国硫磺制酸增长的势头下降。如果将硫铁矿制酸改为硫磺制酸，将净增加世界硫磺的消费需求，维持现有硫铁矿原料能力并稳步增长不但对国家经济安全有利，而且可以稳定世界硫磺市场，反过来对我国进口硫磺有利，总体上对我国硫酸工业的长期发展有利。综上所述，考虑到实际生产量年产6500万吨的硫酸，产量数目之巨大，也是需要较大的生产成本及原材料的供应，因此，选择最常见硫铁矿作为本次设计的生产原料。2.2生产硫酸的方法生产硫酸的方法有多种，例如塔式法和铅式法、二氧化硫催化氧化法等，但由生产得出的硫酸成品的纯度以及工艺条件的难易程度，以接触法生产硫酸最常见，因此，本次课程设计年6500吨硫酸的工艺采用接触法生产硫酸。接触法生产硫酸的基本步骤：制取二氧化硫炉气矿石原料的预处理投料硫铁矿石原料三氧化硫气体催化氧化炉气的净制和净化98.5%硫酸成酸第三章工艺流程的设计3.1硫铁矿生产硫酸的工艺流程硫酸的生产工艺过程包括以下六个工段：原料、焙烧、净化、干吸、转化、成品。硫铁矿经原料工序破碎、筛分和配矿后，由斗式提升机送入原料仓中，经皮带喂料机送入沸腾焙烧炉内，进行沸腾焙烧。在沸腾焙烧炉前有炉前空气鼓风机向沸腾炉内鼓入空气，焙烧炉内生成的二氧化硫炉气由设在干燥塔后的二氧化硫主（鼓风机）抽吸，使沸腾炉顶保持微负压状态，以免炉气从加料口和溢渣口逸出。炉气在经过净化设备时，由于受到设备阻力而使其压降降低，在到达主风机进口时，炉气压强已下降到1.2--1.5mHO左右。为了克服主风机后热交换器、转化器和吸收塔等设备的阻力，主风机出口也需相应的正压强值。出沸腾炉炉气中二氧化硫浓度较高（约为12～13%），经过泡沫洗涤塔后补充来自脱吸塔的空气，以提高炉气中氧的浓度，并使二氧化硫浓度降低到入转化器所需要的浓度。为了维持干燥和吸收塔循环酸槽酸的浓度稳定，如前所述，需要把98.3%的吸收酸连续地由吸收酸泵（或吸收酸循环酸槽）送入干燥酸槽；同时把93%的干燥酸也连续地由干燥酸泵（或干燥酸槽）送到吸收酸槽。当需要生产98.3%的浓硫酸时；则从吸收酸槽导出产品酸；如需要生产92.5%的浓硫酸时，则从干燥酸槽导出产品酸。⑴原料工段在仓库贮存的硫精矿，由装载机送入加料斗，经圆盘给料机、胶带输送机送入笼式破碎机，将成球的尾沙打散，再由胶带输送机送入振动筛筛分，筛上粗颗粒矿经胶带输送机返回仓库，筛下粒度合格的成品矿由胶带输送机送入焙烧工段炉前料斗。⑵焙烧工段来自原料工段的硫铁矿入炉前料斗贮存，经胶带给料机加入沸腾炉，焙烧产生的浓度为12～13%、温度为900℃的含SO2炉气经余热锅炉移热降温至380℃,以旋风出尘器及电除尘器除尘,使尘含量降至≤0.2G/NM3后入净化工段文氏管。焙烧硫铁矿所需空气的由空气鼓风机从炉底送入。沸腾炉排出的矿渣，余热锅炉及旋风出尘器、电除尘器排出的矿尘进入淋撒式冷却增湿滚筒冷却后喷水增湿。用胶带输送机送入堆场，以汽车运出。⑶净化工段自焙烧工段来的350℃炉气进入文氏管，与喷淋的15%左右的稀硫酸接触传质传热降温，除去大部分矿尘及其他杂质，然后进入泡沫塔以2～3%稀硫酸喷淋洗涤，进一步除去矿尘及其他杂质，由间冷器移热降温至40℃左右，经电除雾器除去酸雾，使酸雾降至0.03G/NM3后进入干吸工段干燥塔。文氏管排出的15%的稀硫酸经斜管沉降器沉降分离矿尘后，进入循环酸槽，从泡沫塔循环酸泵出口来的2～3%稀硫酸由斜管沉降器出口引出，入稀酸贮槽贮存。斜管沉降器间断排出的污泥与设备地坪冲洗酸性水一道经酸性水池以泵送至污水处理站。泡沫塔排出的2～3%稀硫酸入循环酸槽，从间冷器循环酸槽溢流出来的冷凝液调节其浓度，由循环酸泵送入泡沫塔喷淋，增加的稀酸串入文氏管循环酸槽。间冷器排出的冷凝液入循环槽，以循环泵间断或连续送入间冷器喷淋。电除雾器除下的酸雾进入间冷器循环槽。净化工段补充的工艺水加入间冷器循环槽。⑷干吸工段自净化工段来的炉气以空气调节SO2浓度至7.5～8%后进入干燥塔，经喷淋的93～94%硫酸干燥使水份降至0.1G/NM3，并经塔顶丝网除沫器除去酸沫后进入转化工段。干燥塔内吸收水份后的硫酸流入循环槽，以一吸塔循环酸系统串入的98%硫酸维持其浓度，以循环酸泵送入干燥塔酸冷却器，冷却降温后入干燥塔喷淋。增多的93～94%硫酸串入一吸塔循环槽。来自转化工段的第一次转化气一部分进入发烟硫酸吸收塔，吸收大部分SO3进入一吸塔，一部分直接进入一吸塔，吸收SO3的炉气经塔顶丝网除沫器除去酸沫后，返回转化二段进行第二次转化。发烟硫酸吸收塔以104.5%发烟硫酸喷淋吸收SO2浓度升高后的发烟硫酸进入循环槽由一吸塔系统串来的98%酸调节其浓度，以循环泵送入酸冷却器冷却降温后入吸收塔喷淋，生成104.5%发烟硫酸产品进入成品工段。第一吸收塔以98%硫酸喷淋，吸收SO3浓度升高后的硫酸流入循环槽，配入干燥塔循环系统串来的93%硫酸，并加水维持其浓度，以循环酸泵送入一吸塔酸冷却器冷却降温后入一吸塔喷淋。增多的98%硫酸一部分串至干燥塔循环槽，一部分作为成品酸送入成品酸计量槽。来自转化工段的第二次转化气进入第二吸收塔，吸收SO3并经塔顶丝网除沫器除去酸沫后由烟囱放空。第二吸收塔以98%硫酸喷淋，吸收SO3浓度升高的硫酸流入循环槽，加入清水调节其浓度，以循环酸泵送入二吸塔酸冷却器冷却降温后入二吸塔喷淋。增多的98%硫酸串入一吸塔循环槽。系统可以按市场需求产98%硫酸或93%硫酸。当需要93%硫酸时，由干燥塔系统产出93%硫酸。当需要98%硫酸时由一吸塔系统产出98%硫酸。⑸转化工段来自干吸工段干燥塔SO2浓度为7.5～8%的炉气，经SO2鼓风机升压、第ⅲ换热器及第ⅰ换热器壳侧与管侧SO3气换热，温度升至430℃后入转化器进行第一次转化。经一、二、三段催化剂反应转化率达92%的转化气，进入第ⅲ换热器管侧与壳侧炉气换热降温后进入干吸工段第一吸收塔进行第一次吸收。SO3被吸收后的气体经第ⅴ换热器、第ⅳ换热器、第ⅱ换热器壳侧与管侧SO3气换热升温至420℃进入转化器进行第二次转化。经第四、第五段催化剂反应总转化率达99.7%。二次转化气经第ⅴ换热器管侧与壳侧SO2气换热降温后入干吸工段第二吸收塔进行第二次吸收。转化器开工升温，以电加热器加热干燥空气来进行。⑹成品工段由干燥塔系统产出的93%硫酸或由一吸塔系统产出的98%硫酸进入计量槽，以位差流入贮罐贮存。104.5%发烟硫酸直接进入贮罐贮存。3.2硫铁矿生产硫酸的工艺流程图1-沸腾培烧炉；2-空气鼓风机；3-废热锅炉；4-旋风除尘器；5-电除尘器；6-冷却塔；7-洗涤塔；8-循环槽；9-稀酸泵；10-气体冷凝器；11-第一级电除雾器；12-第二级电除雾器；13-干燥塔；14，24-循环槽及酸泵；15,25-酸冷却器；16-二氧化硫鼓风机；17,18,20,21-气体换热器；19-转化器；22-中间吸收塔；23-最终吸收塔第4章工艺参数计算4.1物料衡算年产6500吨硫酸的生产设计的工艺计算书一、硫铁矿焙烧工序：生产条件：1、硫铁矿纯度W(FeS=90%)空气过剩系数a=1.5物料流程示意图如图6-2：硫铁矿W(FeS=0.9)空气O为0.21N为0.79沸腾焙烧二氧化硫炉气炉渣图6-2硫铁矿焙烧工序以1t硫铁矿为基准W(FeS)=×100%由W(FeS)=0.9=90%（已知）得=0.9t=900kgn(FeS)===7.5kmol4FeS+11O=2FeO+8SO需要消耗的氧气为n（O）=×n(FeS)=20.625kmol通入的氧气为1.5×20.625kmol=30.9375kmol需要通入的空气为=147.32kmol空气中的氮气为147.32kmol－30.9375kmol=116.38kmol生成的二氧化硫为n（SO）=2×7.5kmol=15kmol生成的FeO为n（FeO）=kmol=3.75kmol剩余的氧气为30.9375kmol－20.625kmol=10.3125kmol表7-1输入—输出物料表基准1t硫铁矿 输入 输出 组分 质量/kg 分子量 组分 质量/kg 分子量 FeS2 900 120 FeO 600 160 杂质 100 SO 960 64 O 990 32 O 330 32 N 3259 28 N 3259 28 杂质 100 总计 5249 5249 二、炉气的净化和干燥工序如图7-3：粗二氧化硫炉气炉气冷却和干法除尘干炉气炉气湿法净化湿炉气炉气的干燥93%硫酸二氧化硫炉气矿渣清水图7-3炉气的净化和干燥工序由焙烧工序输送来的二氧化硫炉气，经过净化和干燥工序之后，除去了炉气中的有害杂质，但炉气中的二氧化硫、氧气、氮气的量并没有发生较大的变化。由表1知：n(SO)=15kmoln(O)=10.31kmoln(N)=116.38kmol三、二氧化硫催化氧化工序：工艺条件570,k=14.9由净化和干燥工序输送来的原料量n(SO)=15kmoln(O)=10.31kmoln(N)=116.38kmolx(SO)=11%x(O)=7.3%x(N)=81.7%物料流程示意图如图图7-4：SO为11%O为7.3%N为81.7%催化氧化SO为0.11－0.11xO为0.073－xSO为0.11xN为0.817图7-4二氧化硫催化氧化工序计算基准1mol原料平衡转化率为xSO+OSO开始0.110.073转化0.11xx0.11x平衡0.11－0.11x0.073－x0.11x输出总物料量：0.11－0.11x+0.073－x+0.11x+0.817=1－0.055xk=k=k=14.9则x=0.75输出总物料1－0.055x=0.96molW(SO)=×100%=2.86%W(O)=×100%=3.31%W(SO)=×100%=8.6%W(N)=×100%=85.1%表7-2输入—输出物料表基准1mol原料 输入 输出 组分 物质的量（mol） 摩尔分数（%） 组分 物质的量（mol） 摩尔分数（%） SO 0.11 11 SO 0.028 2.86 O 0.073 7.3 O 0.032 3.31 N 0.817 81.7 SO 0.08 8.6 N 0.817 85.1 总计 1 100 0.957 1001mol原料生成0.08mol的SO由净化和干燥工序输送来的原料量n=141.69kmol则141.69kmol的原料相应生成11.34kmol的SO四、SO的吸收工序原始数据：硫酸的生产能力为6500吨/年；年工作时间7200h纯度为98%的浓硫酸SO+HO=HSO以1h为基准=902.778kg/h纯硫酸量902.778×98%=884.722kgSO+HO=HSOX884.7228098=X=722.222kgn(SO)===9.028kmol由硫铁矿焙烧工序和二氧化硫催化氧化工序知1t硫铁矿生成11.34kmol的SOy硫铁矿生成9.028kmol的SO=y=0.796年产6500万吨98%的浓硫酸，每小时需要焙烧796kg硫铁矿4.2热量衡算1、沸腾焙烧炉能量衡算计算基准：以1t硫铁矿[即n(FeS)=7.5kmol]为基准，温度基准为25（热力学温度为298.15k，计算中涉及的温度实为温差）。能量衡算示意图：如图：7-5沸腾焙烧炉图7-5能量衡算示意图热平衡方程式++=++式中——各股物料带入设备的热量——由加热剂传递给设备和物料的热量——过程的各种热效应——各股物料带出设备的热量——消耗在加热设备上的热量——设备向外界环境散发的热量（1）=∫=△△=－=298.15K－298.15K=0==0（2）——由加热剂传递给设备和物料的热量由于沸腾焙烧炉是以煤作为热源（燃）=B（燃）——燃料提供的有用热——燃料燃烧的热效率B——燃料消耗量——燃料的发热值焙烧1t硫铁矿大约需要1.5t煤炭；=90%查表的=30（燃）=B=90%×1.5×1000×30×10=4.05×10KJ=（燃）=4.05×10KJ（3）化学反应热4FeS+11O=2FeO+8SO△=-3310.08kJ/mol=n△=7.5×10×3310.08=2.5×10KJ（4）各股物料带出设备的热量=++=∫=△=(－)=126.69×29.71×（850－25）=3.1×10KJ=∫=△=(－)=15×10×39.79×（850－25）=4.9×10KJ=∫=△=(－)=3.75×10×104.6×（850－25）=3.2×10KJ=++=3.1×10KJ+4.9×10KJ+3.2×10KJ=39.1×10KJ(5)=0(6)设备向外界环境散发的热量=++－－=4.05×10+2.5×10－39.1×10=6.16×10KJ[5]第五章设备选型设计5.1沸腾炉沸腾焙烧以流态化技术为基础。固体颗粒在气流的作用下，构成流态化床层似沸腾状态，被称作流态化床或沸腾床。这样矿石可在沸腾状态下进行加热还原，有利于提高焙烧矿质量。沸腾焙烧炉的工作原理固体燃料在炉内被向上流动的气流托起，在一定的高度范围内作上下翻滚运动，并以流态化(或称沸腾)状态进行燃烧的炉膛，又称流化床燃烧炉。沸腾燃烧方式也用于其他的炉窑中。沸腾燃烧方式的特点既不像在层燃炉中那样将固体燃料静止地放在炉排上燃烧；也不像在室燃炉中那样将液体、气体或磨成细粉状的固体燃料悬浮在炉膛空间中燃烧，而是把固体燃料破碎成一定粒度的粉末，使之在炉内以类似沸腾的状态燃烧。在中国，沸腾炉用煤的粒度一般为8毫米以下。沸腾焙烧炉的操作温度1.焙烧温度的控制硫化金属矿物的焙烧是一放热过程，可以靠自身的化学反应来维持所需的焙烧温度，并且热量有富余，需移去多余的热量。而沸腾焙烧炉的流态化特点是炉内物料激烈翻腾使沸腾层内各点温度接近均匀，所以只要改变沸腾炉局部工作条件，如在炉墙内侧装设冷却水套、床层内侧装设冷却水管或向床层喷水等措施，都可以起到调节整个床层温度效果。2.焙烧温度的选择沸腾层操作温度是根据不同的焙烧性质和炉内原料的化学性质而定，使焙烧过程处于最好的化学反应条件下进行。锌精矿硫化物焙烧温度一般在820～920℃，锌精矿氧化焙烧温度为950～1100℃，铜精矿全氧化焙烧温度控制在750～800℃，铜精矿半氧化焙烧温度控制在650～750℃。5.2旋风除层器1.CLK扩散式旋风除尘器CLK扩散式旋风除尘器，适用于捕集干燥的非纤维性的颗粒状粉尘，主要特点是筒身呈倒圆锥形，因而减少了含尘气体自筒身中心短路到出口去的可能性，并装有圆锥形的反射屏，防止两次气流将已经分离下来的粉尘重新卷起，被上升气流带出，因而提高了除尘效率。适用于冶金、铸造、建材、化工粮食、水泥等行业中，捕集干燥的非纤维性颗粒状粉尘和烟尘除尘，可做回收物料设备使用。2.HX-1410旋风除尘器HX-1410旋风除尘器可由单筒及数个单筒组合使用，单筒处理风量为15000-18000m3/h。旋风除尘器锥体底部带有反射屏，防止二次气流将已分离的粉尘重新扬起。它带有料位料封装置，除尘效率高，可达95%。内壁涂抹有20毫米的耐磨、耐高温衬料、基耐磨性能是普通碳素钢的20-30倍，其耐温达450℃以上，可直接处理高温废气。3.XLP-B型旋风除尘器3.1.XLP-B型（原为CLP/B）是带有旁路的干式高效旋风除尘器。3.2.XLP-B型是根据在风机前后位置不同分为X型（吸入式）和Y型（压入式）其中X型是在除尘器本体增加了出口螺旋壳。X、Y型根据螺旋壳旋转方向不同分N型（左回转）和S型（右回转）。3.3.该除尘器主要适用于清除非粘固灰尘、煤炭、泥沙、烟尘及其它粉尘等。第六章车间布置车间布置是设计中的重要环节，既要符合工艺要求，又要经济实用，合理布局。车间布置直接影响到项目建设的投资，建设后的生产运转正常，设备维修和安全，以及各项经济指标的完成。1.厂房设计本设计采用单层厂房，这样使厂房利用率较高建设费用也低，厂房设有配电室，贮存室以及控制室。2.设备布置设计本设计中的大部分设备由于没有特殊要求，因而可露天布置，露天布置设备有以下优点：（1）.可节约建筑面积，节省基建投产（2）.可节省土建工程量，加快基建速度（3）有利于化工生产的防水、防爆以及防毒（4）对厂房的扩建改建具有较大的灵活性第七章公用工程7.1总平面布置拟建项目厂址略长方形，东西长440米，南北宽227.27米，总面积为100000平方米，合150亩。厂区按功能不同划分为厂前区、生产主装置区、储罐区、公用工程区。厂前区位于厂区西南角，包括综合办公楼、食堂、门卫、泊车位、景观池。生产主装置区位于厂区中西部，从西至东依次布置原料工段、焙烧工段、净化工段、干吸工段、转化工段，在生产线焙烧工段北面设计了发电机房、车间控制楼，在焙烧工段南面设计了一栋尾矿仓库。储罐区位于转化工段的东面，本工程设计了4台硫酸储罐，每台2500立方米，另外还预留了两个硫酸储罐用地。硫酸罐区南面，由西至东依次布置事故池、污水中和池、消防水池和循环水系统；配电室和维修车间布置在原料工段的南侧，靠近厂前区处。7.2交通组织根据厂区功能分区及人流、物流交通组织要求，厂区设两个出入口，分别为人流出入口和物流出入口。两个出入口均布置在厂区的西面，人流出入口直接位于厂前区，人流及外来车辆进入到办公楼前的停车场，并按照统一性、安全性、便捷性、舒适性的原则，外来机动车一般不进入生产加工区，避免车流对生产加工区影响。厂区主干道作为生产工人人流的主导流向，与主干道相连的次干道节点作为人流分流集散点，通过次干道直接到达各自工作岗位。货运车辆从物流入口进入后沿着东西向厂内次干道到达生产区、仓库、贮罐区、公用工程区。每幢建筑物周围都设有6—9米宽的道路，形成交通环线，使整个交通组织做到人、车分流，互不交叉。7.3防护设施7.3.1围墙：拟建2.2米高实体砖围墙将整个厂区与外部分隔开。同时采用透绿围墙将办公区与生产区域分隔开。7.3.2防火堤：库区内的储罐区均设1.2米高实体防火堤，防止液体化工原料泄漏。7.3.3门卫：厂区西面入口处设有门房。7.4绿化工程为净化空气，保护环境质量，减少对周围环境影响，消除与减轻噪声影响，改善条件，本工程拟采用草地绿化外，在厂前区采用总体绿化，达到提高环境质量和美化厂区目的。主要技术经济指标 厂区总用地面积：100000㎡建构筑物占地面积：38500㎡总建筑面积：21673㎡道路及铺砌地面积：32900㎡绿地面积：18600㎡绿化率：18.6%7.5给排水及消防7.5.1生产给水系统生产用水主要供各工段生产用水、地面冲洗用水、废热发电以及循环冷却水给水系统的补充水。本项目生产用水平均量为132m3/h，最大用水量均为169m3/h。7.5.2生活给水系统生活给水系统主要供装置内职工生活饮用水、洗涤用水等。生活用水正常量为3m3/h，最大用水量为5m3/h。7.5.3循环冷却水系统为了节约用水，减少排污，进一步降低生产用水成本，本装置生产设备所需的冷却水均采用循环使用。循环冷却水系统主要供硫酸装置以及废热发电装置的生产设备使用。7.5.4消防给水本工程消火栓用水量最大的为原料仓库，仓库内放置硫铁矿，其火灾危险性为戊类，体积为V=78000立方米>50000立方米，建筑高度为15米。7.5.5排水系统7.5.5.1污水排水系统污水为部分含酸的地坪冲洗水和初期雨水，总污水量为10m3/h，污水通过污水排水管道送至污水处理站处理，达标后排放。7.5.5.1清净排水系统清净排水系统主要为装置内雨水，清净生产废水及生活洗涤排水。生活粪便污水经化粪池处理后排入清净排水系统，最终排入污水排水管道。排水量正常为48m3/h，最大为50m3/h。排水管采用钢筋混凝土管，水泥砂浆接口。7.6供配电7.6.1设计范围（1）本工程内10kV配电所（2）本工程内各工段10/0.4kV变、变电所（3）原料工段、排渣工段、焚硫、转化工段、焙烧工段、干吸工段、净化工段、成品工段、自备热电站、脱盐水站、废热锅炉、循环水站、污水处理站及辅助设施的动力、照明、等。7.6.2供配电方案（1）供电方案按用电负荷对供电可靠性的要求，以及建设单位供电电源的实际情况，本工程拟在发电厂房旁边新建一座10kV配电所，内设若干高压配电、控制装置，为装置内所有高压用电设备提供10kV电源和进行远程监控。高压配电开关为真空断路器。10KV高压配电柜选用KYN28B-12型高压开关柜，高压配电开关为真空断路器。据热工计算，余热发电装置选用一台额定功率为3000kW，额定电压10.5kV的同步发电机，正常时可发电约1866kW，硫酸装置内部的用电需用量4364KW，发电机可提供1866KW。仍需要从电网提供2498KW电量。因此，本设计考虑发电机所发电量直接输送至厂现有开关站，并设立并网同期点。电量由全厂内部考虑平衡。（2）配电方案根据低压用电设备容量、负荷分布情况和负荷等级，本主生产装置区的配电方案原则：根据总图布置情况，在装置区内各设一座10/0.4kV变电所，内设三台10/0.4kV1250kVA的变压器，此外另设若干低压开关柜，负责硫酸装置主生产装置用电设备的供电及向辅助工段和设施提供电源。并在循环水站、脱盐水站、废热锅炉等工段分别设置低压配电室，为对应工段的用电负荷放射式配电。在各分变、配电所分别设置变压器，低压配电系统采用单母线运行方式，提高系统运行可靠性。配电装置选用抽屉式低压开关柜。7.6.3照明设计根据不同工作场所和环境特性选择照明型式。界区内办公场所以荧光灯为主，生产场所选用金属卤化物灯具。对重要岗位和主要通道设置事故照明。照明控制采用集中和分散相结合的方式。按《化工企业照明设计技术规定》及工艺生产要求，平均照度原则上确定为：（lx:照明度单位勒克斯)·控制室200lx·高低压配电室100lx·主要厂房50lx·一般厂房30lx·室外工作场所10lx·道路5lx7.6.4厂区外线及道路照明厂区外线采用YJV22-1KV电缆,沿道路直埋地敷设。道路照明选用JTY型高压钠灯，全厂路灯统一控制。7.7主要电气设备和材料的选择(1)选择原则主要电气设备和材料按技术先进可靠、经济合理和使用环境条件进行选择。1)高压开关柜高压开关柜选用中置手车式开关柜。2)低压开关柜低压开关柜选用低压抽屉式开关柜。3)变压器配电变压器选用环氧树脂干式变压器。4)动力配电箱和现场操作箱腐蚀环境：1类和2类选用防腐型。粉尘爆炸危险场所：11区选用密闭型。6)灯具按环境特性分别选用相适应的灯具。腐蚀环境：0类选用保护型，1类和2类选用防腐型。粉尘爆炸危险场所：11区选用密闭型。一般环境选用普通型。7.8通风除尘与空气调节7.8.1空调方案为了能维持良好的设备工作环境，保证设备能正常工作，因而在配电室设单冷空调，在机柜间、操作室设冷暖空调。空调选用原则为小房间的选用壁挂式空调，大房间的选用柜式空调。该设计中变配电、车间综合楼的控制室和机柜间、控制室和机柜间、发电厂房高低压配电室、循环水站的配电室等处设冷暖柜式空调机，空调室外机悬挂于外墙上。7.8.2通风方案为了排除室内余热、余湿、有害气体等在多个房间设机械排风系统，具体设置如下：变电所的电缆间、机修厂房、车间综合楼、高低压配电室等均设机械排风。其中变电所的电缆间机械排风次数为10次/h；机修厂房机械排风次数为6次/h，车间综合楼的化学室的化验柜设斜流风机1台，排风量为4000m3/h；循环水站的加氯间和氯瓶间设机械排风，换气次数为10次/h；厕所设机械排风装置，排风次数为12次/h。第八章经济估算8.1概述经济核算是以获得最佳经济效益为目标，运用会计核算、统计核算和业务核算等手段，对生产经营过程中活劳动和物资消耗以及取得的成果，用价值形式进行记录、计算、对比和分析，借以发掘增产节约的潜力和途径。8.2工程费用1.工艺设备购置费用工艺设备购置费用包括设备费用和运杂费。1）设备费用：根据设备一览表所列逐一进行价格查询然后汇总。表8-1设备价格一览表 序号 名称 使用情况 数量 价格（万元） 1 沸腾培烧炉 1 15.84 2 空气鼓风机 1 2 3 废热锅 2.2 4 旋风除尘器 1 1 5 冷却塔 1 5 6 洗涤塔 1 3.2 7 干燥塔 1 25 8 转化塔 1 32 9 酸冷却器 4 15 10 中间吸收塔 2 3 11 烯酸泵 1 2 12 吸收塔 2 24 13 循环槽 2 17.2 14 成品槽 1 17.2 合计 23 260.441.运杂费在设备费用的基础上另加0.8%的运杂费，运杂费=设计费用×0.8%即万元（3）电气仪表费用电气仪表设备购置费按设备购置费的15%估算。故电气仪表设备购置费为：电气仪表设备购置费=设备费×15%即万元（3）安装工程费取设备购置费的30%故安装工程费为：安装工程费=设备费×30%即万元本设计的其他基建费按700万元为参考价。8.3其他费用（1）生产职工培训费人员×60%×（1500元/人月×培训期），培训期按3个月计算。雇佣员工数为500人，故生产职工培训费为：50×60%×（1500×3）=135000元（2）办公生活家具费人员×1500元/人雇佣员工数为500人，故办公生活家具费为：50×1500=75000元（3）技术转让费按第一部分费用的3%计算第一部分费用为：1179.02万元故技术转让费为：技术转让费=第一部分费用×3%即1179.02×3%=35.37万元（4）工程设计费按第一部分费用的4%计算第一部分费用为：1179.02万元故工程设计费为：工程设计费=第一部分费用×4%即1179.02×4%=47.16万元8.4备用费用基本预备费：可按第一二部分费用之和的9%～12%计取。故基本预备费为：基本预备费=第一二部分费用之和×10%即（1179.02+13.5+7.5+35.37+47.16）×10%=128.26万元涨价预备费：可按第一二部分费用之和的6%计取。故涨价预备费为：涨价预备费=第一二部分费用之和×6%即（1179.02+13.5+7.5+35.37+47.16）×6%=76.05万元8.5专项费用建设期贷款利息：上述所有费用之和×70%×3%（年利率）故建设期贷款利息为：建设期贷款利息=上述所有费用之和×70%×3%（年利率）即（1179.02+13.5+7.5+35.37+47.16+128.26+76.05）×70%×3%=31.22万元8.6产品单位成本（1）原辅材料价格查有关价格信息，动力费用中水按2.6元/吨，水蒸汽按300元/吨，电按2元/kwh，煤按1000元/吨计算。一年电费为：500×300=150000元/年一年水费为：2600×300=780000元/年（2）工资按30000元/人年（3）设备折旧，维修分别按固定资产的9%，6%计算；设备折旧费：23.44万元维修费：15.63万元（4）车间管理按上述所有费用的6%计算；车间管理费：183.05万元（5）企业管理费按上述所有工资的6%计算；企业管理费：90万元（6）工厂成本为上述各项费用的总和；则工厂成本费：3647.01万元（7）销售费用按销售价格的5%计算；现在市场上硫酸的价钱1500元/吨左右，本设计以1500元/吨计算。硫酸的年产量为6500吨，那么销售总价为9750000元/年，那么销售费用为487500元/年。8.7流动资金流动资金按2个月的工厂成本计算，贷款比例70%，贷款年利率按6.31%计算。流动资金=(1.8×2×2000000/12+1040.67)×=12208.18万元。8.8投资回收期投资回收期=总投资/全年利润投资回收期=4555/1435=3.1年第九章环境保护及安全性9.1废气处理接触法生产硫酸的生产废气主要为制酸尾气，由于生产工艺过程中采用二转二吸工艺流程，工艺过程对二氧化硫的转化率高达99.6％以上，吸收率大于99.95%，其尾气中的二氧化硫和酸雾较一转一吸大为降低，一般尾气中二氧化硫的浓度可控制在880mg/m3以下，二氧化硫的排放速率为17.9kg/h。硫酸雾浓度小于45mg/m3，排放速率为0.85kg/h。排气筒的高度拟定为25米,这一高度无法满足《大气污染物综合排放标准》（GB16297—1996）中二级标准高度要求，排气筒高度应改为40m。开炉烟气：硫酸生产在刚开炉时，由于其炉温尚未达到所需温度，沸腾炉内所释放出的烟气无法制酸，这部分外排烟气中的SO2将会对大气产生一定程度的污染，建设单位拟采取用砂石和重油代替硫精矿沸腾燃烧，达到升炉温的目的，同时排出的废气仅为燃烧的重油之烟气，所含污染物量极少，且全年开炉时间仅为3—5次，每次的持续时间约2小时左右。当炉温达到要求时，再投入硫精矿进入正常生产状态。9.2废水处理废水本工程废水来源主要有厂区生活污水和生产车间生产废水。生活污水：工程建成后劳动定员500人，全厂在岗人员按300人/日计，以人均生活污水排放量为0.20m3/岗位·d统计，则生活污水日均排放量60吨，厂区内的生活污水经专用处理装置处理后排江。生产废水：本工程生产废水主要来自净化工段、冲洗设备、地面水、定期排放等。沸腾炉出来的炉气含有一定量的尘、重金属等杂质，它必须经过净化工序，将废气中的各种有害物质加以除去，达到生产要求后方可进入下一步制酸工序。通常对炉气的净化工序主要有干法和湿法之分，由于干法往往达不到净化要求，故硫酸厂对炉气的净化采用湿法较多。9.3废渣处理硫铁矿渣产生于硫铁矿生产硫酸时，在沸腾炉中高温焙烧脱硫、氧化后的产物。脱硫后的矿渣，在沸腾炉底部排出的为粗渣。废渣主要是沸腾焙烧产生的废渣和旋风除尘器除尘产生的矿尘，废渣的组成与生产原料有很大关系。由于它的主要成分是Fe2O3，所以通常经过磁选后可以出售给钢铁厂或水泥厂作为生产原料。本项目沸腾焙烧渣和矿尘产生量约为37400吨，拟出售给其它企业对其进行磁选处理，铁精矿卖给钢铁企业。酸性废水在采用中和法的废水处理工艺过程中会产生一定量的污泥，按本项目炉气净化水洗酸性废水的产生量和污染物特性，如用石灰中和法处理此类生产废水，污泥产生量约为5500吨/年，污泥中的主要成分为硫酸钙，可出售给水泥生产企业用作生料。9.4噪声处理该建设项目产生噪声的主要设备为鼓风机和离心机等设备，噪声源强度约95～100分贝之间，锅炉起动和安全阀排汽管排汽均产生噪声。拟采取的降噪措施主要有在风机的进出口装消声器、设备固定隔振等以降低噪声源强，同时对操作人员操作室、值班室等处采取设置隔声措施来降低对工作人员的影响。锅炉起动和安全阀排汽管排汽均装有消声器，焙烧与制酸系统风机等产生的噪声，通过建筑物的隔声，随距离的增加而衰减。各强噪声源设备采取降噪和隔声措施后，其噪声污染可得到有效控制，另外厂区内各建筑物及绿化区的树木等对机组运行噪声有一定的吸声作用效果，通过上述措施，拟建厂区厂界噪声可控制在执行标准内（昼间65分贝、夜间55分贝）。9.5清洁生产评述本工程制酸工艺的技术特点是以硫精矿砂为原料，采用沸腾炉焙烧制得SO2炉气。高温炉气利用中压废热锅炉回收热能后经过旋风除尘和电除尘两级干法除尘，再经水洗涤净化、浓硫酸干燥后通过两次转化、两次吸收制取产品硫酸。净化工段采用“文、泡、电”水洗流程；干吸工段采用93%硫酸干燥、98%硫酸两次吸收、三塔两槽流程；转化工段采用催化剂，3+2两次转化流程。本工程采用的硫酸工艺是目前最具先进性的两转两吸烟气制酸工艺，是属于推广的清洁生产工艺，其符合清洁工艺的主要内容表现在：采用高品位硫铁矿、采用先进的生产工艺、废渣的综合利用利用、废钒催化剂的回收。9．6生产的安全性制定符合安全性的生产车间布置计划，①车间内建筑物、构筑物、设备的放火间距一定要达到工厂放火规定的要求，②有爆炸危险的设备露天布置，室内布置要加强通风，防止易燃易爆物质聚集，有爆炸危险的设备与其他设备分开布置，布置在单层厂房及厂房或场地的外围，有利于防爆泄压和消防，并有防爆设施，如防爆墙等，③处理酸、碱等腐蚀性介质的设备尽量集中布置在建筑物的底层，④有毒、有粉尘和有气体腐蚀的设备，各自相对集中布置并加强通风设施和防腐、防毒措施，⑤设备布置尽量采用露天布置或半露天框架式布置形式，以减少占地面积和建筑投资，⑥为保证采光，布置设备尽可能做到人工背光操作，高大设备避免靠窗布置，⑦有效地利用自然对流通风，车间南北向尽量不隔断，⑧车间内设置安全通道、消防车通道、安全直梯等。28