硫酸車間工藝規(guī)范(貴溪)

編號(hào):

江西銅業(yè)公司貴溪冶煉廠

技術(shù)作業(yè)指導(dǎo)書

硫酸車間工藝規(guī)范

文件代碼：JC/GYWILS01

受控標(biāo)記____________________

分發(fā)號(hào)____________________

擬制喬彥強(qiáng)

審核周淑珍

批準(zhǔn)王希林

生效日期：2002年6月1日

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工藝規(guī)范修改狀態(tài)B0

硫酸車間工藝原理

1煙氣凈化原理

1.1煙氣凈化目的

熔煉車間送來的煙氣，除含有大量的氮?dú)猓∟2）,二氧化硫（S02）和氧氣

（02）外，還含有一些固態(tài)、氣態(tài)形式存在的有害物質(zhì)。固態(tài)雜質(zhì)是指在熔煉電

收塵器中沒有被除下仍以固態(tài)形式存在的物質(zhì)，通稱塵。氣態(tài)雜質(zhì)通常有三氧化

二碑（AS2O3）、氟化物、二氧化硒Se02、三氧化硫（S03）,水蒸汽（H2。）、二

氧化碳（C02）和其它有色金屬的氧化物，硫化物及這些金屬的硫酸鹽。煙氣凈

化的目的就是除掉這些有害雜質(zhì)。下面分析一下塵、碑、氟等主要雜質(zhì)對(duì)催化劑、

設(shè)備和成品酸質(zhì)量的危害和影響。

1.1.1塵：一級(jí)動(dòng)力波入口含塵量的多少取決于熔煉電收塵器工況的好壞，

通常在1?2g/Nm3左右。塵的危害首先是會(huì)堵塞管道和設(shè)備，嚴(yán)重時(shí)會(huì)使生產(chǎn)根

本無法進(jìn)行。其次，它會(huì)覆蓋催化劑表面，使催化劑結(jié)疤，活性下降，阻力增大,

轉(zhuǎn)化率降低。再其次，塵進(jìn)入成品酸中使其雜含量增高，顏色變紅或變黑，影響

成品酸質(zhì)量。

1.1.2碑：碑在煙氣中是以三氧化二碑（AS2O3）形態(tài)存在的。煙氣中含碑

量的多少與銅精礦含碑量和熔煉生產(chǎn)條件有關(guān)。三氧化二碑是危害催化劑最嚴(yán)重

的毒物，也影響成品酸質(zhì)量。

三氧化二碑能在催化劑表面生成不揮發(fā)的五氧化二碑（AS2O5），覆蓋催化劑

表面使轉(zhuǎn)化率降低。在溫度低于550℃時(shí)，催化劑被碑飽和后，轉(zhuǎn)化率下降到某

一水平時(shí)繼續(xù)通入含碑的煙氣，轉(zhuǎn)化率就不再繼續(xù)下降。當(dāng)溫度高于550℃時(shí)，

碑的氧化物則與五氧化二鈕生成揮發(fā)性的化合物V2O5?AS2O5,使催化劑中的銳

含量降低。揮發(fā)物在后面幾段催化劑層中凝結(jié)下來，形成黑色硬殼，使阻力增大,

轉(zhuǎn)化率顯著下降。碑進(jìn)入成品酸會(huì)使硫酸在工業(yè)上的應(yīng)用范圍受到限制。

1.1.3氟：煙氣中的氟大部分以氟化氫（HF）的形態(tài)存在，小部分以四氟化

硅（SiF4）形態(tài)存在-氟化氫與二氧化硅（Si02）會(huì)起化學(xué)反應(yīng)生成四氟化硅（SiF4）：

4HF+Si0^=SiF4t+2H2O

四氟化硅遇水后又會(huì)反應(yīng)放出氟化氫

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SiF4+（x+2）H2OSiO2XH2OI+4HFt

所以，氟化氫是腐蝕塔內(nèi)瓷磚、填料瓷環(huán)和破壞催化劑載體（硅藻土的主要

成分是二氧化硅）的嚴(yán)重毒物。氟進(jìn)入成品酸也會(huì)影響硫酸的用途。

1.1.4水分：水份本身對(duì)催化劑無毒害作用。但要嚴(yán)格控制進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)煙

氣中的水份含量，其主要原因是：（1）水份會(huì)稀釋進(jìn)入轉(zhuǎn)化系統(tǒng)之前的酸沫和酸

霧，會(huì)稀釋沉積在設(shè)備和管道表面的硫酸，造成腐蝕。（2）水份含量增高，會(huì)使

轉(zhuǎn)化后三氧化硫氣體的露點(diǎn)溫度升高，在低于三氧化硫氣體露點(diǎn)溫度的設(shè)備內(nèi)，

都會(huì)有硫酸冷凝出來，溫度高和溶度不定（接近100%或含有游離SO3）的硫酸

對(duì)設(shè)備有強(qiáng)烈的腐蝕作用。（3）三氧化硫會(huì)與水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸汽，在換熱降

溫過程中以及在吸收塔的下部有可能生成酸霧，酸霧不易被捕集，會(huì)隨尾氣排出，

不但使硫的損失增大。更嚴(yán)重的是污染了環(huán)境。（4）水份進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，使催化劑

粉化，阻力上升。因此，在實(shí)際生產(chǎn)中控制水份指標(biāo)比控制酸霧指標(biāo)更加重要。

1.1.5三氧化硫：煙氣中的三氧化硫一般在0.3%左右。隨著煙氣溫度的降低,

三氧化硫會(huì)與水蒸汽結(jié)合生成硫酸蒸汽，繼而冷凝生成酸霧。首先，酸霧因受機(jī)

械力（慣性力和離心力等）的作用，沉積在管道及設(shè)備壁上或凝聚成較大的顆粒

一酸沫，酸沫也更易凝集于管道和設(shè)備壁上，從而產(chǎn)生腐蝕。其次，三氧化二碑、

二氧化硒、礦塵等雜質(zhì)常成為酸霧霧滴的核心，與酸霧一起進(jìn)入催化劑中，引起

催化劑中毒或覆蓋催化劑表面，使催化劑結(jié)疤、阻力增大、轉(zhuǎn)化率下降。所以，

在凈化過程中應(yīng)當(dāng)盡可能把酸霧除凈。

除上述各主要雜質(zhì)外，煙氣中還有其它的一些雜質(zhì)，也應(yīng)盡可能除去。

1.2煙氣凈化指標(biāo)

從上述各項(xiàng)雜質(zhì)危害來看，煙氣凈化的程度愈高愈好，也就是說經(jīng)過凈化后

煙氣中的雜質(zhì)含量愈低愈好，事實(shí)上卻受以下兩個(gè)因素所制約：

（1）煙氣凈化越徹底，往往凈化流程越復(fù)雜，設(shè)備投資和操作費(fèi)用會(huì)越多，

這必然受到經(jīng)濟(jì)條件的制約。

（2）煙氣凈化要徹底，必然要用先進(jìn)的工藝和高效的設(shè)備，這直接受到硫

酸工業(yè)的設(shè)計(jì)、制造和操作技術(shù)水平的限制。也受到整個(gè)國(guó)家的工業(yè)發(fā)展水平和

技術(shù)水平（如材料、儀表等）的限制。

目前，我廠執(zhí)行的指標(biāo)如下：

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水份<0.1克/標(biāo)準(zhǔn)米3

酸霧<0.005克/標(biāo)準(zhǔn)米3

一級(jí)動(dòng)力波循環(huán)液懸浮物<2.5克/升

1.3煙氣凈化的原則

煙氣中的雜質(zhì)在高溫下一般以氣態(tài)和固態(tài)兩種形態(tài)存在，當(dāng)溫度降到一定程

度后則以固態(tài)、液態(tài)和氣態(tài)的三種形態(tài)同時(shí)存在。它們的顆粒大小相差很大。

煙氣凈化主要指的是將固態(tài)和液態(tài)懸浮顆粒從氣體中分離出去（或稱氣懸微

粒的分離）。煙氣的干燥則是用濃硫酸吸收煙氣中的水份。

粒徑比較小的粒子如<1微米的，由于直徑小、質(zhì)量輕，氣體分子對(duì)它連續(xù)

而不規(guī)則的碰撞，產(chǎn)生顯著的布郎運(yùn)動(dòng)（即粒子產(chǎn)生游移不定的曲折運(yùn)動(dòng)），達(dá)

到障礙物表面而被捕集，這一作用與氣體的分子擴(kuò)散作用相似，所以也稱擴(kuò)散分

離。清除這樣粒經(jīng)范圍的雜質(zhì)，一般采用各種洗滌塔。

粒徑小于2微米到0.01微米的雜質(zhì)要靠更強(qiáng)大的外力作用才能從煙氣中分

離出來.常見的辦法是使煙氣通過高壓電場(chǎng),讓粒子帶上電荷被電力牽引到極板

上，從而使雜質(zhì)從煙氣中分離出來。

粒徑小于0.01微米的雜質(zhì)，已漸漸接近分子大小,它的運(yùn)動(dòng)規(guī)律和氣體分子相

似。它有極大的運(yùn)動(dòng)速度，有自身進(jìn)行擴(kuò)散的能力，因此就可以利用分子擴(kuò)散傳

遞的規(guī)律來進(jìn)行分離，所以一般用吸收和吸附的方法把雜質(zhì)粒子分離。如用濃硫

酸吸收水蒸汽分子、達(dá)到煙氣脫水干燥的目的。

煙氣凈化的原則有以下三點(diǎn)：

（1）煙氣中懸浮微粒的粒徑分布很廣，在凈化過程中應(yīng)分級(jí)逐段地進(jìn)行分

離，先大后小，先易后難。

（2）煙氣中的懸浮微粒是以氣、固、液三態(tài)存在，質(zhì)量相差很大，在凈化

過程中應(yīng)按微粒的輕重程度分別進(jìn)行，要先固、液、后氣（汽）體、先重后輕。

（3）對(duì)于不同大小的粒徑微粒，應(yīng)選擇相適應(yīng)的有效的設(shè)備。

1.4煙氣凈化原理

1.4.1煙氣中的雜質(zhì)在凈化過程中的相互關(guān)系

在生產(chǎn)過程中通常首先將煙氣中的塵分離掉。這是因?yàn)椋阂皇菬煔馑瑝m量

很多，不先除去將影響其它雜質(zhì)的凈化；二是塵的顆粒大較易除去。

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目前使用的洗滌凈化流程，不需要預(yù)先把塵清除得很干凈，因?yàn)樵谙礈烊?/p>

化二碑，氟化物等雜質(zhì)的同時(shí)，還能進(jìn)一步把殘存的塵除掉。由于在洗滌時(shí)煙氣

溫度驟然下降，三氧化硫氣體便會(huì)與水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸汽并形成酸霧（一般煙

氣溫度降低到190℃-210℃的范圍便會(huì)開始生成酸霧）。三氧化二碑和二氧化硒也

會(huì)在洗滌時(shí)因突然冷卻，來不及被洗掉而成為微小的晶體顆粒懸浮在煙氣中。

煙氣中的氟化氫，在洗滌過程中是很容易被洗滌掉的，特別是容易被水或稀

酸吸收。

酸霧、三氧化二碑和二氧化硒等它們各自發(fā)生凝聚的溫度會(huì)因它們?cè)跓煔庵?/p>

原始含量的高低而不同。酸霧的凝聚溫度還與煙氣中的水份含量有關(guān)，當(dāng)酸霧首

先出現(xiàn)時(shí)，由于酸霧顆粒小、數(shù)量極多、表面積很大，三氧化二碑，氟化氫和二

氧化硒等會(huì)有相當(dāng)?shù)臄?shù)量直接從氣體狀態(tài)被溶解于酸霧中。當(dāng)三氧化二碑和二氧

化硒等結(jié)晶首先出現(xiàn)時(shí),它們便會(huì)與煙氣中的細(xì)小塵一起成為酸霧的凝聚核心，

而被溶解于酸霧中（與此同時(shí)，當(dāng)然會(huì)有相當(dāng)部分的三氧化硫、三氧化二碑，氟

化氫和二氧化硒被洗滌液吸收而溶于洗滌液中）。因此，不管具體過程如何，在

煙氣中未被洗滌溶解的雜質(zhì)微粒，最終幾乎都要溶于酸霧之中。至此，清除三氧

化二碑、氟化氫和二氧化硒的任務(wù)，以及去除塵的任務(wù)，便同清除酸霧的任務(wù)結(jié)

合在一起了，這樣整個(gè)煙氣的濕法凈化便成為主要是氣溶膠粒子的分離過程了，

而且主要是集中到酸霧的清除上了。這就是煙氣濕法凈化的特點(diǎn)，也就是煙氣中

雜質(zhì)在凈化過程中的相互關(guān)系。

1.4.2酸霧的產(chǎn)生和清除

我們先弄清幾個(gè)概念問題：大氣中都含有一定量的水蒸汽，當(dāng)氣溫降到某個(gè)

程度，剛使露水出現(xiàn)，這個(gè)溫度便叫做露點(diǎn)。此時(shí)氣體中的水蒸汽含量達(dá)到了極

大值（也就是達(dá)到了飽和蒸汽壓）。一般情況下，氣體溫度愈高，飽和水蒸汽含

量便愈大，飽和蒸汽壓也愈高。不同的水蒸汽含量就有不同的露點(diǎn)，一般是水

蒸汽含量越高，露點(diǎn)溫度也越高。

當(dāng)氣體溫度下降到露點(diǎn)以下時(shí)，氣體中的水蒸汽含量超過了飽和值，稱為過

飽和，溫度再繼續(xù)下降，使過飽和程度達(dá)到某一數(shù)值時(shí)，超過飽和的那一部分水

蒸汽便開始在空間凝結(jié)成細(xì)小液滴，這便是霧。開始生成霧的過飽和度稱為臨界

飽和度。

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以上講的露點(diǎn)、飽和、過飽和、臨界過飽和及形成霧等現(xiàn)象，不僅是含有水

蒸汽的空氣有，凡是含有可凝組分的氣體也都有。硫酸生產(chǎn)中生成酸霧的條件就

是該溫度下硫酸蒸汽的過飽和達(dá)到并超過了臨界值，如果氣體中原來就存在一些

懸浮粒子（煙氣中的塵等），由于它會(huì)成為霧的凝聚核心，從而使形成霧的臨界

過飽和度大降低，以至在氣體溫度稍高于露點(diǎn)時(shí)就會(huì)生成霧。

概括起來講,生成露是冷的大表面上冷凝的現(xiàn)象,生成霧是空間凝結(jié)的現(xiàn)象。

空間凝結(jié)的溫度一般要比表面凝聚的溫度略低些才會(huì)出現(xiàn)霧，但若空間原已有大

量微粒懸浮，則此時(shí)的空間凝結(jié)實(shí)際上成了在大量分散物的表面上冷凝，與在表

面上凝聚就很接近了。所以在硫酸生產(chǎn)上我們把含三氧化硫濕氣體的露點(diǎn)就看

成是形成酸霧的大致溫度。

硫酸形成以后它是怎樣發(fā)展變化的呢？起初形成的酸霧，其顆粒是很小的，

粒徑一般在0.05微米以下，但由于有下列三種原因使它迅速地發(fā)展變大：

（1）煙氣中殘存的三氧化硫會(huì)繼續(xù)與水蒸汽結(jié)合成硫酸蒸汽并進(jìn)一步在酸

霧表面凝結(jié)（幾乎全部形成酸霧）。

（2）煙氣中水蒸汽是大量存在的。在過飽和條件下，水蒸汽會(huì)很快在酸霧

顆粒上凝結(jié)并將酸霧稀釋，最終使酸霧的濃度稀釋到與氣相中的水蒸汽分壓相平

衡的濃度（即酸霧的飽和水蒸汽分壓與煙氣中水蒸汽分壓達(dá)到相等）。

（3）酸霧粒間互相碰撞，發(fā)生凝聚現(xiàn)象，使小顆粒變成較大顆粒，再不斷

地碰撞凝聚，細(xì)小顆粒逐漸變成了大顆粒。

從酸霧的生成到長(zhǎng)大的過程，速度是較快的，但也需要一定的時(shí)間。除霧效

率隨霧粒徑的增大而提高是一條普遍性的規(guī)律。所以在實(shí)際生產(chǎn)中，要想把酸霧

除干凈，就需要讓酸霧粒子長(zhǎng)大。長(zhǎng)大的辦法除了要給出一定時(shí)間使其凝聚外，

還要進(jìn)一步把煙氣溫度降低，使煙氣中水蒸汽和殘存的硫酸蒸汽在酸霧粒子上凝

結(jié)，這樣就能使物粒較快地長(zhǎng)大，以進(jìn)一步提高除霧效率。

車間的絕熱蒸發(fā)，稀酸洗滌，直接冷卻凈化流程，也是考慮到雜質(zhì)的消除及

酸霧粒子的長(zhǎng)大，在一級(jí)動(dòng)力波、氣體冷卻塔中酸霧形成后，讓其逐漸凝聚長(zhǎng)大

（當(dāng)然也有部分隨其它雜質(zhì)被除掉）。這時(shí)再經(jīng)過二級(jí)動(dòng)力波進(jìn)一步降溫、除塵

后（保證霧粒有足夠的時(shí)間增大）進(jìn)入電除霧器除去酸霧。

1.4.3煙氣的冷卻和除熱

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煙氣帶入干燥塔的水份大體等于出電除霧器煙氣的飽和水蒸汽含量。溫度愈

高含水量愈多、溫度越低含水量愈少。因此，要控制帶入干燥塔的水份量，就要

控制出電除霧器的煙氣溫度。此溫度由氣體冷卻塔的冷卻水量及水溫來控制的，

要求是氣體冷卻塔（或電除霧器）出口煙氣溫度在39℃以下。

如果溫度過高，則帶到干吸系統(tǒng)的水份過多，無法維持干吸系統(tǒng)的水平衡，

無法生產(chǎn)出合格的98%硫酸。而溫度過低則對(duì)冷卻水量、水溫的要求高。

煙氣降溫方式分兩步進(jìn)行：第一步是只降溫不移去熱量。也就是說煙氣溫度

雖然降下來了但熱量仍存在煙氣中，稱為絕熱蒸發(fā)冷卻或絕熱降溫。一級(jí)動(dòng)力波

中就是如此，向煙氣中噴淋洗滌液（稀硫酸）使煙氣溫度降低，煙氣放出的熱量

基本上用于蒸發(fā)水份，變成水蒸汽進(jìn)入煙氣中。在這種情況下，熱量只是轉(zhuǎn)變了

一個(gè)形式。煙氣降低了溫度，提高了濕含量（增大了水蒸汽含量）、熱量形式由

煙氣的“顯熱”轉(zhuǎn)變成水蒸汽的“潛熱”。這一步降溫有一定限制：當(dāng)煙氣中的

水蒸汽含量達(dá)到了完全飽和時(shí)，煙氣溫度就再也降不下來了。

第二步是移熱降溫。氣體冷卻塔就起此作用，在此設(shè)備中噴淋大量的經(jīng)過冷

卻的洗滌液（稀硫酸）使煙氣中所含的水蒸汽直接冷凝到洗滌液中，洗滌液則用

大量的冷卻水來降溫，從而達(dá)到移熱降溫的目的。

1.4.4煙氣的干燥

煙氣干燥過程中要考慮的因素有：

1.4.4.1煙氣溫度和含水量。煙氣經(jīng)過除塵、降溫、除霧后，煙氣中的水份

卻增加了，一般達(dá)到了飽和狀態(tài)。煙氣中的水份含量與煙氣溫度有關(guān)，溫度愈高

其水份含量就越多，具體含水量G（Kg/m3）可計(jì)算如下：

廠18PHO

G=------x------------2----------

22.4P-Pin-PHn

式中：PH2O---在一定溫度下的飽和水蒸汽壓，KPa：

P-----大氣壓力，KPa；

Pin——干燥塔入口操作壓力，KPa；

在煙氣干燥過程中，硫酸吸收煙氣中的水份，其濃度會(huì)逐漸降低，為使循環(huán)

酸濃度保持在一定范圍內(nèi)，需要不斷補(bǔ)入一定數(shù)量的98%硫酸和不斷移走部分

93%硫酸，補(bǔ)入和移走的數(shù)量是由煙氣帶入的水份量，亦即進(jìn)干燥塔氣體溫度來

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決定的。

1.4.4.2干燥塔所用的硫酸濃度和溫度。一般根據(jù)四個(gè)因素來確定干燥煙氣

用的硫酸濃度和溫度，（1）硫酸液面上的水蒸汽分壓要小，保證經(jīng)干燥后的煙氣

含水量小于01克/標(biāo)準(zhǔn)米3。（2）在干燥過程中盡量少產(chǎn)生酸霧或不產(chǎn)生酸霧。

（3）在干燥過程中對(duì)水的吸收的吸收速度要快，需要的吸收面積要小。（4）對(duì)

二氧化硫的溶解要少，盡量減少煙氣中二氧化硫的損失。

硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸汽和三氧化硫等三個(gè)組分。組分的含量通常

以其蒸汽壓的高低或以克/標(biāo)準(zhǔn)米3來表示。這三個(gè)組分的多少，主要與硫酸濃度

和溫度有關(guān)。

濃度低于85%的硫酸，在100℃以下，硫酸液面上的硫酸蒸汽和三氧化硫很

少，實(shí)際上可認(rèn)為只存在水蒸汽。濃度超過85%以后，隨著酸濃度的上升，硫酸

蒸汽的含量逐漸增加、水蒸汽含量逐漸減少。硫酸液面上的三氧化硫要待酸濃度

達(dá)94%時(shí)，溫度在100℃的情況下，才有微量顯示。

從水蒸汽分壓愈小則吸水性愈強(qiáng)這點(diǎn)來看，希望硫酸濃度愈高愈好。

硫酸濃度對(duì)水蒸汽的干燥速度也有一定影響，由于硫酸液面上的水蒸汽分壓

隨著酸濃度的增高而降低，所以酸濃度越高，干燥煙氣中水份的推動(dòng)力越大，干

燥水份的速度也越快。若所需干燥水份數(shù)量一定，速度快就可以減少干燥塔內(nèi)的

填料面積。一般來說，當(dāng)硫酸濃度低于93%時(shí)，所需填料面積隨酸濃度的升高顯

著地降低。濃度高過93%以后，濃度再提高所需填料面積減少的幅度就不大了。

總的看來，硫酸濃度愈高，所需填料面就愈小。

但是，硫酸濃度愈高，硫酸液面上的硫酸蒸汽分壓愈高，就愈容易生成酸霧,

而且生成的酸霧粒子愈小。同時(shí)溫度愈高，生成的酸霧也愈多。

其次，在硫酸濃度超過93%以后，濃度愈高，溫度愈低，溶解的二氧化硫就

愈多，隨干燥塔的循環(huán)酸一起帶出的二氧化硫損失也愈大。

所以，一般把干燥煙氣的酸濃確定為93%,入塔酸溫在35-45C之間。為了

保證干燥效率和控制酸霧的生成量。出塔酸濃度比進(jìn)塔酸濃度降低的范圍一般控

制在0.3-0.8%,酸溫升高不超過10℃o

1.4.4.3煙氣干燥塔的指標(biāo)。我們規(guī)定干燥后煙氣中的水份不超過0.1g/Nm3,

這是因?yàn)榻?jīng)干燥后的煙氣中殘存的水份，與轉(zhuǎn)化生成的三氧化硫結(jié)合成硫酸蒸

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汽，在進(jìn)入吸收塔時(shí)生成酸霧。從煙囪可觀察到，干燥后煙氣中水份含量在

O.lg/Nn?以下，吸收率達(dá)99.95%。尾氣的顏色是很清淡的。如果水份含量增高,

盡管吸收率仍然很好，吸收塔頂排出的就是白煙。隨著干燥后水份含量的增高，

可能生成的酸霧量增加，露點(diǎn)溫度升高。所以要嚴(yán)格控制干燥后煙氣中的水份量。

1.5煙氣凈化的基本方法

對(duì)煙氣進(jìn)行凈化的方法有兩種：

（1）利用煙氣通過液體層或用液體來噴灑氣體，使煙氣中的雜質(zhì)得到分離

的方法稱為液體洗滌法或濕法氣體凈化。

（2）利用煙氣通過高壓電場(chǎng)，使懸浮雜質(zhì)荷電并移向沉淀極而沉降分離，

這叫電凈制法氣體凈化。

1.5.1利用液體洗滌的煙氣凈化

將液體噴淋或分散成極細(xì)小的顆?；驑O薄的液膜層，使之與煙氣有充分接觸

的機(jī)會(huì)，由于慣性力，當(dāng)氣流沖擊到液體顆?；蛞耗訒r(shí)，懸浮在氣體中的雜質(zhì)

即被液體吸收著，從而與煙氣分離。

煙氣中的雜質(zhì)受離心力和慣性力的作用，能夠充分地從冷卻了的和被水蒸汽

所飽和了的煙氣中除去o將煙氣冷卻至水蒸汽的冷凝溫度以后，水蒸汽開始冷凝,

極小的雜質(zhì)微粒就會(huì)起冷凝核心的作用，這樣便可使這些微粒逐漸長(zhǎng)大，易于從

煙氣中分離出去。

我車間應(yīng)用液體洗滌煙氣的設(shè)備有：填充洗滌塔、動(dòng)力波洗滌器、干燥塔等。

（干燥塔與填充洗滌塔的作用一致）。

1.5.1.1填充塔

填充塔的工作原理：填充塔是氣一一固一一液系統(tǒng)，塔內(nèi)氣液流速不大，

在填料層中氣液兩相存在著穩(wěn)定的界面，其工作原理用“雙膜理論”來解釋最為

合適。

雙膜理論是什么？簡(jiǎn)單說來，在氣液兩相接觸時(shí)其間存在著界面，界面雙

方又分別存在著一層穩(wěn)定的氣膜和液膜，一切質(zhì)量和熱量的傳遞必須克服氣膜和

液膜阻力后方可進(jìn)行。

雙膜理論的基本點(diǎn)：

第一，相同質(zhì)的傳遞，是以分子擴(kuò)散方式通過兩層膜進(jìn)行的。在煙氣洗滌、

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干燥和吸收作業(yè)中，氣體或氣體中某些組分通過氣相主體以對(duì)流的形式擴(kuò)散到氣

膜，然后以分子擴(kuò)散的形式通過氣膜到雙膜界面而溶解于液膜，然后又以分子擴(kuò)

散的形式通過液膜，再以對(duì)流擴(kuò)散的方式傳遞到液相主體。

第二，傳質(zhì)速度主要取決于傳遞的組分在氣膜中的分壓和在液膜中的濃度，

在氣膜中組分分壓愈高，液膜中組分濃度愈低，傳質(zhì)速度愈快。反之傳質(zhì)速度變

慢。

第三，在氣液兩相的主體中，對(duì)流擴(kuò)散的阻力比分子擴(kuò)散的阻力小得多，因

此傳遞的阻力主要集中在兩種膜上。所以傳質(zhì)的速度決定在兩膜中的擴(kuò)散速度。

用液體吸收氣體的速度又主要取決于氣體通過氣膜的擴(kuò)散速度。

第四，在兩膜中的擴(kuò)散速度，與雙膜的厚度成反比。流速加快，雙膜變薄,

更新快。也就是說，提高流速由于流體帶動(dòng)使滯流層變薄和不斷更新，有利于傳

質(zhì)。

根據(jù)“雙膜理論”，在實(shí)際生產(chǎn)中我們可以從以下三個(gè)方面著手，強(qiáng)化其傳質(zhì)

過程。

（1）提高氣液流動(dòng)速度，使氣膜和液膜變薄更新快，有利于傳質(zhì)過程的進(jìn)

行。但要注意流速過大，流體阻力隨之增大，而且會(huì)出現(xiàn)液泛現(xiàn)象。

（2）增大氣液接觸面積，即一方面要注意選擇表面積大，流體力學(xué)性能好

的填料，另一方面要注意改進(jìn)設(shè)備結(jié)構(gòu)（因氣液兩相有穩(wěn)定的界面，氣液間的接

觸面積的大小，主要由設(shè)備結(jié)構(gòu)所決定）。

（3）增加噴淋密度和改善噴淋狀況，提高填料的潤(rùn)濕率，增加有效的接觸

面積。但要注意防止由此引起的阻力過大和帶沫現(xiàn)象，更不能發(fā)生液泛現(xiàn)象。

1.5.1.2動(dòng)力波洗滌器原理

濕式洗滌器是以液體作為洗滌液，通過氣一液兩相的接觸，實(shí)現(xiàn)氣一液兩相

間的傳熱、傳質(zhì)等過程，以滿足氣體凈化、冷卻、增濕等要求。為了獲得盡可能

大的氣一液兩相接觸面，實(shí)現(xiàn)氣一液兩相的充分接觸，采用動(dòng)力波洗滌器能夠獲

得較理想的洗滌效果。動(dòng)力波洗滌器的作用原理是：氣體自上而下高速進(jìn)入洗滌

管，洗滌液通過特殊結(jié)構(gòu)的噴嘴自下而上逆向噴入氣流中，氣液兩相高速逆向?qū)?/p>

撞，當(dāng)氣一液兩相的動(dòng)量達(dá)到平衡時(shí)，形成一個(gè)高度湍動(dòng)的泡沫區(qū)。氣一液兩相

呈高速湍流接觸，接觸表面積大，而且這些接觸表面不斷地得到迅速更新，達(dá)到

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高效的洗滌效果。見圖1。

圖1動(dòng)力波洗滌器作用原理

動(dòng)力波洗滌器是一種與眾不同的氣體洗滌設(shè)備，它能同時(shí)完成幾種氣體凈化

任務(wù)。將洗滌液噴入氣流，使洗滌液和氣體的動(dòng)量達(dá)到平衡，因而在氣體的必經(jīng)

之路上產(chǎn)生一個(gè)泡沫區(qū)。該區(qū)為一強(qiáng)烈的湍動(dòng)區(qū)域，其中液體表面更新很快，所

以該器既能有效地脫除顆粒，又能有效地清除氣態(tài)污染物，是一種造價(jià)低的急冷

器。

動(dòng)力波洗滌器實(shí)際上不止一種，而是有一個(gè)系列，每一種均運(yùn)用泡沫洗滌，

并按不同的工藝要求而專門制造。在此系列中，有兩種型號(hào)的洗滌器一一逆噴型

和泡沫塔型，用于硫酸的氣體凈化上，它們均已通過了考驗(yàn)。我廠使用的是逆噴

型洗滌器。

逆噴型洗滌器是一種環(huán)形孔板洗滌器。在此器中，洗滌液通過一個(gè)非節(jié)流的

圓孔，逆著氣流噴進(jìn)一根豎筒中。工藝氣體與洗滌液相撞擊，生成的混合物沿徑

向甩向筒壁，從而在氣一液界面區(qū)域形成強(qiáng)烈湍動(dòng)區(qū)。流體動(dòng)量達(dá)到平衡，氣液

緊密接觸而產(chǎn)生穩(wěn)定的“駐波”，駐波“浮”在氣流之上。隨氣、液相對(duì)動(dòng)量的

大小而升降。在泡沫區(qū)，由于氣體與極大的且經(jīng)常更新的液體表面接觸，便發(fā)生

顆粒捕集、氣體吸收和氣體急冷等情況。

逆噴型洗滌器的性能非?？煽?，有著無故障操作的良好記錄。對(duì)含有20%

固體懸浮物的氣體也能正常洗滌。

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1.5.2利用電離作用的煙氣凈化

我們利用電離作用來凈化煙氣的設(shè)備是：用于濕煙氣除酸霧的電除霧器。

電除器的原理，從功能上可將集酸過程大致劃分如下：如圖2所示

圖2靜電除霧器原理

1.5.2.1集塵室發(fā)生電暈放電將煙氣電離

使集酸極接地，在放電極上施加負(fù)的高壓電，則放電極發(fā)生劇烈的電暈放電,

集酸極室空間會(huì)充滿負(fù)離子和電子。

1.5.2.2將煙氣導(dǎo)入這個(gè)集酸極室的空間，則煙氣中的酸霧就會(huì)帶上負(fù)電。

1.5.2.3集酸、捕集

帶電的酸霧粒子伴隨著靜電凝集，在電力的驅(qū)動(dòng)下往集酸極移動(dòng)，并附著

在集酸極上，進(jìn)行電性中和。

1.5.2.4清洗

附在集酸極上的酸霧或煙塵在集酸極上失去負(fù)電荷，靠自重和水沖洗經(jīng)下

部漏斗流入密封罐或一級(jí)動(dòng)力波洗滌器。

2三氧化硫的吸收原理

2.1三氧化硫吸收的基本原理

化工生產(chǎn)中的吸收過程，一種是不明顯的化學(xué)反應(yīng)，為單純的物理過程，稱

為物理吸收，如發(fā)煙硫酸吸收三氧化硫的過程。另一種是具有明顯的化學(xué)反應(yīng)的

吸收過程，被稱為化學(xué)吸收。如用硫酸水溶液吸收三氧化硫。

在生產(chǎn)硫酸的吸收操作中，這兩種吸收過程都存在。習(xí)慣上統(tǒng)稱為三氧化硫

的吸收。按下列反應(yīng)進(jìn)行。

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nSO3（氣）+H20（液）=H2s04+（n-1）SO3+Q

該吸收過程以化學(xué)吸收為例大體按下述五個(gè)步驟進(jìn)行：

（1）氣體中的三氧化硫從氣相主體中向界面擴(kuò)散。

（2）穿過界面的三氧化硫在液相中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散。

（3）與三氧化硫起反應(yīng)的水份，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散。

（4）三氧化硫和水在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)。

（5）生成的硫酸向液相主體擴(kuò)散。

事實(shí)上，氣體中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只有吸收氣體中超過硫

酸相平衡的那一部分三氧化硫，超過的越多，吸收過程的推動(dòng)力就越大，吸收速

度就越快，吸收率就越高。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫

的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。

ci—h

幾=幺上X100%

a

式中：n-----吸收率，%

a——進(jìn)吸收塔的三氧化硫數(shù)量，克分子；

b——出吸收塔的三氧化硫數(shù)量，克分子；

目前，我們車間的吸收率在99.95%以上。

2.2影響吸收率的因素

影響吸收率的因素主要有：用作吸收劑的硫酸濃度，吸收溫度和循環(huán)酸量、

設(shè)備結(jié)構(gòu)和氣速等。

2.2.1硫酸濃度的影響

從三氧化硫吸收反應(yīng)方程式中可以看出，吸收三氧化硫似乎可以用水，同時(shí)

三氧化硫又能溶解在任何濃度的硫酸水溶液中。因此，從單純完成化學(xué)反應(yīng)的角

度來看，水和任意濃度的硫酸，都可以做為三氧化硫的吸收劑。但從生產(chǎn)上要求

對(duì)三氧化硫的吸收要快，要完全，不生產(chǎn)或盡量少生成酸霧，還要保證能夠得到

一定濃度的硫酸成品（工業(yè)硫酸）。所以使用水和稀硫酸顯然是不適宜的。

只有用濃硫酸吸收三氧化硫，才能達(dá)到上述要求，而且以98.3%為最好，當(dāng)

酸的濃度超過或者低于98.3%時(shí)吸收效率都是逐步降低的，只有當(dāng)濃度為98.3%

時(shí)，吸收率最高。這是什么原因呢？

這是因?yàn)?，?dāng)濃度高于98.3%時(shí)，以98.3%的硫酸液面上的水蒸汽分壓為最

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低。選擇98.3%的硫酸作吸收劑、是兼顧了這兩個(gè)特性。在此濃度下，大部分三

氧化硫能直接穿過界面與酸液中的水份結(jié)合生成硫酸。少部分三氧化硫在氣相中

與水蒸汽反應(yīng)，生成硫酸蒸汽后再進(jìn)入酸液中。

當(dāng)吸收酸濃低于98.3%時(shí)，硫酸液面上的水蒸汽含量，隨著硫酸濃度的下降

而增加。氣態(tài)三氧化硫與這種濃度的硫酸接觸時(shí)，除直接被吸收的以外，還有相

當(dāng)一部分三氧化硫與水蒸汽作用生成硫酸蒸汽。由于水蒸汽不斷與三氧化硫反

應(yīng)，氣相中水蒸汽含量就將不斷減少，氣相中的水蒸汽分壓就會(huì)比酸液面上的水

蒸汽平衡分壓低，因此酸液中的水份就將不斷被蒸發(fā)。又因水的蒸發(fā)速度大于硫

酸蒸汽的吸收速度，故氣相中硫酸蒸汽的含量逐漸增多，甚至?xí)^其平衡含量,

引起硫酸蒸汽的過飽和現(xiàn)象。如果過飽和度超過了臨界值，硫酸蒸汽將會(huì)凝結(jié)成

酸霧。酸霧顆粒是一種比硫酸分子大得多的懸浮粒子，運(yùn)動(dòng)速度比硫酸分子慢，

不易穿過界面進(jìn)入酸液中，極易被氣流帶走。帶有酸霧的氣體排入大氣中，就能

見到煙囪冒白煙。實(shí)踐證明，用于吸收三氧化硫的硫酸濃度越低吸收三氧化硫就

越不完全，尾氣煙囪冒出的白煙就越多。

當(dāng)酸濃度超過98.3%時(shí),隨著酸濃度的升高,液面上的硫酸和三氧化硫蒸汽壓

力也相應(yīng)增大。當(dāng)通入轉(zhuǎn)化氣時(shí)，相對(duì)來說，吸收推動(dòng)力就要減小，吸收率就會(huì)

降低。當(dāng)酸濃度高到一定程度，將出現(xiàn)酸液上的三氧化硫平衡分壓與進(jìn)塔氣體三

氧化硫分壓相當(dāng)?shù)默F(xiàn)象，此時(shí)吸收過程已停止、吸收率等于零。因此，在吸收酸

濃度超過98.3%時(shí)，其吸收率是隨著酸濃度升高而降低的。

吸收酸濃度過高或過低引起的吸收率下降，可以從尾氣顏色的變化上加以判

斷。如果尾氣出煙囪時(shí)顏色較暗，隨著與煙囪距離的增大而變淡而消失，通常是

由于吸收酸濃度過高引起的。若尾氣出煙囪口時(shí)呈白色，隨著煙囪距離的增大而

變淡消失，往往是吸收酸濃度過低引起的。

2.2.2吸收溫度的影響

影響吸收溫度的主要因素是酸溫和氣溫。任何濃度的硫酸，隨著酸溫的升高,

液面上的三氧化硫、水蒸汽、硫酸蒸汽的平衡分壓都跟著相應(yīng)增加。對(duì)吸收過程

來說，在進(jìn)塔氣體條件不變的情況下，則意味著隨著酸溫的不斷升高，推動(dòng)力越

來越小，

收率越來越低。同酸濃度升高一樣、酸溫?zé)o限制地升高也會(huì)出現(xiàn)液面上三氧化硫

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的平衡分壓（Pso3）和進(jìn)塔氣體中三氧化硫分壓（Pso3）成為相當(dāng)?shù)臓顟B(tài)，這時(shí)

三氧化硫的吸收過程停止、吸收率等于零。因此，要有較高的吸收率，酸溫不能

過高。

酸溫的控制是不是越低越好呢？實(shí)際上并不是這樣。原因有兩個(gè)：

第一、生產(chǎn)條件下，進(jìn)塔氣體不易絕對(duì)干燥的，一般都含有一定量的水份（規(guī)

定＜0.1克/標(biāo)準(zhǔn)米3）,盡管進(jìn)塔氣溫較高，如果酸溫很低，在傳熱傳質(zhì)過程中。

不可避免地會(huì)發(fā)生局部溫度低于露點(diǎn)。那么，氣體中的三氧化硫就會(huì)有相當(dāng)數(shù)量

變成酸霧隨氣流帶走，這無疑是降低了吸收率。

第二、為保持低的酸溫，需要龐大的冷卻設(shè)備和大量的冷卻水，這樣會(huì)造成

硫酸成本不必要的升高。止匕外，過低的酸溫還會(huì)造成輸送困難，甚至凍結(jié)。

生產(chǎn)中，三氧化硫在塔內(nèi)被吸收的過程是絕熱進(jìn)行的，酸溫隨著吸收過程的進(jìn)行

逐步升高。酸溫升高的主要原因是：

（1）氣體帶入塔內(nèi)的熱量。氣體帶入塔內(nèi)的熱量直接與氣體溫度、氣體量

和氣體成份有關(guān)。當(dāng)溫度高，氣量大和三氧化硫含量高時(shí)，其熱量就多。在一般

的操作條件下，隨著兩相傳質(zhì)傳熱的進(jìn)行，約有70%氣體帶入塔內(nèi)的熱量傳給液

相硫酸，使酸溫升高。

（2）吸收反應(yīng)熱。吸收三氧化硫過程中，反應(yīng)熱的情況是比較復(fù)雜的。目

前一般認(rèn)為，該反應(yīng)熱包括了三氧化硫生成100%硫酸（液）的反應(yīng)熱、當(dāng)100%

硫酸稀釋到出塔酸濃度時(shí)的稀熱，進(jìn)塔酸濃度提高到出塔酸濃度時(shí)的濃縮熱。其

中，濃縮熱是負(fù)值，其它都是正值，它們的代數(shù)和即為吸收過程的反應(yīng)熱。反應(yīng)

熱的多少，最終還是決定于吸收三氧化硫的總量。在一般的操作條件下，引起出

塔酸溫上升的因素中，反應(yīng)熱約占60%左右。

因此，出塔酸溫一定高于進(jìn)塔酸溫，如果不對(duì)吸收酸進(jìn)行冷卻，隨著吸收三

氧化硫過程的進(jìn)行，酸溫將越來越高，必將引起吸收率下降，甚至使吸收完全停

止。所以必須使進(jìn)塔酸通過冷卻器降溫。

影響吸收溫度的另一個(gè)因素是進(jìn)塔氣溫。從氣體吸收的一般情況來看，進(jìn)塔

氣溫控制得低一些對(duì)吸收率有利，但對(duì)三氧化硫來講，它是有限度的。進(jìn)塔氣溫

不能太低，原因有三：（1）需要增大氣體冷卻設(shè)備和動(dòng)力消耗；（2）低于露點(diǎn)溫

度時(shí)會(huì)產(chǎn)生酸霧，引起吸收率下降并造成煙害和腐蝕設(shè)備；（3）不利于熱能的合

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理利用。

既能氣體進(jìn)塔溫度不能太低，那么提高氣體進(jìn)塔溫度行不行呢？過高地提

高溫度肯定是不行的。實(shí)踐證明，適當(dāng)提高進(jìn)塔氣體溫度，非但不會(huì)降低吸收率,

反而對(duì)吸收有利。

總的來說，為了達(dá)到較高的吸收率，必須在操作上對(duì)影響吸收溫度的因素

實(shí)行控制。通常的辦法是：（1）調(diào)節(jié)進(jìn)塔氣體溫度；（2）調(diào)節(jié)進(jìn)塔酸溫；（3）調(diào)

節(jié)噴淋酸量。

我們對(duì)吸收系統(tǒng)采用的工藝是高溫吸收工藝，所謂高溫吸收不是單純指入

口氣體溫度高或吸收酸溫度高，而是入口氣體溫度與吸收酸溫同時(shí)高。

高溫吸收工藝具有下列特點(diǎn)：

（1）綜合考慮了影響吸收溫度的條件因素，提高了吸收溫度，從而避免了

生成酸霧，有利于提高吸收率。

在前面曾討論了酸霧的成因，可知生成到酸霧的先決條件是煙氣溫度低于露

點(diǎn)溫度。凡是發(fā)生整個(gè)或局部氣體溫度低于露點(diǎn)溫度,就會(huì)發(fā)生硫酸蒸汽的冷凝。

冷凝量和酸霧的生成量，主要取決于三氧化硫和水蒸汽含量的多少，冷卻速度和

其它工藝設(shè)備等各種條件。這樣，避免生成酸霧，要求注意如下幾點(diǎn)：

a.盡量降低干燥后的氣體含水量，從而達(dá)到有效地降低氣體的露點(diǎn)溫度；

b.提高吸收塔氣體的進(jìn)塔溫度，使進(jìn)塔前的氣體不發(fā)生局部冷凝成酸霧，并

使塔內(nèi)的吸收溫度保持在露點(diǎn)以上；

c.提高進(jìn)塔酸溫。從吸收溫度上看，即使提高了進(jìn)塔氣體溫度，若吸收酸溫

較低，吸收溫度仍可能在露點(diǎn)以下，這樣就會(huì)在塔內(nèi)的局部范圍產(chǎn)生酸霧。所以,

在提高進(jìn)塔氣體溫度的同時(shí)還要提高進(jìn)塔酸溫，如果能保證出塔酸溫也在露點(diǎn)以

上，那是完全可以避免生成酸霧的。

高溫吸收工藝，就是巧妙的利用了98.3%的硫酸在100℃左右時(shí)，液面上的

三氧化硫分壓和水蒸汽分壓仍然接近于零，以及酸霧生成條件的可控性，改變了

兩相溫度的控制范圍，提高了吸收溫度，避免了酸霧產(chǎn)生，從而能獲得比普通吸

收過程還要高的吸收效率。

（2）轉(zhuǎn)化氣以較高溫度進(jìn)入吸收塔，可以省掉三氧化硫冷卻器，從而筒化

了工藝流程并相應(yīng)地降低了能耗。

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（3）出塔酸溫度高，約為90-110℃,由此增加了傳熱溫差，故意可適當(dāng)

減少濃硫酸冷卻器的換熱面積。

（4）由于提高了進(jìn)塔氣溫和吸收酸溫，有利于解決兩轉(zhuǎn)兩吸的熱平衡問題。

但是，采用高溫吸收操作之后，也有一些問題，主要是吸收系統(tǒng)的設(shè)備腐蝕加大，

對(duì)材料提出了更高的要求。

2.3.3循環(huán)酸量的影響

為了較完全地吸收三氧化硫，必須有足夠數(shù)量的循環(huán)酸液做吸收劑。數(shù)量過

多，過少都是不適宜的。若酸量不足，在吸收過程中，酸的濃度、溫度增長(zhǎng)的幅

度就全很大。當(dāng)酸的濃度和溫度超過規(guī)定指標(biāo)后，就會(huì)使吸收率下降。作為填料

塔，由于循環(huán)酸量不足，填料表面不能充分潤(rùn)濕，傳質(zhì)狀態(tài)就會(huì)顯著變壞。循環(huán)

酸量過多又怎樣呢？實(shí)踐證明，不但對(duì)提高吸收率無益，而且還會(huì)增加流體阻力，

增大動(dòng)力消耗，所以，在吸收過程中必須控制適當(dāng)?shù)难h(huán)酸量，對(duì)于填料塔而言，

以噴淋密度表示循環(huán)酸量。

2.2.4氣流速度的影響

所謂氣流速度，是指在單位時(shí)間內(nèi)，氣體通過塔截面的速度。單位為米/

秒。習(xí)慣上稱此為空塔氣速也稱操作氣速。填料塔的操作氣速由所用的填料性能

決定。在正常生產(chǎn)條件下，不要超過規(guī)定的操作氣速范圍。若是超了，除引起動(dòng)

力消耗增大外，還會(huì)造成吸收率下降，嚴(yán)重時(shí)會(huì)產(chǎn)生液泛現(xiàn)象，造成氣體大量帶

液。當(dāng)然，氣速過小也是不妥的。因此，氣速過低、過高都是要防止的。

2.2.5吸收設(shè)備的影響

為了達(dá)到較高的吸收率，采用填料吸收塔時(shí)，應(yīng)符合下列要求：

（1）要有足夠的傳質(zhì)面積，填料堆放要符合技術(shù)規(guī)定。

（2）要求含三氧化硫的氣體和吸收酸在塔內(nèi)的截面上分布均勻，特別是分酸

設(shè)備的安裝質(zhì)量要高，防止漏酸和堵塞。

（3）選用性能優(yōu)越的填料

（4）要求在允許的操作氣速范圍內(nèi)運(yùn)行。

3二氧化硫轉(zhuǎn)化的基本原理

3.1二氧化硫轉(zhuǎn)化與硫酸生產(chǎn)方法

二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫，一般情況下是不能進(jìn)行的，必須借助于催化劑起

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催化作用。由于二氧化硫氣體轉(zhuǎn)化制酸所用的催化劑和進(jìn)行轉(zhuǎn)化的方法不同，先

后形成了生產(chǎn)硫酸的兩大方法：硝化法和接觸法。

隨著科學(xué)發(fā)展，硝化法已淘汰，目前全世界都在用接觸法。

接觸法生產(chǎn)硫酸、簡(jiǎn)言之，是經(jīng)過凈化的二氧化硫氣體，通過催化劑作用，

被氧所氧化，生成三氧化硫，再用水加以吸收，即得硫酸。其反應(yīng)式如下：

S02+1/202=S03+Q

SO3+H2O=H2SO4+Q

接觸法比硝化法，具有產(chǎn)品濃度高，雜質(zhì)少的優(yōu)點(diǎn)。本章討論的是接觸法中

的關(guān)鍵部分一二氧化硫的接觸氧化。

3.2轉(zhuǎn)化反應(yīng)是可逆的反應(yīng)過程

二氧化硫轉(zhuǎn)化為三氧化硫的反應(yīng)，是按下面方程式進(jìn)行的。

S02+1/202=S03+Q

從這個(gè)方程式可以看出。在二氧化硫與氧反應(yīng)生成三氧化硫（化學(xué)上稱這個(gè)

從左向右方向進(jìn)行的反應(yīng)叫正反應(yīng)）的同時(shí)，三氧化硫也有一部分分解為二氧化

硫和氧（這個(gè)從右向左方向進(jìn)行的反應(yīng)稱逆反應(yīng)）。因此，我們說二氧化硫轉(zhuǎn)化

反應(yīng)是一個(gè)可逆的反應(yīng)過程。已反應(yīng)了的二氧化硫?qū)ζ鹗级趸蚩偭恐俜直?/p>

叫做轉(zhuǎn)化率。

大家知道，在反應(yīng)開始時(shí)，由于反應(yīng)物（二氧化硫和氧）的濃度很高，沒有

三氧化硫，所以正反應(yīng)速度很快，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，二氧化硫和氧濃度減少，正

反應(yīng)速度逐漸減慢，而隨著三氧化硫濃度的增加，逆反應(yīng)速度逐漸變快。一個(gè)變

慢、一個(gè)變快、相互接近，最后達(dá)到正反應(yīng)與逆反應(yīng)速度相等。這時(shí)，轉(zhuǎn)化成三

氧化硫的量剛好等于分解掉的三氧化硫量，只要反應(yīng)的條件不變化，無論時(shí)間多

長(zhǎng)，反應(yīng)物不再減少，生成物（三氧化硫）也不再增加。此時(shí)反應(yīng)便達(dá)到了化學(xué)

平衡狀態(tài)，反應(yīng)速度等于零。各個(gè)組分的濃度稱做平衡濃度。這時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)

化率稱做平衡轉(zhuǎn)化率，化學(xué)反應(yīng)達(dá)到了平衡就是在一定條件達(dá)到了反應(yīng)的極限，

所以平衡轉(zhuǎn)化率是該條件下所可能達(dá)到的最大轉(zhuǎn)化率。平衡轉(zhuǎn)化率越高。則實(shí)際

可能達(dá)到的轉(zhuǎn)化率也越高，平衡轉(zhuǎn)化率XT根據(jù)其定義可以用下式表示：

XT=ZO3T

Ps（）2T+Pso3t

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為計(jì)算方便，將平衡分壓用二氧化硫和氧的最初濃度來表示:

100-0.5XOXXT

VP（b-0.5xaxX?）

式中：PSO2T——二氧化硫的平衡分壓

PO2T——氧的平衡分壓

PSO3Tr——三氧化硫的平衡分壓

XT——平衡轉(zhuǎn)化率，%

Kp-----反應(yīng)平衡常數(shù)

a------二氧化硫起始濃度，%（分子）

b——氧的起始濃度，％（分子）

P-----氣體壓力，大氣壓。

由于式子兩邊都有XT項(xiàng)，所以要用試差法求解。

二氧化硫的轉(zhuǎn)化反應(yīng)的平衡是相對(duì)的，不平衡是絕對(duì)的。只要條件變化，原

來的平衡就會(huì)被破壞，重新建立新的平衡。在不同的溫度、不同的壓力、不同的

原始?xì)怏w濃度條件下，二氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率是不同的，如果從轉(zhuǎn)化過程中，把生

成物的SO3除去，逆反應(yīng)速度必大大減小，平衡狀態(tài)立即被打破，反應(yīng)就變得

有利于正反應(yīng)的進(jìn)行，進(jìn)一步提高了轉(zhuǎn)化率。這就是建立兩轉(zhuǎn)兩吸流程的理論依

據(jù)。

3.3二氧化硫轉(zhuǎn)化是在一定溫度下進(jìn)行的放熱反應(yīng)

二氧化硫轉(zhuǎn)化，在0℃時(shí)反應(yīng)熱為22.9千卡/克分子。

一切放熱的化學(xué)反應(yīng)，降低溫度都會(huì)使平衡反應(yīng)率提高。這是一個(gè)規(guī)律。二

氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)是放熱反應(yīng)，因此平衡轉(zhuǎn)化率也隨反應(yīng)溫度的降低而提高。

二氧化硫的平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度降低而升高，這主要是由于二氧化硫轉(zhuǎn)化的反

應(yīng)平衡常數(shù)隨溫度上升而減小，隨溫度降低而增加。

因此，從平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系來看，為了獲得高的轉(zhuǎn)化率，反應(yīng)溫度應(yīng)

該盡可能控制低些。因此，在二氧化硫轉(zhuǎn)化過程中一定要移走一部分反應(yīng)熱，維

持一定的反應(yīng)溫度，為什么在生產(chǎn)上不把反應(yīng)溫度盡量降低呢？這主要由下述兩

點(diǎn)因素來決定的。

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3.3.1隨著反應(yīng)溫度的降低，平衡轉(zhuǎn)化率雖然可以提高，但是反應(yīng)速度（即

一定量的觸媒在一定時(shí)間內(nèi)能夠轉(zhuǎn)化的氣體量）卻下降很快。這是因?yàn)?，反?yīng)速

度與溫度成正比關(guān)系。

反應(yīng)速度隨溫度升高而加快。增快的倍數(shù)相當(dāng)大，溫度由400℃升到575C

時(shí)反應(yīng)速度增大了30多倍。對(duì)于一定的轉(zhuǎn)化器和一定數(shù)量的催化劑來說，提高

反應(yīng)溫度可使二氧化硫的轉(zhuǎn)化數(shù)量增加很多，從而大大提高轉(zhuǎn)化設(shè)備的生產(chǎn)能

力。

3.3.2當(dāng)溫度降低到某一限度時(shí)，催化劑便不能繼續(xù)起催化作用而使反應(yīng)停

止。這個(gè)使催化劑不能起催化作用的最低限度的溫度，叫做催化劑的起燃溫度。

因此，催化劑的起燃溫度應(yīng)當(dāng)?shù)鸵恍┖?。其起燃溫度的高低與催化劑特性及進(jìn)入

轉(zhuǎn)化器的氣體成分有關(guān)。

從上述可見，如果只考慮反應(yīng)速度，則反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)越高越好，如果只考慮

轉(zhuǎn)化率，則反應(yīng)溫度應(yīng)當(dāng)越低越好。這是矛盾的，因此，在選擇轉(zhuǎn)化溫度指標(biāo)時(shí),

不但要考慮有較高的轉(zhuǎn)化率，同時(shí)還要考慮有較高的反應(yīng)速度。所以在轉(zhuǎn)化過程

中，就不應(yīng)該自始至終保持同一溫度范圍。反應(yīng)的初期，二氧化硫和氧的濃度高、

三氧化硫濃度低，距離平衡狀態(tài)較遠(yuǎn)，宜使氣體在較高的溫度下轉(zhuǎn)化，使具有較

大的反應(yīng)速度；反應(yīng)的后期，氣體成分的濃度關(guān)系正好相反，距離平衡狀態(tài)較近,

宜使氣體在較低的溫度下轉(zhuǎn)化，以獲得最高的轉(zhuǎn)化率，這過程中溫度的調(diào)節(jié)，是

靠設(shè)置在轉(zhuǎn)化系統(tǒng)中的各個(gè)換熱器或靠加入冷氣來控制。

轉(zhuǎn)化率的高低，是生產(chǎn)中考慮的重要指標(biāo)，它的計(jì)算方法，根據(jù)前面所講過

的定義和反應(yīng)方程式有兩種：

=Ga出x]0o%

C進(jìn)

1）近似估算公式：

式中：XT轉(zhuǎn)化率，%

C進(jìn)——進(jìn)轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度，%

C出——出轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度，%

2）準(zhǔn)確計(jì)算公式

主要應(yīng)考慮轉(zhuǎn)化反應(yīng)是個(gè)體積縮小的反應(yīng)，進(jìn)轉(zhuǎn)化器前煙氣體積大于轉(zhuǎn)化后

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的體積，故二氧化硫在轉(zhuǎn)化前后在氣體中所占的體積百分?jǐn)?shù)不同，為了使計(jì)算準(zhǔn)

確，必須考慮氣體體積的變化，所以應(yīng)采用下式計(jì)算：

a-c

xlOO%

1.5xC

tzx(l-

100

式中：a——進(jìn)轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度，%

c——出轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度，%

3.4轉(zhuǎn)化反應(yīng)是在催化劑催化下分步進(jìn)行的

一個(gè)化學(xué)反應(yīng)所以能夠進(jìn)行，主要是具有一定能量的反應(yīng)分子互相碰撞的結(jié)

果。并不是所有碰撞的分子都能反應(yīng)，只有少數(shù)活潑的分子，它們的能量比全部

分子的平均能量超過一定數(shù)值后才能在碰撞中發(fā)生反應(yīng)。這個(gè)必須比平均能量超

過的能量，稱做這個(gè)反應(yīng)的活化能。反應(yīng)的活化能愈高，具有或多于這一能量的

分子愈少，反應(yīng)速度也就愈慢。相反，如果一個(gè)反應(yīng)的活化能低，則具有或多于

這一能量的分子在分子總數(shù)中的比例就多，反應(yīng)的速度就快。

在反應(yīng)壓力和反應(yīng)物濃度一定的情況下，加快反應(yīng)速度有兩個(gè)方法。一個(gè)是

提高反應(yīng)溫度，使反應(yīng)的分子能量提高，增加其中大于反應(yīng)活化能的分子數(shù)，這

就會(huì)加快反應(yīng)速度。另一個(gè)方法是采用催化劑，使反應(yīng)物分子先與催化劑結(jié)合成

過渡性的“表面中間化合物”，然后再分解得到生成物和催化劑。這個(gè)“表面中

間化合物”的生成和分解的反應(yīng)，所需要的活化能都比反應(yīng)物直接反應(yīng)生成物的

活化能小得多。催化劑雖參加了反應(yīng)的過程，卻沒有進(jìn)入生成物。實(shí)際只是使反

應(yīng)沿著一條活化能小的途徑進(jìn)行，因而在同樣的溫度條件下反應(yīng)就大大加快了。

二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在一般高溫下，例如400-600C,反應(yīng)速度仍然很慢，

還不能達(dá)到工業(yè)生產(chǎn)的需要。溫度在1000C以上。雖然反應(yīng)速度可以較快，但

從前節(jié)已知，平衡轉(zhuǎn)化率卻很低，因此即使能創(chuàng)造高溫條件，也會(huì)由于平衡轉(zhuǎn)化

率過低而無法進(jìn)行工業(yè)生產(chǎn)。為使反應(yīng)能實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，就只有采用催化劑來加

快反應(yīng)速度，使反應(yīng)在不太高的溫度條件下能足夠快地進(jìn)行，并且能有較高的平

衡轉(zhuǎn)化率。

二氧化硫轉(zhuǎn)化，催化劑是怎樣起到催化作用的呢？一般可認(rèn)為分以下四步進(jìn)

行:

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1、催化劑表面的活性中心吸附氧分子，使氧分子中原子間的鍵斷裂成為活

潑的氧原子（0）。

2、催化劑表面的活性中心吸附二氧化硫分子。

3、被吸附了的二氧化硫和氧原子之間進(jìn)行電子的重新排列，化合成為三氧

化硫分子。

S020（0）催化劑-S03-0催化劑

4、三氧化硫分子從催化劑表面脫附下來，進(jìn)入氣相。

在這四步中氧的吸附階段是較慢的。

以上四步，每個(gè)步驟的活化能以及它們綜合起來顯示的活化能，比二氧化硫

分子直接在氣相中與氧分子起反應(yīng)的活化能低得多（活化能主要用于使氧分子的

鍵斷裂）。在沒有催化劑情況下，二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)活化能為50000卡/克分子。

使用鋼催化劑進(jìn)行催化反應(yīng)，反應(yīng)活化能下降到22000-23000卡/克分子，因而

反應(yīng)速度大大加快。例如475時(shí)的反應(yīng)速度，用軌催化劑比不用催化劑要快一億

六千萬倍。如果不用催化劑要達(dá)到同樣的反應(yīng)速度，則要把反應(yīng)溫度提高到1400

以上，可見催化劑的作用是何等顯著。而在軌催化劑能發(fā)揮作用的低溫范圍內(nèi)

（400-440）平衡轉(zhuǎn)化率可以高達(dá)99%以上。

催化劑解決了平衡轉(zhuǎn)化率和反應(yīng)速度對(duì)溫度要求的矛盾，使二氧化硫轉(zhuǎn)化得

以實(shí)現(xiàn)工業(yè)生產(chǎn)，這就是二氧化硫轉(zhuǎn)化必須采用催化劑的原因。

3.5二氧化硫轉(zhuǎn)化是氣體體積縮小的反應(yīng)過程

從二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方程式知道每1.5份體積反應(yīng)物變?yōu)?份體積的生成

物，這是一個(gè)體積縮小的反應(yīng)，因此，增加壓力，可提高平衡轉(zhuǎn)化率。從中平衡

轉(zhuǎn)化率的計(jì)算公式可看出，等式右端分母第二項(xiàng)隨壓力P增大而減少。因而，當(dāng)

其他條件不變時(shí)，平衡轉(zhuǎn)化率XT值就隨壓力P增大而升高。

雖然加壓能提高轉(zhuǎn)化率，但提高得并不多，而且動(dòng)力消耗大（因轉(zhuǎn)化氣中

80%以上是無用的氮?dú)猓瑫r(shí)還要解決加壓后的設(shè)備易腐蝕問題。

可見在常壓下操作是可取的，故在工業(yè)上二氧化硫轉(zhuǎn)化一般是不采取加壓措

施的。

以上從3.2?3.5所述的二氧化硫轉(zhuǎn)化的基本原理，通常說成是二氧化硫反應(yīng)

的四大特點(diǎn)。

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4廢酸、排水處理工藝原理

4.1廢酸處理工藝原理

冶煉煙氣中的S03、Cu、As、F等雜質(zhì)進(jìn)入硫酸凈化設(shè)備中被洗滌除去、并

被匯集到空塔循環(huán)液中；為了防止空塔循環(huán)液中的亞碑酸結(jié)晶析出，操作時(shí)應(yīng)維

持硫酸濃度和碑的濃度在溶解度表面規(guī)定值以下，因此需加水調(diào)節(jié)其濃度，由此

導(dǎo)致空塔泵槽液位會(huì)隨被導(dǎo)入的煙氣中的S03和As的增加而升高，液位升高部

分作為廢酸抽出。

煙氣中被洗滌下來的不純物溶解于循環(huán)液的和不溶解于循環(huán)液的兩種，溶解

于循環(huán)液的物質(zhì)主要成分是H2s04、Cu、As,其中H2s04在排水處理的石膏工

序中除去，Cu、As則在脫銅、脫碑工序中生成硫化物被除去。不溶解于循環(huán)液

的物質(zhì)，其主要成分是PbS04,在鉛濾餅工序中除去。

4.1.1脫銅、脫碑設(shè)備

由凈化工序產(chǎn)