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第一章 总论 1

第一节 硫酸工业简史 1

第二节 我国的硫酸工业 2

一、概述 2

二、生产技术的进展 4

第三节 硫酸的用途及在国民经济中的作用 6

第四节 硫酸及硫氧化物的性质 7

一、硫酸及发烟硫酸的性质 7

二、二氧化硫的性质 11

三、三氧化硫的性质 12

第五节 硫酸生产的工艺过程 13

参考文献 15

第二章 制造硫酸的原料 16

第一节 硫铁矿 16

第二节 硫磺 19

第三节 石膏 21

第四节 硫化氢 22

第五节 其他含硫原料 23

参考文献 24

第三章 硫铁矿的焙烧 25

第一节 硫铁矿焙烧前的预处理 25

一、硫铁矿的装卸和贮存 25

二、硫铁矿的破碎和筛分 26

三、浮选矿的干燥 40

第二节 硫铁矿焙烧的物理-化学原理 48

一、硫铁矿焙烧的化学反应 48

二、硫铁矿焙烧的热化学 59

第三节 硫铁矿中杂质在焙烧中的行为 62

一、硫铁矿中的铜 63

二、硫铁矿中的锌 63

三、硫铁矿中的铅 64

四、硫铁矿中的砷 65

五、硫铁矿中的硒 65

六、硫铁矿中的氟 65

七、硫铁矿中的氯 67

八、硫铁矿中的碳和碳酸盐 67

第四节 沸腾焙烧的基本原理 68

一、气-固流化床的一般特性 69

二、与流态化有关的主要参数及其定义 70

三、硫铁矿焙烧反应动力学 76

第五节 焙烧工序流程 79

一、典型的焙烧流程 79

二、沸腾炉的给料 80

三、矿渣与炉灰的冷却和输送 81

第六节 沸腾炉及附属设备 82

一、沸腾炉 83

二、给料装置 92

三、排渣设备及排渣辅助设备 96

四、空气鼓风机 104

五、油烧嘴 104

第七节 沸腾焙烧的操作条件和操作指标 105

一、操作条件对焙烧的影响 105

二、沸腾炉的操作指标 107

第八节 沸腾床中的传热 110

一、沸腾床的余热 110

二、沸腾床对冷却壁面的传热 112

参考文献 119

第四章 原料气的净化 122

第一节 原料气净化总论 122

一、原料气中的杂质 122

二、原料气净化的原理 128

三、洗涤过程中气体的降温 135

四、洗涤酸产量及其中杂质的含量 139

第二节 原料气净化工序流程 142

一、水洗净化与酸洗净化 142

二、气体绝热冷却与非绝热冷却 144

三、典型的净化工序流程 145

四、如何选择净化流程 146

五、各种净化流程的系统净化效率估计 149

第三节 原料气净化设备 152

一、旋风除尘器 152

二、电除尘器和电除雾器 155

三、洗涤设备 166

四、除沫设备 185

五、除热设备 187

六、SO2脱吸塔 190

七、稀酸沉降器 191

第四节 原料气净化指标 194

一、净化指标制订的出发点 194

二、净化指标的比较 195

参考文献 196

第五章 二氧化硫的转化 199

第一节 二氧化硫氧化的热力学 199

一、二氧化硫氧化的平衡常数和热效应 199

二、平衡转化率 201

第二节 二氧化硫氧化原理和催化剂 203

一、催化原理 203

二、二氧化硫的催化氧化 204

三、二氧化硫复相氧化用催化剂 205

四、钒催化剂活性检测方法 206

五、燃起温度、熄火温度和耐热温度 211

六、催化剂的中毒 213

第三节 钒催化剂上二氧化硫催化氧化机理和反应动力学 215

一、催化氧化机理 215

二、低温区钒催化剂活性急剧下降的分析 217

三、二氧化硫催化氧化动力学 217

第四节 转化工序的操作条件 223

一、转化反应的温度 223

二、转化器的进气浓度 228

三、转化器的通气量 230

第五节 转化工序流程与设备 232

一、一次转化、一次吸收流程 232

二、两次转化、两次吸收流程 234

三、开发高浓度SO2转化技术 236

四、非稳态转化法 238

五、流化床转化 239

六、转化工序设备 241

参考文献 244

第六章 原料气的干燥和三氧化硫的吸收 246

第一节 系统的水平衡和干吸工序的串酸 246

一、系统的水平衡 246

二、干燥塔与吸收塔之间的串酸 249

第二节 原料气的干燥 253

一、原料气干燥的原理 253

二、原料气干燥的主要技术参数 256

三、分酸装置对干燥(吸收)的重要性 265

四、干燥塔的除雾沫和除氟作用 269

五、气体中水分含量对设备的影响 270

六、干燥酸中溶解的二氧化硫吹出问题 271

第三节 三氧化硫的吸收 271

一、三氧化硫吸收的原理 272

二、三氧化硫吸收的主要技术参数 274

第四节 干燥-吸收工序工艺流程 275

一、生产浓硫酸的工艺流程 275

二、生产标准发烟硫酸的工艺流程 277

第五节 气体干燥和三氧化硫吸收的设备与辅助设备 279

一、干燥(吸收)塔 279

二、除雾沫设备 281

三、浓酸冷却器 284

四、酸泵 285

五、酸循环槽 285

第六节 65O3(游离)发烟硫酸的制造 286

一、65O3(游离)发烟硫酸的性质 286

二、65%发烟硫酸生产方法概述 286

三、65%发烟硫酸的生产工艺 288

四、65%发烟硫酸生产的操作条件 288

五、若干问题的讨论 290

六、65%发烟硫酸装置的主要设备 290

第七节 液体三氧化硫的制造 291

一、三氧化硫的物理性质 291

二、三氧化硫的化学性质 293

三、液体三氧化硫的生产工艺 293

四、液体三氧化硫的稳定技术 294

五、液体三氧化硫钢瓶的解冻 296

六、稳定的液体SO3、65%发烟硫酸联合生产 297

七、液体三氧化硫的质量标准 298

参考文献 299

第七章 硫酸生产中的环境保护与综合利用 301

第一节 尾气回收 301

一、概述 301

二、氨-酸法 301

三、生产亚硫酸氢铵 324

四、生产亚硫酸铵 331

五、生产亚硫酸钠 341

六、活性炭法 348

七、过硫酸氧化法 353

八、尾气中出现白雾的原因和除雾 354

第二节 废水处理和稀酸的利用 355

一、硫酸废水处理原则 355

二、低砷、氟硫酸废水的治理 355

三、中等砷、氟浓度硫酸废水的治理 358

四、高砷、氟和重金属硫酸废水的治理 360

五、电石渣-铁屑法处理硫酸废水 362

六、污水处理的工艺设备 365

七、稀酸的利用 367

第三节 矿渣的综合利用 368

一、概述 368

二、磁选铁精矿 368

三、硫铁矿渣制砖 369

参考文献 372

第八章 硫酸生产中的废热利用 374

第一节 硫酸生产中的废热 374

一、能量利用研究的方法和理论基础 374

二、硫酸生产过程中释放的反应热 376

三、硫酸废热回收利用程度的评价 377

四、硫酸工业废热利用技术的发展 381

第二节 废热锅炉 381

一、废热锅炉的汽水系统 382

二、废热锅炉的炉气系统 385

三、废热锅炉结构 386

四、废热锅炉分类与典型锅炉简介 387

第三节 废热利用系统 392

一、废热利用系统及拟定原则 392

二、废热发电 393

三、典型的废热利用系统 396

参考文献 402

第九章 硫酸生产过程的数学模拟和优化 403

第一节 过程系统研究的内容和意义 403

第二节 过程系统的数学模型和数学模拟--硫酸生产流程模拟系统 404

一、模拟系统的原理和结构特点 404

二、物理化学性质数据的处理 407

三、物料和热量平衡计算程序 410

第三节 流程模拟系统的实例 415

第四节 过程评价和优化 416

第五节 系统压降设计优化 417

参考文献 418

第十章 硫酸装置建设的经济问题 420

第一节 项目的经济评价 420

第二节 不同原料制酸的经济状况 422

一、硫磺制酸和硫铁矿制酸 422

二、冶炼气制酸 424

三、天然石膏或磷石膏制酸 424

第三节 硫酸生产的规模经济 425

参考文献 427

第十一章 硫酸生产过程自动化 429

第一节 硫酸生产过程特性 429

一、硫酸生产过程 429

二、硫酸生产过程的连续性 430

三、硫酸生产过程的干扰 430

第二节 硫酸生产过程控制 431

第三节 硫酸生产工艺参数自动测量 432

一、温度测量仪表 432

二、压力测量仪表 433

三、流量测量仪表 433

四、液位测量仪表 434

五、在线自动分析测量仪表 434

第四节 硫酸生产过程自动调节 436

一、沸腾炉自动控制 436

二、废热锅炉自动调节系统 437

三、干吸工序自动调节系统 438

四、转化工序自动调节系统 439

第五节 硫酸生产过程自动联锁 440

一、自动联锁系统 441

二、单体设备自动联锁系统 442

三、生产装置联锁系统 442

第六节 集散控制系统(DCS) 443

参考文献 444

第十二章 液体二氧化硫的制造 445

第一节 液体二氧化硫生产原理 445

一、高浓度二氧化硫的制取 445

二、二氧化硫的干燥 455

三、二氧化硫的液化 458

第二节 吸收法生产液体二氧化硫 463

一、水吸收法 463

二、碱性溶液吸收法 465

三、有机吸收剂吸收法 469

第三节 纯氧燃硫法生产液体二氧化硫 471

第四节 三氧化硫-硫磺法生产液体二氧化硫 472

第五节 部分冷凝法生产液体二氧化硫 473

一、常压部分冷凝法 473

二、加压部分冷凝法 474

参考文献 475

第十三章 蓄电池硫酸和试剂硫酸的制造 476

第一节 蓄电池硫酸的制造 476

一、工业硫酸精制法 476

二、三氧化硫吸收法 477

第二节 试剂硫酸的制造 479

一、工业硫酸蒸馏法 479

二、三氧化硫直接吸收法 480

参考文献 481

第十四章 冶金烟气及其他含硫原料制造硫酸 482

第一节 冶金烟气制硫酸 482

一、炼铜烟气制硫酸 482

二、炼锌烟气制硫酸 488

三、炼铅烟气制硫酸 489

四、其他有色金属冶炼烟气制硫酸 490

五、利用低浓度冶炼烟气制硫酸 490

第二节 硫磺制硫酸 491

第三节 硫化氢制硫酸 493

一、硫化氢制硫酸的基本原理 494

二、硫化氢制硫酸的工艺流程 496

第四节 石膏制硫酸 499

一、反应原理 499

二、工艺流程 500

三、经济效益 500

四、发展趋势 501

第五节 废酸裂解 502

一、二氧化钛废酸 502

二、甲基丙烯酸甲酯废酸 503

三、烷基化废酸 504

第六节 烟气脱硫 504

参考文献 505

第十五章 硫酸的浓缩 506

第一节 硫酸浓缩的机理及热计算 506

第二节 直接加热浓缩法 508

一、浸没燃烧法浓缩装置 509

二、鼓式浓缩装置 510

三、文丘里式浓缩装置 513

四、喷雾蒸发式浓缩装置 515

第三节 间接加热浓缩法 515

一、锅式浓缩装置 515

二、Bayer-Bertrams法浓缩工艺 517

三、BOSAC浓缩工艺 517

四、真空蒸发浓缩 519

第四节 各种硫酸浓缩方法的适应性比较 525

参考文献 526

第十六章 硫酸装置的结构材料和防腐蚀技术 527

第一节 硫酸和二氧化硫对金属的腐蚀机理 527

一、硫酸对金属的腐蚀机理 527

二、含二氧化硫炉气对金属的腐蚀机理 528

第二节 硫酸装置中的金属材料 529

一、钢和铸铁 529

二、不锈钢和高级合金 532

三、铅 538

四、铝 538

五、钛 539

六、锆 539

七、钽 540

八、金属保护层 540

第三节 硫酸装置中的排金属材料 541

一、无机材料 541

二、有机材料 544

第四节 电化学保护技术在硫酸生产中的应用 548

一、电化学保护技术基本原理 548

二、阴极保护 549

三、阳极保护 549

参考文献 552

第十七章 硫酸的储运与生产安全技术 554

第一节 硫酸的储存 554

一、储酸量 554

二、罐区的布置 554

三、罐区的排水沟和地坪 554

四、贮酸罐的选型 554

第二节 硫酸的装卸 557

一、装酸 557

二、卸酸 560

三、高贷位装酸设备的选择 562

第三节 硫酸生产中的有害物质 565

一、硫铁矿 565

二、硫磺 565

三、硫化氢 565

四、三氧化二砷 566

五、二氧化硫 566

六、三氧化硫 567

七、硫酸 567

八、氨 567

第四节 硫酸生产中的安全技术 568

一、原料工序 568

二、焙烧工序 569

三、净化工序 569

四、转化工序 569

五、干吸工序 569

六、氨法尾气回收工序 570

七、硫酸贮运的安全措施 571

八、高浓度发烟硫酸和液体三氯化硫作业 572

参考文献 573

第十八章 接触法硫酸技术发展动向 575

第一节 工艺技术的发展 575

第二节 设备生产强度的提高 576

第三节 设备结构和材料的改进 576

第四节 节能与废热利用 583

第五节 新型催化剂的应用 584

第六节 设备的大型化 586

第七节 生产的计算机管理 587

第八节 加强污染防治，保护环境 588

参考文献 591

附录 593

附录1 某些浓度硫酸和发烟硫酸的结晶温度 593

附录2 某些浓度硫酸和发烟硫酸的溶解热 593

附录3 不同温度下硫酸溶液液面上的H2O和H2SO4蒸气压 593

附录4 不同温度发烟硫酸液面上SO3的蒸气压 594

附录5 硫酸和发烟硫酸的沸点 594

附录6 25℃时硫酸溶解于水的积分溶解热Q积和微分溶解热Q微 595

附录7 硫酸和发烟硫酸的密度 597

附录8 硫酸的热导率，W/(m·℃) 598

附录9 硫酸和发烟硫酸的粘度，Pa·s 598

附录10 常压下二氧化硫在水、硫酸和发烟硫酸中的溶解度，% 598

附录11 100～290℃硫酸的饱和蒸气压力 599

附录12 亚硫酸铵-亚硫酸氢铵溶液的pH值 600

参考文献 600

附录13 Rosin-Rammler粒度分布座标纸 601

附录14 亚硫酸铵-亚硫酸氢铵溶液的密度 602

附录15 亚硫酸铵-亚硫酸氢溶液的粘度 602

附录16 亚硫酸铵、亚硫酸氢铵溶液的比热容 604