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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·s598

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