冶炼烟气制酸中干燥和吸收工段
李文文
（昆明冶金高等专科学校 环境与化工学院 化工0601班）
摘要 本文主要分阐述了冶炼烟气制酸制酸工艺中的干吸工段中的各影响因素。根据相关资料与云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖生产区硫酸车间的生产实际相结合，分析了硫酸生产工艺中影响干吸工段的重要因素。干燥系统和吸收系统是硫酸生产过程中两个不相连贯的工序。由于在两个系统中均以浓硫酸做为吸收剂，彼此需要进行串酸维持调节各自浓度，而且采用的设备相似，故在生产和设计上通常划为同一工序，称为“干吸工序”。通过研究干吸工段的各影响因素可以有效的提高二氧化硫烟气的转化率，提高三氧化硫的吸收率，减少尾气排放，对企业生产和安全环保非常重要。 关键词 冶炼烟气制酸 干燥 吸收
1引言
大部分有色金属矿都是金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅和硫化镍等，随着有色金属工业的发展，利用冶炼烟气制酸也呈上升趋势，不仅充分利用了资源保护了环境还为企业增加了经济效益。
有色金属的冶炼分火法和湿法冶炼，湿法冶炼就是金属硫化物在高温下焙烧脱硫，把金属硫化物转化为金属氧化物和SO 2 （还有部分硫蒸气和SO 3）气体，然后把焙烧后含SO 2的烟气经过旋风收尘器、电除尘器等除尘设备除去大部分烟尘后再送往净化工段降温并进一步除去烟气中的尘、杂质和酸雾等，最后把合格的SO 2烟气送往干吸工段和转化工段制成成品酸，该流程的主要特点是连续作业性较强，产生的烟气中SO 2浓度比较稳定，一般在6~8.5%，转化系统比较稳定。火法冶炼就是金属硫化物在高温下脱硫焙烧，使金属硫化物转化为金属氧化物和SO 2 （还有部分硫蒸气和SO 3）气体，该流程包括熔炼、排放和排渣等几个过程，该流程的主要特点是间断作业性较强，所以产生的SO 2烟气中SO 2浓度不稳定，一般在2~10%，转化系统很不稳定。
冶炼烟气制酸一般分为四个工段：净化、干燥、转化和吸收，其中干燥和吸收的联系十分紧密，所以合称干吸工段。干吸工段对整个制酸工艺起着十分重要的作用，它不仅关系到产品的产量、质量而且还影响环境安全。本文利用相关资料结合生产实际对干吸工段的主要影响因素进行了论述。
2干吸工段工艺流程
2.1干吸工段工艺流程图
Ⅲ热交换器(管内)
（注：[8]朱化芬. 云南驰宏锌锗股份有限公司文件 曲靖硫酸厂各工段工艺流程图. 云南驰宏锌锗股
份有限公司硫酸厂. 2006,9.）
2.2工艺及设备简述
所谓的“两转两吸”工艺就是，炉气进行一次转化、一次吸收后、再进行第二次转化和第二次吸收。
采用两次转化工艺时，催化剂转填段数以及其在前后两次转化的分配与最终转化率、换热面积大小有很大关系。流程的特征，可采用第一、二次转化段数和含SO 2气通过换热器的次序来表示。例如：3+1，Ⅲ、Ⅰ-Ⅳ、Ⅱ流程，是指第一次转化用三段催化剂，第二次转化用一段催化剂；第一次转化前，含SO 2气体通过换热器的次序为：第Ⅲ
换热器（指冷却从第Ⅲ段催化剂床出来的转化气用的换热器），第Ⅰ换热器；第二次转化前，含的SO 2气体通过换热器的次序为第Ⅳ换热器，第Ⅱ换热器。此外常见的还有3+1，Ⅳ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ等流程。现在，一般有“2+1”、“ 3+1”、“ 2+2”、“ 3+2”等组合方式，国内外多采用“3+1”组合方式。这种方式，气体进入第一吸收塔（中间吸收塔）后，由于经过三段转过三段转化，在塔中将会有更多SO 3从系统中移去，如果第二次转化反应温度足够低，则可以获得稍高的最终转化率。
吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等，这些设备同干燥系统的设备在功能与结构上都相近，其中吸收塔类型同干燥系统。
干燥-吸收系统所用酸冷器可以分为管壳式、淋洗式、螺旋板式和板式等。 带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L 不锈钢，壳体用314不锈钢，并附阳极保护装置.
浓硫酸冷却器位于塔与酸循环为之间，泵的入口之前。由于浓硫酸冷却器的酸是借重力流动克服阻力，这类流程只适宜用阻力小的酸冷却器。如排管冷却器，而难以采用流速高、传热系数高，阻力大的板式或管壳式磋冷却器。由于需要依靠液位差克服管道、阀门、酸冷却器的阻力，因此塔要放在较高的平台上。
泵后冷却流程。即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。浓硫酸冷却器是加压操作。此类流程特别适合采用板式换热器和管壳式酸冷却器的场合。由于酸流速提高，可增大传热系数，从而节省传热面积，近年的设计多选用板式或管壳试酸冷却器，故都采用此两种流程。
工业上较普遍采用的除雾、沫设备有纤维除雾器和金属丝网除沫器。
纤维除雾器可以捕集3μm 的雾沫。在硫酸工业中，丝网除沫器用于干燥塔出口气体的捕沫效果很好，但用于吸收塔出口气体的除雾沫效率不太高。纤维除雾器专门用于捕集吸收塔出口气体的酸雾。纤维除雾器只适应于对清洁气体的除雾。
金属丝网除沫器是一种压降较低、效率较高的气液分离设备。在硫酸工业中已广泛应用作干燥塔上的捕沫设备。（注：[6]陈炳和，许宁. 化学反应过程与设备. 化学工业出版社. 2007,8. ）
3炉气的干燥
二氧化硫烟气干燥的工艺流程为：从电除雾来的二氧化硫气体从干燥塔的下部进入干燥塔，同时，从干燥塔的顶部喷淋适量密度的93%的干燥用硫酸，气液两相在塔内的填料表面进行充分接触并传质和传热，在两相充分接触时，由于浓硫酸具有强吸水性，干燥酸将气体中的水分充分吸收。经过干燥后的气体被风机送往转化工段。
3.1酸雾和酸雾的形成原因
酸雾就是硫酸分子在气相中达到硫酸蒸气的过饱和现象，看似像雾一样。酸雾的
形成原因主要是SO 3与气相中的水蒸汽迅速结合，生成硫酸分子，由于来不及溶解在水里，在气相中发生硫酸蒸气的过饱和现象而凝成酸雾，酸雾比硫酸分子大得多，且悬浮在气相中。从酸雾的形成原因可知，酸雾要形成必须具备两个条件：首先是要有SO 3气体，其次是有水蒸汽。酸雾形成的因素比较复杂，主要是取决于SO 2烟气的干燥和SO 3
的吸收。
3.2响炉气干燥的主要因素
3.2.1炉气温度和含水量
炉气经过干法除尘、稀酸洗涤降温和电除雾器除雾以后，尘、氟、砷等杂质一般均达到了规定指标，但炉气中的水分却增加了，一般达到了饱和状态。炉气中水分含量与炉气温度有关，温度越高其水分含量就越多。
干燥塔进口气体温度，℃
[***********]
图一 干燥塔进口气体温度最高允许温度
[**************]20
二氧化硫浓度，%
（注：[1] 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等. 硫酸工作手册. 东南大学出版社，1992,7. ）
在生产中进入干燥塔的允许最高气体温度，是由干燥—吸收酸系统水平衡所决定的。在炉气二氧化硫浓度为80%的情况下，炉气干燥塔温度不得超过40度。在实际操作中下一般要控制在38度以下。（注：[1] 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等. 硫酸工作手册. 东
南大学出版社，1992,7.)
结合我车间生产实际情况，烟气中SO 2平均浓度为8%，成品硫酸浓度为98%，结合图一（见图一）可查得最高允许温度为38℃，为使经干燥后的烟气含水量＜0.1 g/Nm3，我们要求干燥塔入口烟气温度≤35℃。
3.2.2干燥所用的硫酸浓度和温度
一般根据四个因素来确定干燥炉气用的硫酸浓度和温度：①硫酸液面上的水蒸气分压要小，保证干燥后的炉气含水量小于0.1g/Nm3；②在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾；③在干燥过程中对水的吸收速度要快，需要的吸收面积要小；④对SO 2气体溶解要少，尽量减少炉气中二氧化硫的损失。
3.2.3干燥酸浓度和温度的选择
硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸气和SO 3等三个组分。组分的含量通常以其蒸气压的高低或以g/Nm3来表示。这三个组分的多少，主要与硫酸浓度和温度有关。干燥酸浓度低于85%，在100℃以下，硫酸液面上的硫酸蒸气和SO 3很少，实际上可认为只存在水蒸汽，干燥酸浓度超过85%以后，随着浓度的升高，硫酸蒸气的含量逐渐增加，水蒸汽的含量在逐渐减少。硫酸液面上的SO 3，要待干燥酸浓达到94%时，温度在100℃下，才有少量。
表一 硫酸液面上的蒸汽分压
从表一（见表一）可以看出，干燥酸的浓度应取90%以上，干燥酸温度应比60℃低得多才行。当干燥酸浓度达到98.3%，干燥酸温度在60℃，水蒸汽分压为0.027 Kpa，在干燥酸浓度大于98.3%的硫酸液面上几乎没有水蒸汽存在，只有硫酸蒸气和SO 3。因此从水蒸汽分压越小则吸水性越强这点来看，希望干燥酸浓度越高越好。另外，干燥酸浓度对烟气的干燥速度也有一定的影响，由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着干燥酸浓度的增加而降低，所以干燥酸浓度越高，干燥烟气中水分的推动力就越大，干燥水分的速度就越快。若所需干燥水分的数量一定，速度快就可以减少干燥塔内填料的面积。下表列举了为SO 2浓度在7%，空塔速度0.6m/s，喷淋密度在12m 3/（m 2·h ）条件下，每小时产1t 硫酸，干燥塔所需要的拉西环填料总表面积（m 2）与硫酸浓度的关系。
表二 浓度与填料便面积的关系
表二（见表二）可以看出，当硫酸浓度低于93%时，所需填料面积随干燥酸浓度的升高明显降低，当浓度高于93%以后，干燥酸浓度提高所需填料面积减小的幅度就不大了。总的来说干燥酸浓度越高，所需填料面积就越小。但是，干燥酸浓度越高，硫酸液面上的硫酸蒸气分压就越高，就越容易产生酸雾，而且产生的酸雾粒子越细。同时干燥酸温度越高形成的酸雾就越多，从理论上推算，湿烟气进入干燥塔底部与硫酸蒸气混合，露点约在150℃左右，而烟气和干燥酸的温度都远低于这一温度，所以硫酸蒸气在干燥塔底部几乎全部形成酸雾。因此干燥酸浓度越高，温度越高，硫酸蒸气含量就越多，产生的酸雾就越多越细，如表三所示（见表三）：
表三 干燥酸浓度、温度和产生酸雾之间的关系
其次，在干燥酸浓度＞93%以后，浓度越高，温度越低，溶解的就越多SO 2就越多，随着干燥塔的循环酸一起带出的SO 2就越多，损失的SO 2就越多。所以一般工厂都把干燥烟气的干燥酸浓度定为93%，入塔干燥酸温度控制在35℃～45℃之间。此种酸的结晶度比较低，为-27℃，对冬季的硫酸生产、运输和贮存很有利，这也是选用干燥酸浓度为93%的原因之一。此外，当采用阳极保护酸冷器时，干燥酸浓应在93%～96%范围之内，浓度高一些，避免发生腐蚀。
为了保证干燥效率和控制酸雾的生成量，出塔酸浓度笔进塔酸浓度降低的范围一般控制在0.3%-0.5%，酸温升高10℃左右。
此外， SO 2在85%的H 2SO 4中的溶解度最低，＞85%的H 2SO 4 ， SO 2的溶解度随H 2SO 4浓度提高而增加；其次干燥酸浓度越高，串酸量越增大，随干燥酸一起串入吸收塔随同成品酸带走的SO 2就越多，损失的SO 2就越多。损失的SO 2一部分通过向吸收塔串酸解吸到尾气中，增加了尾气中的SO 2含量。为了减少的SO 2损失，需增加串酸脱吸塔，将串往吸收循环槽的干燥酸在脱吸塔中用空气脱出干燥酸中溶解的SO 2 ，从脱吸塔出来的气体送到干燥塔入口。（注：[3]南京化学工业（集团）公司设计院. 硫酸工艺设计手册. 化工部硫酸工业信息站出版.1994，4. ）
3.3双膜理论
3.31双膜理论的定义
在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后才可以进行，这就是我们所称的双膜理论。（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ） 3.3.2双膜理论的特点：
（1）相间质的传递，是以分子扩散方式通过两层膜进行的。在炉气洗涤、干燥和吸收作业中，气体或气体中某些组分通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子的扩散形式通过气膜到双膜界面而溶解于液膜，然后又以分子的扩散形式通过液膜，
再以对流扩散的方式传递到液相主体。
（2）传质速度主要取决于传递的组分在气膜中的分压和液膜中的浓度，在气膜组分分压越高，液膜中组分浓度越低，传质推动力就越大，传质速度越快。反之，传质速度越慢
（3）在气液两相的主体中，对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，因此传递的阻力主要集中在两种膜上。所以传质的速度决定在两膜中的扩散速度。用液体吸收气体的速度又主要取决于气体通过气膜的扩散速度。
（4）两膜的扩散速度与双膜的厚度成反比。流速加快，双膜变薄，更新快。也就是说提高流速由于流体流动使湍流层变薄和不断更新，有利于传质。
（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ）
根据“双膜理论”，我们在实际生产过程中可以从以下三方面着手，强化传质过程。 首先，提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄，更新快，有利于传质过程的进行。但流速过快，流体阻力随之增大，而且还会出现乳化和液泛现象 其次，增大气液接触面积，即一方面要注意选择表面积大、流体力学性能好的填料，如将拉西环改为矩鞍形环和阶梯环等。另一方面还要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间接触面积的大小，主要由设备由设备结构决定），例如将填充塔改为泡沫塔等。
第三，增加喷淋密度或改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫的现象，更要注意不能发生液泛现象。
3.4炉气干燥的指标
假定干燥后的残存水分全部变成酸雾，可算出最大的酸雾生成量（见表四）。
表四 干燥后炉气中不同水分含量时可能生成的最大酸雾量
炉气中水分含量不同，经转化后硫酸蒸汽的露点就不同（见表五）。
表五 不同水分含量下转化后气体中硫酸蒸汽的露点
为减轻炉气对鼓风机、冷热交换器和三氧化硫冷却器等设备的腐蚀，国家规定炉气干燥指标为水分含量不超过0.1 g/Nm3。
3.5干燥工段常见异常情况及处理措施
3.5.1干燥酸泵突然跳闸 原因分析：
（1）外部供电故障；
（2）本系统或本岗位电器故障引起的停电；
（3）雷击或其他不可抗拒因素所引起的跳闸；
处理措施：
（1）立即关闭串酸阀； （2）联系沸腾炉和艾萨炉主控停止进料并降低3K 风机导叶开度和关闭补氧阀，必要时打开串气阀串气；
（3）联系电工查明原因，确认不是断电造成干燥酸泵跳闸，立即联系巡检工调节相关阀门启动备用泵；如果确认是断电造成干燥酸泵跳闸，立即查明原因及时处理，迅速排除故障；
（4）检查循环槽有无漫酸等异常现象，如有漫酸清理现场残酸；
（5）待供电正常后按正常开车步骤将本岗位干燥酸泵开起来并观察运行情况； 3.5.2干燥循环槽漫酸 原因分析：
（1）操作事故，操作工阀门调节不当导致干燥循环槽漫酸； （2）液位计失灵不能正确及时反馈干燥循环槽的液位，或因液位计反馈信息错误，导致员工误操作造成干燥循环槽漫酸；
（3）串酸阀失灵或损坏，影响正常操作；
（4）循环槽液位控制较高，当泵出现故障或突然停电时塔和酸管内的酸回到循环槽内发生漫酸；
处理措施：
（1）立即关闭吸收酸串干燥循环槽的阀门，防止进一步漫酸；
（2）查看地坑液位，及时排走地坑内的污酸，避免外漏造成污染事故；
（3）关闭吸收循环槽的加水阀，根据吸收酸的浓度适当增大干燥串吸收的阀门开度，降低干燥循环槽的液位，同时注意吸收循环槽的液位； （4）查明漫酸原因，及时处理； （5）清理地面残酸；
3.5.3干燥塔酸浓提不起来 原因分析：
（1） 进干燥塔炉气温度高含水多； （2） 气体带液；
（3） 炉气中二氧化硫浓度低； （4） 98%硫酸串入量少； （5） 加水过多。 处理措施：
（1） 检查炉气中二氧化硫浓度的变化； （2） 检测各部位气温的变化；
（3） 关闭加水阀，检查串酸量是否适当；
（4） 分组停用冷却设备的冷却水，检查冷却设备在走水的一面有无酸液流出； （5） 若经上述检查仍找不出原因时，还须检查其他地方是否有漏水漏入循环系
统，查出毛病后，视具体情况进行处理。
4三氧化硫的吸收
从转化工段来的三氧化硫气体从吸收塔的下部进入吸收塔，与塔顶喷淋的98.3%的浓硫酸进行接触, 在接触的过程中，三氧化硫溶于浓硫酸，随着酸从吸收塔底部流出，部分进入吸收循环槽，部分被作为成品酸输往成品中间槽。
4.1SO 3气体的吸收原理
SO 3被浓硫酸吸收后与其中的水化合成硫酸，其反应式为： n SO3+H2O →H 2SO 4+(n-1) SO3+89247 J
由此反应可知，随着SO 3与水比例的改变，可以生成各种浓度的硫酸。若n ＞1，则生成发烟硫酸； n=1，则生成无水硫酸； n ＜1，则生成含水硫酸。
事实上，气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收气体中超过与硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超过的越多，吸收过程的推动力就越大，吸收速度就越快。
4.2影响SO 3气体吸收的主要因素
影响SO 3气体吸收的主要因素有硫酸的浓度、吸收温度、循环酸量、设备结构和气速等。
4.2.1硫酸浓度的影响
从SO 3气体吸收反应方程式中可以看出，吸收SO 3似乎可以用水，同时SO 3又能溶解在任何浓度的硫酸水溶液中。因此，从单纯完成化学反应的角度来看，水和任意浓度的硫酸，都可以作为SO 3的吸收剂，实际生产中要求对SO 3的吸收要快，要完全，不生成或尽量少生成酸雾，要好保证能够得到一定浓度的硫酸产品。所以用水或稀硫酸显然是不适合的，只有用浓硫酸吸收SO 3才能达到以上要求，而且以98.3%为最好。因为当浓度高于98. 3%时，以98. 3%的硫酸液面上的水蒸汽平衡分压最低。浓度低于98. 3%时，以98. 3%的硫酸液面上的SO 3分压最低。选择浓度为98. 3%的硫酸作为吸收剂，兼顾了这两个特性，在此浓度下，大较部分SO 3气体能直接穿过界面与酸液中的水分结合生成硫酸，极少部分SO 3气体在气相中与水蒸汽反应生成硫酸蒸气后再进入酸溶液中。当吸收酸浓度低于98. 3%时，硫酸液面上的水蒸汽含量随硫酸浓度的下降而增加。SO 3气体与这种浓度的硫酸接触时，除直接被吸收的以外，还有相当一部分SO 3气体与水蒸汽结合生成硫酸蒸气，由于水蒸汽不断与SO 3气体反应，气相中水蒸汽含量将不断减少，气相中水蒸汽分压就会比硫酸液面上的水蒸汽平衡分压还要低，因此硫酸中的水分就会不断蒸发。又因水的蒸发速度大于硫酸蒸气的吸收速度，故气相中硫酸蒸气的含量将逐渐增多。甚至会超过平衡含量，引起硫酸蒸气的过饱和现象，如果过饱和度超过临界值，硫酸蒸气将会凝结成雾。酸雾颗粒是一种比硫酸分子大得多的悬浮粒子，运动速度比硫酸分子慢，不易穿过界面进入酸液而被气体带走。带有酸雾的气体排入大气中，就能见到烟囱冒白烟。
4.2.2吸收温度的影响
影响吸收温度的主要因素是酸温和气温。 任何浓度的硫酸随着酸温的升高，液面上的三氧化硫、水蒸汽和硫酸蒸气的平衡分
压都相应增加，这对吸收过程来说在进塔气体条件不改变的情况下，随着酸温的不断升高，吸收推动力越来越小，吸收率越来越低，与酸浓度升高一样，酸温无限制的升高也会出现液面上三氧化硫的平衡分压和进塔气体中的三氧化硫分压成为相当的状态，这使三氧化硫的吸收过程停止，吸收率等于零。（见表六）
表六 酸温与停止吸收时气相SO 3（%）的关系
当浓硫酸的温度升高至某一数值时，水自其中蒸发的速度将达到足以使水蒸气和气相中全部的三氧化硫结合而转变成酸雾，使得吸收过程终止。硫酸停止吸收三氧化硫时的温度如下表（见表七）：
表七 浓硫酸吸收三氧化硫过程停止的温度℃
因此，三氧化硫的吸收是否完全，在很大程度上决定于吸收过程的温度，又主要取决于硫酸的温度。温度越低，则吸收过程进行的越完全，吸收率越高。
考虑到气体中的三氧化硫冷凝成酸雾，为保持酸温需要庞大冷却水设备等因素，酸温也不宜过低。
生产中，三氧化硫在塔内被吸收的过程是绝热进行的，气体带入塔内的热量，吸收反应热等都使得出塔酸温升高。随着吸收三氧化硫过程的进行，酸温将越来越高，必然引起吸收率下降甚至吸收完全停止。所以生产上必须使进塔酸通过冷却器降温。
影响吸收温度的另一个因素是进塔气温。从气体吸收的情况来看，进塔气温控制的低一些对吸收有利。但对三氧化硫来讲，它是有限度的，进塔气温不能太低，原因有两点：①需增大气体冷却设备和动力消耗；②低于含三氧化硫湿气体的露点温度时会产生酸雾，引起吸收率下降并造成烟害和腐蚀设备。
实践证明，适当提高进塔气体温度，非但不会降低吸收率，反而对吸收有利。 总的来说，为了达到较高的吸收率，必须在操作上对影响吸收温度的因素实行控制。通常的办法是：①调节进塔气体温度；②调节进塔酸温；③调节喷淋酸量。目前一些生产厂家将进塔酸温多数控制在60℃左右，进塔气体温度多数控制在160℃左右，出塔酸温小于80℃，出塔气温为65℃左右。
4.2.3循环酸量的影响
为了较完全地吸收三氧化硫，必须有足够数量的循环酸做吸收剂，数量过多或过少都是不适宜的。若酸量不足，在吸收过程中，酸的浓度和温度增加的幅度就会很大，当超过规定的指标后，吸收率就下降。吸收设备采用填料塔时，循环酸量不足，填料表面不能充分湿润，传质状况会显著恶化；当采用泡沫塔吸收时，循环酸量不足会引起筛板布酸不均匀及泡沫层高度变低，是传质状况变坏。循环酸量过多同样对提高吸收率无益，而且还会增加流体阻力，增大动力消耗，还会造成带酸和液泛现象。所以，要控制适量。
生产上控制循环酸量的方法，一般是控制泵的电流数或酸计量器的计数范围。我国目前采用的循环酸量的范围如下表所示（见表八）：
表八 各吨位系统的硫酸循环量
4.2.4气体流速的影响
所谓气体流速是指在单位时间内气体通过塔截面的速度，单位为m/s，又称为空塔气速也称操作气速。不同塔型的操作气速是不同的，采用填料塔时，操作气速由所选的填料性能决定，一般为0.8--1.4 m/s，采用矩鞍形填料或阶梯环填料时，可以提高到
1.8 m/s左右。在正常生产条件下不要超过规定的操作气速范围，若超过了，除引起夹带酸沫增大动力消耗外，还会造成吸收率下降，严重时会产生液泛现象，造成气体大量带液。气速对三氧化硫吸收过程的影响，从定性上讲硫酸对三氧化硫的吸收速度是随气体速度的增加而增加的。所以采用较高的气体流速来操作，不但对吸收过程有利而且可使塔体缩小。
5. 干吸工段的控制指标
(!)循环酸浓度 干燥酸：94.0%-95.0%；吸收酸：98.0%-98.5%
(2)入塔酸温度 干燥酸：≤50℃；一吸塔：≤82℃；二吸塔：≤82℃
(3)气体入塔温度 干燥：≤38℃；一吸塔：≤209℃；二吸塔：≤204℃
(4)鼓风机出口水分：≤0.1g/Nm3
3(5)SO2风机出口酸雾：≤0.005g/Nm
(6)吸收率：≥99.95%
(7)出塔酸温： 干燥酸：≤70℃；一吸塔：≤112℃；二吸塔：≤98℃
（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ）
6. 结论与讨论
从减少水蒸汽含量考虑，硫酸浓度越高对干燥越好，且达到98.3%时，液面上几乎没有水蒸气。但是，由于当硫酸含量高于94%后，硫酸液面上的硫酸蒸汽、SO 3蒸汽增多，将与炉气中的水分生成酸雾，而且硫酸含量约高，温度越高，生成的酸雾就越多。其次，在硫酸含量高于86%以后，溶解的SO 2也随之增多。当干燥酸作为产品酸引出或者串入吸收系统循环酸槽时，SO 2也随着被带走，引起SO 2损失。因此，综合考虑以上因素，干燥酸以93%~95%比较合适，并且具有结晶温度比较低的优点，可以避免冬季低温
下，因结晶带来操作和储运上的麻烦。
影响SO3气体吸收的主要因素有硫酸的浓度、吸收温度、循环酸量、设备结构和气速等。应选取98.3%的浓硫酸作为吸收剂，吸收温度应在60度左右，还应选取合适的循环酸量和设备以及气速等
7. 致谢 本文从选题的确定，论文的写作、修改到最后定稿得到了我的指导老师叶文淳老师和班主任张凤霞老师的悉心指导。特别是叶老师，她多次询问写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。她严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。在此，谨向帮助我顺利完成论文的老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
此外，还要感谢在大学三年中帮助我的人，感谢环化学院学院众老师在学习上的点拨，感谢班主任老师在生活中的关心和帮助。同时, 也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗三年的大学同学们！能够顺利完成论文，是因为一路上有你、有你们，再次衷心地感谢所有在我论文写作过程中给予过我帮助的人们，谢谢！
Metallurgical acid drying and absorption in the section
liwenwen
(Kunming Metallurgy College The department of Environment and Institute of Chemical Technology
The Chemical industry 0601)
Abstract This article mainly on metallurgical acid acid drying and absorption process of the section factor. Relevant information in accordance with Yunnan Chihong Zinc and Germanium Co., Ltd. Qujing production areas of the production of sulfuric acid plant reality, an analysis of the impact of the production process of sulfuric acid drying and absorption section of the important factors. Drying system and absorption system is the process of sulfuric acid production is not consistent with the two processes. Because the two systems are concentrated sulfuric acid as the absorbent, the need for each other to maintain regulation of the respective string of acid concentration, and used similar equipment, so in the production and design are usually classified as the same process, known as the "process of drying and absorption" . Section by studying the drying and absorption of the impact of factors can increase the effective conversion rate of sulfur dioxide gas to enhance the absorption rate of sulfur trioxide to reduce emissions of environmentally friendly production and security is very important.
Key words Metallurgical acid Dry Absorption
参考文献
[1] 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等. 硫酸工作手册. 东南大学出版社，1992,7.
[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12.
[3]南京化学工业（集团）公司设计院. 硫酸工艺设计手册. 化工部硫酸工业信息站出版.1994，4.
[4]侯文顺. 化工设计概论. 化学工业出版社. 2008,1.
[5]令箭海棠. 工业硫酸生产讲义.2009，5.
[6]陈炳和，许宁. 化学反应过程与设备. 化学工业出版社. 2007,8.
[7]曾之平，王扶明. 化工工艺学. 化学工艺出版社. 2008,1.
[8]朱化芬. 云南驰宏锌锗股份有限公司文件 曲靖硫酸厂各工段工艺流程图. 云南驰宏锌锗股份有
限公司硫酸厂. 2006,9.
冶炼烟气制酸中干燥和吸收工段
李文文
（昆明冶金高等专科学校 环境与化工学院 化工0601班）
摘要 本文主要分阐述了冶炼烟气制酸制酸工艺中的干吸工段中的各影响因素。根据相关资料与云南驰宏锌锗股份有限公司曲靖生产区硫酸车间的生产实际相结合，分析了硫酸生产工艺中影响干吸工段的重要因素。干燥系统和吸收系统是硫酸生产过程中两个不相连贯的工序。由于在两个系统中均以浓硫酸做为吸收剂，彼此需要进行串酸维持调节各自浓度，而且采用的设备相似，故在生产和设计上通常划为同一工序，称为“干吸工序”。通过研究干吸工段的各影响因素可以有效的提高二氧化硫烟气的转化率，提高三氧化硫的吸收率，减少尾气排放，对企业生产和安全环保非常重要。 关键词 冶炼烟气制酸 干燥 吸收
1引言
大部分有色金属矿都是金属硫化物，比如硫化锌、硫化铅和硫化镍等，随着有色金属工业的发展，利用冶炼烟气制酸也呈上升趋势，不仅充分利用了资源保护了环境还为企业增加了经济效益。
有色金属的冶炼分火法和湿法冶炼，湿法冶炼就是金属硫化物在高温下焙烧脱硫，把金属硫化物转化为金属氧化物和SO 2 （还有部分硫蒸气和SO 3）气体，然后把焙烧后含SO 2的烟气经过旋风收尘器、电除尘器等除尘设备除去大部分烟尘后再送往净化工段降温并进一步除去烟气中的尘、杂质和酸雾等，最后把合格的SO 2烟气送往干吸工段和转化工段制成成品酸，该流程的主要特点是连续作业性较强，产生的烟气中SO 2浓度比较稳定，一般在6~8.5%，转化系统比较稳定。火法冶炼就是金属硫化物在高温下脱硫焙烧，使金属硫化物转化为金属氧化物和SO 2 （还有部分硫蒸气和SO 3）气体，该流程包括熔炼、排放和排渣等几个过程，该流程的主要特点是间断作业性较强，所以产生的SO 2烟气中SO 2浓度不稳定，一般在2~10%，转化系统很不稳定。
冶炼烟气制酸一般分为四个工段：净化、干燥、转化和吸收，其中干燥和吸收的联系十分紧密，所以合称干吸工段。干吸工段对整个制酸工艺起着十分重要的作用，它不仅关系到产品的产量、质量而且还影响环境安全。本文利用相关资料结合生产实际对干吸工段的主要影响因素进行了论述。
2干吸工段工艺流程
2.1干吸工段工艺流程图
Ⅲ热交换器(管内)
（注：[8]朱化芬. 云南驰宏锌锗股份有限公司文件 曲靖硫酸厂各工段工艺流程图. 云南驰宏锌锗股
份有限公司硫酸厂. 2006,9.）
2.2工艺及设备简述
所谓的“两转两吸”工艺就是，炉气进行一次转化、一次吸收后、再进行第二次转化和第二次吸收。
采用两次转化工艺时，催化剂转填段数以及其在前后两次转化的分配与最终转化率、换热面积大小有很大关系。流程的特征，可采用第一、二次转化段数和含SO 2气通过换热器的次序来表示。例如：3+1，Ⅲ、Ⅰ-Ⅳ、Ⅱ流程，是指第一次转化用三段催化剂，第二次转化用一段催化剂；第一次转化前，含SO 2气体通过换热器的次序为：第Ⅲ
换热器（指冷却从第Ⅲ段催化剂床出来的转化气用的换热器），第Ⅰ换热器；第二次转化前，含的SO 2气体通过换热器的次序为第Ⅳ换热器，第Ⅱ换热器。此外常见的还有3+1，Ⅳ、Ⅰ-Ⅲ、Ⅱ等流程。现在，一般有“2+1”、“ 3+1”、“ 2+2”、“ 3+2”等组合方式，国内外多采用“3+1”组合方式。这种方式，气体进入第一吸收塔（中间吸收塔）后，由于经过三段转过三段转化，在塔中将会有更多SO 3从系统中移去，如果第二次转化反应温度足够低，则可以获得稍高的最终转化率。
吸收主要设备有：吸收塔、循环酸槽、酸泵以及酸冷器等，这些设备同干燥系统的设备在功能与结构上都相近，其中吸收塔类型同干燥系统。
干燥-吸收系统所用酸冷器可以分为管壳式、淋洗式、螺旋板式和板式等。 带阳极保护的酸冷却器用于干吸工序浓硫酸的冷却，采用固定管壳式结构，壳侧走酸，管侧走水，冷却介质用工业循环冷却水。阳极保护管壳式浓酸冷却器的主材质是316L 不锈钢，壳体用314不锈钢，并附阳极保护装置.
浓硫酸冷却器位于塔与酸循环为之间，泵的入口之前。由于浓硫酸冷却器的酸是借重力流动克服阻力，这类流程只适宜用阻力小的酸冷却器。如排管冷却器，而难以采用流速高、传热系数高，阻力大的板式或管壳式磋冷却器。由于需要依靠液位差克服管道、阀门、酸冷却器的阻力，因此塔要放在较高的平台上。
泵后冷却流程。即酸冷却器位于泵和塔之间，泵出口之后。浓硫酸冷却器是加压操作。此类流程特别适合采用板式换热器和管壳式酸冷却器的场合。由于酸流速提高，可增大传热系数，从而节省传热面积，近年的设计多选用板式或管壳试酸冷却器，故都采用此两种流程。
工业上较普遍采用的除雾、沫设备有纤维除雾器和金属丝网除沫器。
纤维除雾器可以捕集3μm 的雾沫。在硫酸工业中，丝网除沫器用于干燥塔出口气体的捕沫效果很好，但用于吸收塔出口气体的除雾沫效率不太高。纤维除雾器专门用于捕集吸收塔出口气体的酸雾。纤维除雾器只适应于对清洁气体的除雾。
金属丝网除沫器是一种压降较低、效率较高的气液分离设备。在硫酸工业中已广泛应用作干燥塔上的捕沫设备。（注：[6]陈炳和，许宁. 化学反应过程与设备. 化学工业出版社. 2007,8. ）
3炉气的干燥
二氧化硫烟气干燥的工艺流程为：从电除雾来的二氧化硫气体从干燥塔的下部进入干燥塔，同时，从干燥塔的顶部喷淋适量密度的93%的干燥用硫酸，气液两相在塔内的填料表面进行充分接触并传质和传热，在两相充分接触时，由于浓硫酸具有强吸水性，干燥酸将气体中的水分充分吸收。经过干燥后的气体被风机送往转化工段。
3.1酸雾和酸雾的形成原因
酸雾就是硫酸分子在气相中达到硫酸蒸气的过饱和现象，看似像雾一样。酸雾的
形成原因主要是SO 3与气相中的水蒸汽迅速结合，生成硫酸分子，由于来不及溶解在水里，在气相中发生硫酸蒸气的过饱和现象而凝成酸雾，酸雾比硫酸分子大得多，且悬浮在气相中。从酸雾的形成原因可知，酸雾要形成必须具备两个条件：首先是要有SO 3气体，其次是有水蒸汽。酸雾形成的因素比较复杂，主要是取决于SO 2烟气的干燥和SO 3
的吸收。
3.2响炉气干燥的主要因素
3.2.1炉气温度和含水量
炉气经过干法除尘、稀酸洗涤降温和电除雾器除雾以后，尘、氟、砷等杂质一般均达到了规定指标，但炉气中的水分却增加了，一般达到了饱和状态。炉气中水分含量与炉气温度有关，温度越高其水分含量就越多。
干燥塔进口气体温度，℃
[***********]
图一 干燥塔进口气体温度最高允许温度
[**************]20
二氧化硫浓度，%
（注：[1] 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等. 硫酸工作手册. 东南大学出版社，1992,7. ）
在生产中进入干燥塔的允许最高气体温度，是由干燥—吸收酸系统水平衡所决定的。在炉气二氧化硫浓度为80%的情况下，炉气干燥塔温度不得超过40度。在实际操作中下一般要控制在38度以下。（注：[1] 刘少武，齐焉，刘东，刘冀鹏等. 硫酸工作手册. 东
南大学出版社，1992,7.)
结合我车间生产实际情况，烟气中SO 2平均浓度为8%，成品硫酸浓度为98%，结合图一（见图一）可查得最高允许温度为38℃，为使经干燥后的烟气含水量＜0.1 g/Nm3，我们要求干燥塔入口烟气温度≤35℃。
3.2.2干燥所用的硫酸浓度和温度
一般根据四个因素来确定干燥炉气用的硫酸浓度和温度：①硫酸液面上的水蒸气分压要小，保证干燥后的炉气含水量小于0.1g/Nm3；②在干燥过程中尽量少产生酸雾或不产生酸雾；③在干燥过程中对水的吸收速度要快，需要的吸收面积要小；④对SO 2气体溶解要少，尽量减少炉气中二氧化硫的损失。
3.2.3干燥酸浓度和温度的选择
硫酸液面一般有水蒸汽、硫酸蒸气和SO 3等三个组分。组分的含量通常以其蒸气压的高低或以g/Nm3来表示。这三个组分的多少，主要与硫酸浓度和温度有关。干燥酸浓度低于85%，在100℃以下，硫酸液面上的硫酸蒸气和SO 3很少，实际上可认为只存在水蒸汽，干燥酸浓度超过85%以后，随着浓度的升高，硫酸蒸气的含量逐渐增加，水蒸汽的含量在逐渐减少。硫酸液面上的SO 3，要待干燥酸浓达到94%时，温度在100℃下，才有少量。
表一 硫酸液面上的蒸汽分压
从表一（见表一）可以看出，干燥酸的浓度应取90%以上，干燥酸温度应比60℃低得多才行。当干燥酸浓度达到98.3%，干燥酸温度在60℃，水蒸汽分压为0.027 Kpa，在干燥酸浓度大于98.3%的硫酸液面上几乎没有水蒸汽存在，只有硫酸蒸气和SO 3。因此从水蒸汽分压越小则吸水性越强这点来看，希望干燥酸浓度越高越好。另外，干燥酸浓度对烟气的干燥速度也有一定的影响，由于硫酸液面上的水蒸汽分压随着干燥酸浓度的增加而降低，所以干燥酸浓度越高，干燥烟气中水分的推动力就越大，干燥水分的速度就越快。若所需干燥水分的数量一定，速度快就可以减少干燥塔内填料的面积。下表列举了为SO 2浓度在7%，空塔速度0.6m/s，喷淋密度在12m 3/（m 2·h ）条件下，每小时产1t 硫酸，干燥塔所需要的拉西环填料总表面积（m 2）与硫酸浓度的关系。
表二 浓度与填料便面积的关系
表二（见表二）可以看出，当硫酸浓度低于93%时，所需填料面积随干燥酸浓度的升高明显降低，当浓度高于93%以后，干燥酸浓度提高所需填料面积减小的幅度就不大了。总的来说干燥酸浓度越高，所需填料面积就越小。但是，干燥酸浓度越高，硫酸液面上的硫酸蒸气分压就越高，就越容易产生酸雾，而且产生的酸雾粒子越细。同时干燥酸温度越高形成的酸雾就越多，从理论上推算，湿烟气进入干燥塔底部与硫酸蒸气混合，露点约在150℃左右，而烟气和干燥酸的温度都远低于这一温度，所以硫酸蒸气在干燥塔底部几乎全部形成酸雾。因此干燥酸浓度越高，温度越高，硫酸蒸气含量就越多，产生的酸雾就越多越细，如表三所示（见表三）：
表三 干燥酸浓度、温度和产生酸雾之间的关系
其次，在干燥酸浓度＞93%以后，浓度越高，温度越低，溶解的就越多SO 2就越多，随着干燥塔的循环酸一起带出的SO 2就越多，损失的SO 2就越多。所以一般工厂都把干燥烟气的干燥酸浓度定为93%，入塔干燥酸温度控制在35℃～45℃之间。此种酸的结晶度比较低，为-27℃，对冬季的硫酸生产、运输和贮存很有利，这也是选用干燥酸浓度为93%的原因之一。此外，当采用阳极保护酸冷器时，干燥酸浓应在93%～96%范围之内，浓度高一些，避免发生腐蚀。
为了保证干燥效率和控制酸雾的生成量，出塔酸浓度笔进塔酸浓度降低的范围一般控制在0.3%-0.5%，酸温升高10℃左右。
此外， SO 2在85%的H 2SO 4中的溶解度最低，＞85%的H 2SO 4 ， SO 2的溶解度随H 2SO 4浓度提高而增加；其次干燥酸浓度越高，串酸量越增大，随干燥酸一起串入吸收塔随同成品酸带走的SO 2就越多，损失的SO 2就越多。损失的SO 2一部分通过向吸收塔串酸解吸到尾气中，增加了尾气中的SO 2含量。为了减少的SO 2损失，需增加串酸脱吸塔，将串往吸收循环槽的干燥酸在脱吸塔中用空气脱出干燥酸中溶解的SO 2 ，从脱吸塔出来的气体送到干燥塔入口。（注：[3]南京化学工业（集团）公司设计院. 硫酸工艺设计手册. 化工部硫酸工业信息站出版.1994，4. ）
3.3双膜理论
3.31双膜理论的定义
在气液两相接触时其间存在着界面，界面双方又分别存在着一层稳定的气膜和液膜，一切质量和热量的传递必须克服气膜和液膜阻力后才可以进行，这就是我们所称的双膜理论。（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ） 3.3.2双膜理论的特点：
（1）相间质的传递，是以分子扩散方式通过两层膜进行的。在炉气洗涤、干燥和吸收作业中，气体或气体中某些组分通过气相主体以对流的形式扩散到气膜，然后以分子的扩散形式通过气膜到双膜界面而溶解于液膜，然后又以分子的扩散形式通过液膜，
再以对流扩散的方式传递到液相主体。
（2）传质速度主要取决于传递的组分在气膜中的分压和液膜中的浓度，在气膜组分分压越高，液膜中组分浓度越低，传质推动力就越大，传质速度越快。反之，传质速度越慢
（3）在气液两相的主体中，对流扩散的阻力比分子扩散的阻力小得多，因此传递的阻力主要集中在两种膜上。所以传质的速度决定在两膜中的扩散速度。用液体吸收气体的速度又主要取决于气体通过气膜的扩散速度。
（4）两膜的扩散速度与双膜的厚度成反比。流速加快，双膜变薄，更新快。也就是说提高流速由于流体流动使湍流层变薄和不断更新，有利于传质。
（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ）
根据“双膜理论”，我们在实际生产过程中可以从以下三方面着手，强化传质过程。 首先，提高气液流动速度，使气膜和液膜变薄，更新快，有利于传质过程的进行。但流速过快，流体阻力随之增大，而且还会出现乳化和液泛现象 其次，增大气液接触面积，即一方面要注意选择表面积大、流体力学性能好的填料，如将拉西环改为矩鞍形环和阶梯环等。另一方面还要注意改进设备结构（因气液两相有稳定的界面，气液间接触面积的大小，主要由设备由设备结构决定），例如将填充塔改为泡沫塔等。
第三，增加喷淋密度或改善喷淋状况，提高填料的润湿率，增加有效的接触面积。但要注意防止由此引起的阻力过大和带沫的现象，更要注意不能发生液泛现象。
3.4炉气干燥的指标
假定干燥后的残存水分全部变成酸雾，可算出最大的酸雾生成量（见表四）。
表四 干燥后炉气中不同水分含量时可能生成的最大酸雾量
炉气中水分含量不同，经转化后硫酸蒸汽的露点就不同（见表五）。
表五 不同水分含量下转化后气体中硫酸蒸汽的露点
为减轻炉气对鼓风机、冷热交换器和三氧化硫冷却器等设备的腐蚀，国家规定炉气干燥指标为水分含量不超过0.1 g/Nm3。
3.5干燥工段常见异常情况及处理措施
3.5.1干燥酸泵突然跳闸 原因分析：
（1）外部供电故障；
（2）本系统或本岗位电器故障引起的停电；
（3）雷击或其他不可抗拒因素所引起的跳闸；
处理措施：
（1）立即关闭串酸阀； （2）联系沸腾炉和艾萨炉主控停止进料并降低3K 风机导叶开度和关闭补氧阀，必要时打开串气阀串气；
（3）联系电工查明原因，确认不是断电造成干燥酸泵跳闸，立即联系巡检工调节相关阀门启动备用泵；如果确认是断电造成干燥酸泵跳闸，立即查明原因及时处理，迅速排除故障；
（4）检查循环槽有无漫酸等异常现象，如有漫酸清理现场残酸；
（5）待供电正常后按正常开车步骤将本岗位干燥酸泵开起来并观察运行情况； 3.5.2干燥循环槽漫酸 原因分析：
（1）操作事故，操作工阀门调节不当导致干燥循环槽漫酸； （2）液位计失灵不能正确及时反馈干燥循环槽的液位，或因液位计反馈信息错误，导致员工误操作造成干燥循环槽漫酸；
（3）串酸阀失灵或损坏，影响正常操作；
（4）循环槽液位控制较高，当泵出现故障或突然停电时塔和酸管内的酸回到循环槽内发生漫酸；
处理措施：
（1）立即关闭吸收酸串干燥循环槽的阀门，防止进一步漫酸；
（2）查看地坑液位，及时排走地坑内的污酸，避免外漏造成污染事故；
（3）关闭吸收循环槽的加水阀，根据吸收酸的浓度适当增大干燥串吸收的阀门开度，降低干燥循环槽的液位，同时注意吸收循环槽的液位； （4）查明漫酸原因，及时处理； （5）清理地面残酸；
3.5.3干燥塔酸浓提不起来 原因分析：
（1） 进干燥塔炉气温度高含水多； （2） 气体带液；
（3） 炉气中二氧化硫浓度低； （4） 98%硫酸串入量少； （5） 加水过多。 处理措施：
（1） 检查炉气中二氧化硫浓度的变化； （2） 检测各部位气温的变化；
（3） 关闭加水阀，检查串酸量是否适当；
（4） 分组停用冷却设备的冷却水，检查冷却设备在走水的一面有无酸液流出； （5） 若经上述检查仍找不出原因时，还须检查其他地方是否有漏水漏入循环系
统，查出毛病后，视具体情况进行处理。
4三氧化硫的吸收
从转化工段来的三氧化硫气体从吸收塔的下部进入吸收塔，与塔顶喷淋的98.3%的浓硫酸进行接触, 在接触的过程中，三氧化硫溶于浓硫酸，随着酸从吸收塔底部流出，部分进入吸收循环槽，部分被作为成品酸输往成品中间槽。
4.1SO 3气体的吸收原理
SO 3被浓硫酸吸收后与其中的水化合成硫酸，其反应式为： n SO3+H2O →H 2SO 4+(n-1) SO3+89247 J
由此反应可知，随着SO 3与水比例的改变，可以生成各种浓度的硫酸。若n ＞1，则生成发烟硫酸； n=1，则生成无水硫酸； n ＜1，则生成含水硫酸。
事实上，气体中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收气体中超过与硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超过的越多，吸收过程的推动力就越大，吸收速度就越快。
4.2影响SO 3气体吸收的主要因素
影响SO 3气体吸收的主要因素有硫酸的浓度、吸收温度、循环酸量、设备结构和气速等。
4.2.1硫酸浓度的影响
从SO 3气体吸收反应方程式中可以看出，吸收SO 3似乎可以用水，同时SO 3又能溶解在任何浓度的硫酸水溶液中。因此，从单纯完成化学反应的角度来看，水和任意浓度的硫酸，都可以作为SO 3的吸收剂，实际生产中要求对SO 3的吸收要快，要完全，不生成或尽量少生成酸雾，要好保证能够得到一定浓度的硫酸产品。所以用水或稀硫酸显然是不适合的，只有用浓硫酸吸收SO 3才能达到以上要求，而且以98.3%为最好。因为当浓度高于98. 3%时，以98. 3%的硫酸液面上的水蒸汽平衡分压最低。浓度低于98. 3%时，以98. 3%的硫酸液面上的SO 3分压最低。选择浓度为98. 3%的硫酸作为吸收剂，兼顾了这两个特性，在此浓度下，大较部分SO 3气体能直接穿过界面与酸液中的水分结合生成硫酸，极少部分SO 3气体在气相中与水蒸汽反应生成硫酸蒸气后再进入酸溶液中。当吸收酸浓度低于98. 3%时，硫酸液面上的水蒸汽含量随硫酸浓度的下降而增加。SO 3气体与这种浓度的硫酸接触时，除直接被吸收的以外，还有相当一部分SO 3气体与水蒸汽结合生成硫酸蒸气，由于水蒸汽不断与SO 3气体反应，气相中水蒸汽含量将不断减少，气相中水蒸汽分压就会比硫酸液面上的水蒸汽平衡分压还要低，因此硫酸中的水分就会不断蒸发。又因水的蒸发速度大于硫酸蒸气的吸收速度，故气相中硫酸蒸气的含量将逐渐增多。甚至会超过平衡含量，引起硫酸蒸气的过饱和现象，如果过饱和度超过临界值，硫酸蒸气将会凝结成雾。酸雾颗粒是一种比硫酸分子大得多的悬浮粒子，运动速度比硫酸分子慢，不易穿过界面进入酸液而被气体带走。带有酸雾的气体排入大气中，就能见到烟囱冒白烟。
4.2.2吸收温度的影响
影响吸收温度的主要因素是酸温和气温。 任何浓度的硫酸随着酸温的升高，液面上的三氧化硫、水蒸汽和硫酸蒸气的平衡分
压都相应增加，这对吸收过程来说在进塔气体条件不改变的情况下，随着酸温的不断升高，吸收推动力越来越小，吸收率越来越低，与酸浓度升高一样，酸温无限制的升高也会出现液面上三氧化硫的平衡分压和进塔气体中的三氧化硫分压成为相当的状态，这使三氧化硫的吸收过程停止，吸收率等于零。（见表六）
表六 酸温与停止吸收时气相SO 3（%）的关系
当浓硫酸的温度升高至某一数值时，水自其中蒸发的速度将达到足以使水蒸气和气相中全部的三氧化硫结合而转变成酸雾，使得吸收过程终止。硫酸停止吸收三氧化硫时的温度如下表（见表七）：
表七 浓硫酸吸收三氧化硫过程停止的温度℃
因此，三氧化硫的吸收是否完全，在很大程度上决定于吸收过程的温度，又主要取决于硫酸的温度。温度越低，则吸收过程进行的越完全，吸收率越高。
考虑到气体中的三氧化硫冷凝成酸雾，为保持酸温需要庞大冷却水设备等因素，酸温也不宜过低。
生产中，三氧化硫在塔内被吸收的过程是绝热进行的，气体带入塔内的热量，吸收反应热等都使得出塔酸温升高。随着吸收三氧化硫过程的进行，酸温将越来越高，必然引起吸收率下降甚至吸收完全停止。所以生产上必须使进塔酸通过冷却器降温。
影响吸收温度的另一个因素是进塔气温。从气体吸收的情况来看，进塔气温控制的低一些对吸收有利。但对三氧化硫来讲，它是有限度的，进塔气温不能太低，原因有两点：①需增大气体冷却设备和动力消耗；②低于含三氧化硫湿气体的露点温度时会产生酸雾，引起吸收率下降并造成烟害和腐蚀设备。
实践证明，适当提高进塔气体温度，非但不会降低吸收率，反而对吸收有利。 总的来说，为了达到较高的吸收率，必须在操作上对影响吸收温度的因素实行控制。通常的办法是：①调节进塔气体温度；②调节进塔酸温；③调节喷淋酸量。目前一些生产厂家将进塔酸温多数控制在60℃左右，进塔气体温度多数控制在160℃左右，出塔酸温小于80℃，出塔气温为65℃左右。
4.2.3循环酸量的影响
为了较完全地吸收三氧化硫，必须有足够数量的循环酸做吸收剂，数量过多或过少都是不适宜的。若酸量不足，在吸收过程中，酸的浓度和温度增加的幅度就会很大，当超过规定的指标后，吸收率就下降。吸收设备采用填料塔时，循环酸量不足，填料表面不能充分湿润，传质状况会显著恶化；当采用泡沫塔吸收时，循环酸量不足会引起筛板布酸不均匀及泡沫层高度变低，是传质状况变坏。循环酸量过多同样对提高吸收率无益，而且还会增加流体阻力，增大动力消耗，还会造成带酸和液泛现象。所以，要控制适量。
生产上控制循环酸量的方法，一般是控制泵的电流数或酸计量器的计数范围。我国目前采用的循环酸量的范围如下表所示（见表八）：
表八 各吨位系统的硫酸循环量
4.2.4气体流速的影响
所谓气体流速是指在单位时间内气体通过塔截面的速度，单位为m/s，又称为空塔气速也称操作气速。不同塔型的操作气速是不同的，采用填料塔时，操作气速由所选的填料性能决定，一般为0.8--1.4 m/s，采用矩鞍形填料或阶梯环填料时，可以提高到
1.8 m/s左右。在正常生产条件下不要超过规定的操作气速范围，若超过了，除引起夹带酸沫增大动力消耗外，还会造成吸收率下降，严重时会产生液泛现象，造成气体大量带液。气速对三氧化硫吸收过程的影响，从定性上讲硫酸对三氧化硫的吸收速度是随气体速度的增加而增加的。所以采用较高的气体流速来操作，不但对吸收过程有利而且可使塔体缩小。
5. 干吸工段的控制指标
(!)循环酸浓度 干燥酸：94.0%-95.0%；吸收酸：98.0%-98.5%
(2)入塔酸温度 干燥酸：≤50℃；一吸塔：≤82℃；二吸塔：≤82℃
(3)气体入塔温度 干燥：≤38℃；一吸塔：≤209℃；二吸塔：≤204℃
(4)鼓风机出口水分：≤0.1g/Nm3
3(5)SO2风机出口酸雾：≤0.005g/Nm
(6)吸收率：≥99.95%
(7)出塔酸温： 干燥酸：≤70℃；一吸塔：≤112℃；二吸塔：≤98℃
（注：[2]（日）硫酸协会编辑委员会. 硫酸手册. 化学工业出版社,1982,12. ）
6. 结论与讨论
从减少水蒸汽含量考虑，硫酸浓度越高对干燥越好，且达到98.3%时，液面上几乎没有水蒸气。但是，由于当硫酸含量高于94%后，硫酸液面上的硫酸蒸汽、SO 3蒸汽增多，将与炉气中的水分生成酸雾，而且硫酸含量约高，温度越高，生成的酸雾就越多。其次，在硫酸含量高于86%以后，溶解的SO 2也随之增多。当干燥酸作为产品酸引出或者串入吸收系统循环酸槽时，SO 2也随着被带走，引起SO 2损失。因此，综合考虑以上因素，干燥酸以93%~95%比较合适，并且具有结晶温度比较低的优点，可以避免冬季低温
下，因结晶带来操作和储运上的麻烦。
影响SO3气体吸收的主要因素有硫酸的浓度、吸收温度、循环酸量、设备结构和气速等。应选取98.3%的浓硫酸作为吸收剂，吸收温度应在60度左右，还应选取合适的循环酸量和设备以及气速等
7. 致谢 本文从选题的确定，论文的写作、修改到最后定稿得到了我的指导老师叶文淳老师和班主任张凤霞老师的悉心指导。特别是叶老师，她多次询问写作进程，并为我指点迷津，帮助我开拓思路，精心点拨，热忱鼓励。她严肃的教学态度，严谨的治学精神，精益求精的工作作风深深地感染和激励着我。在此，谨向帮助我顺利完成论文的老师们致以诚挚的谢意和崇高的敬意。
此外，还要感谢在大学三年中帮助我的人，感谢环化学院学院众老师在学习上的点拨，感谢班主任老师在生活中的关心和帮助。同时, 也要感谢在论文写作过程中，帮助过我、并且共同奋斗三年的大学同学们！能够顺利完成论文，是因为一路上有你、有你们，再次衷心地感谢所有在我论文写作过程中给予过我帮助的人们，谢谢！
Metallurgical acid drying and absorption in the section
liwenwen
(Kunming Metallurgy College The department of Environment and Institute of Chemical Technology
The Chemical industry 0601)
Abstract This article mainly on metallurgical acid acid drying and absorption process of the section factor. Relevant information in accordance with Yunnan Chihong Zinc and Germanium Co., Ltd. Qujing production areas of the production of sulfuric acid plant reality, an analysis of the impact of the production process of sulfuric acid drying and absorption section of the important factors. Drying system and absorption system is the process of sulfuric acid production is not consistent with the two processes. Because the two systems are concentrated sulfuric acid as the absorbent, the need for each other to maintain regulation of the respective string of acid concentration, and used similar equipment, so in the production and design are usually classified as the same process, known as the "process of drying and absorption" . Section by studying the drying and absorption of the impact of factors can increase the effective conversion rate of sulfur dioxide gas to enhance the absorption rate of sulfur trioxide to reduce emissions of environmentally friendly production and security is very important.
Key words Metallurgical acid Dry Absorption
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