无机化工生产技术

的而出，就至羽酒唐旎

HunanChemicalVocationalTechnologyCollege

教育部高职高专规划教材

《无机化工生产技术》

主编：郑广俭张志华

课程名称：无机化工生产技术

教师姓名：李平辉

适用班级：化工0817/18

教研室：化工系化工教研室

上课时间：2010年3月〜2010年7月

二O-O年七月

《无机化工生产技术》课程

教学设计方案•页

本次课标题：认识无机化工

授课班级化工0817/18班

授课时间第1周/第1次

授课地点主307主要教学方法任务驱动法课型理实

课业内容无机化工的地位、作用和发展趋势

训练任务无机化工产品的发展趋势

知识技能态度

认识典型无机化工产品掌握无机化工产品生产建立工程技术观念；培养团队合作精

教学目标

合成氨、硫酸、烧碱等的学习方法。具有分析神，认真钻研，勤于思考的学习态度；

的生产方法与原理。和解决问题的能力。建立无机化工生产的安全、环保意识。

教学重点本课程的性质、任务和内容教学难点课程的学习方法

多媒体、教材与图书、网络

参考文献

[1]陈五平.无机化工工艺学（上）（第三版）[M].北京:化学工业出版社,2002

[2]陈五平.无机化工工艺学（中）（第三版）[M].北京:化学工业出版社,2001

教学资源

[3]陈五平.无机化工工艺学（下）（第三版）[M].北京:化学工业出版社,2001

与工具

[4]张子峰.合成氨生产技术[M].北京:化学工业出版社,2006

[5]李平辉，田伟军.合成氨原料气生产[M].北京:化学工业出版社,2009

[6]李平辉.合成氨原料气净化[M].北京:化学工业出版社,2010

[7]李平辉.氨合成的生产[M].北京:化学工业出版社,2010

时间分配

教学步骤教学设计

（min）

教师讲解

无机化工的性质、内容与任务

化工生产技术，系指将原料物质主要经过化学反应转变为产品的方法和

知识引入

过程，包括实现这种转变的全部化学的和物理的措施。35

与认知

无机化工生产技术研究的主要内容是合成氨、化学肥料、硫酸、硝酸、

纯碱、烧碱等典型的无机化工产品的生产工艺技术，包括产品的原料、生产

方法、生产原理、工艺条件、工艺流程、主要设备及操作控制等。

%峦出，廉疗在的川枕

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案3页

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

学生讨论

1、典型无机化工产品的地位、现状及发展趋势

①合成氨工业

②化肥工业

③硫酸工业

任务实施35

④氯碱工业

⑤其它无机化工产品

2、本课程的学习方法

学生发言

小组代表整理小组意见，进行发言

学生讲解、互评

由考核结果最优秀的小组代表展示小组成果

学生对优秀小组的成果进行评价

成果展不

教师评价20

及评价

评价学生对无机化工产品生产的发展趋势的叙述

总结

老师对能完成上述任务的重点步骤、难点问题进行疏导、总结

作业布置每一位同学写一篇关于合成氨节能减排技术方面的文章！

让老或了解无机化工幺产技术的是义，无机化工产品的今类，理卷麻系

实际辂合我国无机化工行业合折目嗡的现状与发展超势。考幺的考灯积板榴

课后小结簌方，徼多数累较四。老文的表达惋力迷1稗加强，引导当々如何去交投相

与体会关资科。

说明，本穗程为考锹锦。

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案工页

本次课标题：了解合成氨生产状况

授课班级化工0817/18班

授课时间第1周/第2次

授课地点主504主要教学方法任务驱动法课型理实

课业内容合成氨生产状况

训练任务氮肥行业生产的主要工艺方案设计

知识技能态度

了解不同原通过不同流程的比较，掌握生产工艺培养学生理论联系实际的品质；培

教学目标料生产合成流程组织的原则，并初步建立合成氨养学生敏锐的洞察力；激发学生的

氨的工艺流生产。具有分析和解决问题的能力，兴趣和主动学习合成氨生产工艺

程。较强安全生产和节能减排的意识。的态度。

教学重点合成氨生产工艺流程教学难点合成氨生产工艺流程

教学资源多媒体、教材与图书、网络

与工具挂图：合成氨生产总工艺流程图

时间分配

教学步骤教学设计

（min）

教师讲解

合成氨的生产，首先必须制取含氢和氮的原料气。氮气来源于空气可以

分离空气得到，也可以在制氢过程中加入空气，直接利用其中的氮。氢气的

知识引入

主要来源是水和碳氢化合物中的氢元素，以及含氢的工业气体。10

与认知

原料•：常用原料包括固体原料（煤、焦炭）、液体原料（石脑油、重油

等）、气体原料（天然气、焦炉气等）；

生产过程：原料气的制取、原料气的净化、原料气的压缩与合成。

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教学设计方案」页

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

学生讨论

一、各种原料制氨的典型工艺流程

1.以煤为原料的合成氨流程

任务实施

45

(-)

2.以天然气为原料的合成氨流程

3.以重油为原料的合成氨流程

二、合成氨生产工艺特点

合成氨生产具有传统产业和现代技术的双重特征，其工艺有如下特点:

①能量消耗高

②技术要求高

③高度连续化

④生产工艺典型

学生发言

小组代表介绍工艺流程和整理小组意见，进行发言

三、中国合成氨工业发展概况

1.建国前的情况

在20世纪30年代开始的，全国年产量不到1万吨。

2.建国后的情况

任务实施基于农业的迫切需要，我国的合成氨工业得到了快速发展。

(-)原料由单一的焦炭发展到煤、天然气、焦炉气、石油炼厂气、轻油和重

油等多种原料制氢。具有因地制宜特点的我国小型合成氨工业，经过多年的

改进，工艺日趋完善，能耗也有明显降低。

经过50多年的努力，我国已拥有多种原料、不同流程的大、中、小型合

成氨工厂550余个。中国合成氨产量：1980年1498x10%「90年2129x10%,

%峦出，廉疗在的川枕

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案工页

仅次于前苏联名列世界第二。1994年2442x10、2007年已超过SOOOxiol

从1994年后中国合成氨产量一直位列世界第一。

3.氮肥行业的节能减排

2006年8月国务院下发了《关于加强节能工作的决定》，要求将“十一五”

节能目标逐级分解，落实责任，重点行业主要产品能耗总体要达到或接近本

世纪初国际先进水平。为了落实“十一五”节能目标，国家发改委还制定发

布了《千家企业节能行动实施方案》，千家企业是指钢铁、有色、煤炭、电力、

石油石化、化工、建材、纺织、造纸等9个重点耗能行业规模以上独立核算

企业，其中有16.4%的是氮肥企业。

四、合成氨工业发展趋势

合成氨装置将继续朝着大型化、集中化、自动化、低能耗与环境友好型

的方向发展，并形成具有一定规模的生产中心，单系列合成氨装置的能力将

从1000~1350t/d提高至1500~2000t/do

学生讲解、互评

由考核结果最优秀的小组代表展示小组成果

评价学生对氮肥行业所应该采取生产的综合分析、生产过程的可行性

成果展示

教师评价10

及评价

评价学生对氮肥行业所应该采取生产的综合分析、生产过程的可行性

总结

老师对能完成上述任务的重点步骤、难点问题进行疏导、总结

作业无

JL肥行业是属于"三方”行业，如何实现安全々产、储洁或产制节似减挑，

课后小结

提裔全行业的经帝致我。今折日嘀京肥行业所面博的词•&及反采取的对策。

与体会

数导致累回/

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教学设计方案工页

本次课标题：煤气化

授课班级化工0817/18班

授课时间第2周/第1〜2次

授课地点主306〜主307主要教学方法任务驱动法课型理实

课业内容煤气化的原理、生产工艺

训练任务煤气化方案设计及煤气化工艺流程分析

知识态度

技能

了解煤气化的方法与煤气的建立工程技术观念；培养学

能熟悉煤气化的工艺条件选

种类，掌握煤气化的基本原生严谨的工作态度；培养学

择。掌握间歇式煤气发生炉

理及工艺条件分析。掌握煤生理论联系实际的品质；培

教学目标的生产操作控制，指导实际

气化的工艺条件选择及工艺养学生敏锐的洞察力；培养

生产。具有分析和解决问题

流程；间歇式制气的工作循学生严格执行规程的素质。

的能力，较强安全生产和清

环及五个阶段、原始开车的建立化工生产的安全、环保

洁生产的意识。

基本步骤。意识。

煤气化的基本原理与间歇式生产的煤气化的基本原理、间歇式生产半

教学重点教学难点

工艺流程水煤气的工作循环与生产操作

教学资源多媒体、教材与图书、网络

与工具挂图：造气工艺流程图

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

教师讲解

煤气化就是利用气化剂对煤炭或焦炭等固体燃料进行热加工，使其转变

为可燃性气体的过程，简称造气。气化剂主要是水蒸汽、空气及其混合气，

气化后所得到可燃性气体称为煤气，进行的气化设备称为煤气发生炉，简称

造气炉。

知识引入煤气种类：

25

与认知空气煤气：以空气为气化剂，主要成分为：N2、CO2；

水煤气：以水蒸汽为气化剂，主要成分为：此、CO；

混合煤气：以空气和水蒸汽为气化剂制得的煤气；

半水煤气：以适量空气与水蒸汽为气化剂，制得气体组分符合

(CO+H2)/N2=3.1-3.2/1的混合煤气，即合成氨原料气。

半水煤气的要求是(CO+H2)/N2=3.1-3.2/1,既要满足系统热量平衡，

又要能连续制备符合要求的半水煤气。

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教学设计方案工页

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

学生讨论

一、气化原理

1.化学平衡

(1)以空气为气化剂时，碳氧之间的反应如下所示：

C+O2=CO2+393.770kJ/mol

C+1/2O2=CO+110.595kJ/mol

C+CO2=2C0-172.84kJ/mol

C0+l/2O2=C02+283.183kJ/mol

此阶段的目的是用来提高炉温、蓄积热量为制气阶段作准备的。

任务实施(2)以水蒸汽为气化剂时，其目的是为了制备煤气，反应式如下：

45

(-)

C+H2O=CO+H2+131.39kJ/mol

C+2H2O=CO2+2H2+90.20kJ/mol

CO+H2O=CO2+H2-41.19kJ/mol

C+2H2=CH4-74.90kJ/mol

2.反应速率

C+。2=CO2

低温段属化学反应控制，升高温度反应速度加快；高温段属扩散控制，

气流速度加快则反应速度加快。

C+H20=co+H2

提高温度是加快反应速度的有效途径。

二、制取半水煤气的工业方法

生产方法：

任务实施外热法：尚处于研究阶段，目前暂未推广；

20

(-)富氧空气连续气化法：既可满足热平衡，又可连续制气，但对设备及操

作要求高；

蓄热法：又称间歇式制气法，中小型氨厂普遍应用，本节重点介绍。

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教学设计方案上页

三、间歇式生产半水煤气

1.间歇式生产半水煤气的工作循环

工业上间歇式生产半水煤气是在煤气发生炉内进行的。块状燃料由顶部

间歇加入，气化剂通过燃料层进行气化反应。

在稳定的气化条件下，燃料层大致可分为四个区域。最上部为干燥区，

煤气在此被初步冷却同时型煤被预热并烘干水分；燃料下移继续受热，释放

低分子烧类，称为干储区；接下来是气化区(包括还原区和氧化区)在此进

行气化反应；燃料层底部为灰渣区，其可用于预热空气，同时保护炉算不致

过热变形。

工作循环：理论上间歇式生产半水煤气，只须交替进行吹风和制气两个

阶段。而实际过程中由于考虑到热量的充分利用，燃料层温度的均衡和安全

生产等因素，通常分五个阶段进行。

任务实施

70

㈢

吹风阶段：空气从炉底吹入进行气化反应提高炉温蓄积热量；

一次上吹制气阶段：水蒸汽从炉底进入，主要是制气；

下吹阶段：水蒸汽从炉顶进入，主要是制气同时可调整炉内温度分布，

使其趋于合理；

二次上吹制气阶段：水蒸汽从炉底进入，置换残余煤气为下一次大规模

吹风作准备；

空气吹净阶段：回收煤气与氮气。

2.间歇式生产半水煤气的工艺条件

温度：以低于灰熔点50℃为宜，尽量在较高温度下操作；

吹风速率：In?半水煤气约消耗0.95-1.05m3空气；

水蒸汽用量：中2740炉：5〜7t蒸汽/hr；<1>2400炉：2~2.6t蒸汽/hr；

燃料层高度：应根据煤的品种及质量进行合理调整；

循环时间分配：120〜180s；

气体成分：(CO+H2)/N2=3.1-3.2/l,O2<0.5%；

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教学设计方案2页

燃料品种的变化与调节：视优质煤与劣质煤及时进行调节。

3.间歇式生产半水煤气的工艺流程

下图为UGI型工艺流程，此流程是以煤为原料的中型合成氨厂普遍采用

的生产工艺。由学生来叙述流程。

1-煤气发生炉2-燃烧室3-洗气箱4-废热锅炉5-洗气塔6-燃料贮仓7-烟囱

4.间歇式煤气发生炉一造气炉

间歇式煤气发生炉一般分为炉顶、炉体和炉底三大部分。

5.间歇式制气原始开车的基本步骤

①开车前的检查工作

②传动设备的单体试车

③系统的吹净和清洗

④系统试漏和气密性试验

⑤烘炉

⑥惰性气体置换

⑦系统半水煤气置换

学生发言

小组代表整理小组意见，进行发言

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案旦页

学生讲解、互评

由考核结果最优秀的小组代表展示小组成果

学生对优秀小组的成果进行评价

成果展示

教师评价20

及评价

评价学生对煤气化工艺设计方案的可行性

总结

老师对能完成上述任务的重点步骤、难点问题进行疏导、总结

作业P38：1、3

通过媒气化今析如何实现々产述卷，垂直介殆目嗡媒气化的新方法与新工

艺，提密老々的学灯兴趣。煤气化的艺产中有左哪听安全方面的问敢？怎样

课后小结未解决。

与体会通过企业土产的工艺流程此行今折，介稔这种方法的优缺点，如何实现节

轮戒揶和安全幺产的目标。目嗡造.芝皮产中如何优化幺产工艺过程。

数当政累招。

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案11页

本次课标题：烧类制气

授课班级化工0817/18班

授课时间第2周/第3次

授课地点主504主要教学方法任务驱动法课型理论

课业内容煌类蒸汽转化

训练任务烽类蒸汽转化工艺条件分析

知识技能态度

掌握煌类制气的基本原掌握煌类制气的生产建立工程技术观念；培养团队合作精神，

教学目标

理、工艺条件选择及工条件控制，指导实际认真钻研，勤于思考的学习态度；建立

艺流程。生产。化工生产的安全、环保意识。

教学重点气态烧类蒸汽转化法教学难点气态煌类蒸汽转化法

教学资源

多媒体、教材与图书、网络

与工具

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

教师讲解

作为合成氨原料的烧类，按照物理状态可分为气态燃和液态燃。气态燃

包括天然气、焦炉气、油田气等；液态煌包括原油、轻油和重油，这些原料

大多为石油炼制工业和基本有机合成工业的产品或副产品。烧类制气主要有

蒸汽转化法和部分氧化法。

1.天然气蒸汽转化法

天然气中甲烷含量290%,因此在讨论气态烧类蒸汽转化法时，首先从

知识引入甲烷蒸汽转化开始。

20

与认知甲烷蒸汽转化的基本原理：

CH4+H2O=CO+3H2+206kJ/mol

CH4+2H2O=CO2+4H2+165kJ/mol

CO+H2O=CO2+H2-41.19kJ/mol

副反应主要是析炭反应

CH4=C+2H2+74.9kJ/mol

2CO=C+82-172.5kJ/mol

CO+H2=C+H2O-131.4kJ/mol

%峦出，廉疗在的川枕

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案12页

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

学生讨论

2.影响因素

①温度甲烷蒸汽转化反应是可逆的吸热反应，提高温度，甲烷平衡含

量下降；反之，甲烷含量增加。实践表明，转化温度每提高10℃,甲烷平衡

含量约降低1.0%〜1.3%。

②压力甲烷蒸汽转化反应是可逆的体积增大的反应，提高压力，甲烷

平衡含量提高。当压力从L418MPa增加到3.546MPa时，甲烷平衡含量从3.5%

增加到8%,>

③水碳比水碳比是指进口气体中水蒸汽与烧类原料中所含碳的物质量

之比。在给定条件下，水碳比越高，甲烷平衡含量越低。但水碳比不可过大，

过大不仅经济上不合理，还会影响生产能力。

结论：从化学平衡角度来看，提高转化温度、降低转化压力、增大水碳

比有利于转化反应的进行。

3.烧类蒸汽转化催化剂

催化剂的组成

任务实施①活性成分：以银为最佳。50

②促进剂：银催化剂的促进剂有氧化铝、氧化镁、氧化钾、氧化钙等。

③载体：烧结型耐火氧化铝、粘结型铝酸钙等。

催化剂的还原

NiO+H2=Ni+H2O+1.26kJ/mol

4.工业生产的二段转化法

二段转化法是目前国内外大型氨厂普遍采用的方法。在一段转化炉内，

将蒸汽和天然气通入装有转化催化剂的管式炉内进行转化反应，制取一氧化

碳和氢气，所需热量由天然气在管外燃烧供给，此法也称外热法。一段转化

将甲烷转化到一定程度后，再在二段转化炉中通入适量空气进一步转化。空

气和一段转化气中部分可燃气体反应，以提供转化反应所需的热量和合成氨

所需的氮气。

工艺条件

①压力：3.5~4.0MPa。

②温度：1000℃,一、二段转化炉温差：10~30℃。

③水碳比：3.5〜2.5。

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案13页

④空间速率：1000〜2000hL

5.天然气蒸汽转化的工艺流程

6.主要设备-----段转化炉

学生发言

小组代表整理小组意见，进行发言

学生讲解、互评

由考核结果最优秀的小组代表展示小组成果

学生对优秀小组的成果进行评价

成果展示

教师评价20

及评价

评价学生对蒸汽转化工艺条件分析的程度

总结

老师对能完成上述任务的重点步骤、难点问题进行疏导、总结

作业无

由过衣人化著企业土产的工艺流存进行今布，介效这种方法的优鞅直，小

课后小结

何实现节惋成邠和安全看产的目标。

与体会

数当致累较舒。

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案14页

本次课标题：原料气脱硫

授课班级化工0817/18班

授课时间第3周/第1次

授课地点主306主要教学方法任务驱动法课型理实

课业内容合成氨原料气的脱硫

训练任务脱硫生产工艺分析与可行性

知识技能态度

掌握合成氨原将合成氨原料气脱硫工艺运用到实际中去，建立工程技术观念；勤于

教学目标

料气的脱硫方解决我国当前的大气污染问题，积极推广清思考的学习态度；建立化

法和基本原理。洁生产工艺，实现资源的可持续利用。工生产的安全、环保意识。

教学重点原料气脱硫的基本原理教学难点湿式氧化法脱硫

教学资源多媒体、教材与图书、网络

与工具挂图：汨罗金城化工的脱硫工艺

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

教师讲解

简要介绍原料气脱硫、一氧化碳变换、二氧化碳脱除和原料气精制的基

本原理、工艺条件选择及工艺流程分析，附带介绍主要设备的结构原理及操

作控制。

知识引入了解原料气净化的反应机理及动力学方程式，冷法净化与热法净化的工

10

与认知艺组合，甲醇洗及液氮洗等净化方法。

硫化物的存在形式：无机硫如H?S、有机硫如CS2、COS、RSH等；

硫化物的影响：能使催化剂中毒，能腐蚀管道和设备；

脱硫目的：脱除原料气中的有机硫和无机硫，净化原料气；

脱硫方法：按状态分有干法和湿法。

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案15页

时间分配

教学步骤教学设计

(min)

学生讨论

1.干法脱硫

采用固体吸收剂或吸附剂来脱除硫化氢或有机硫的方法称为干法脱硫。

特点：脱硫精度高、但脱硫剂难再生从而导致生产成本高。

①钻钥加氢法：

原理：在钻铝催化剂作用下，有机硫加氢转化成无机硫。反应式如下：

CS2+H2fH2S+CH4

COS+H2fco+H2S

操作条件：

温度350〜430℃

压力0.7〜7.0MPa

②氧化锌法：

原理：利用氧化锌内表面积大、硫容高的特点，能直接吸收H2s及RSH。

反应式如下：

ZnO+H2s-ZnS+H2O

任务实施

RSH+ZnOfZnS+RH+HO25

(一)2

氧化锌法具有脱硫速度快、脱硫精度高等特点，若串联钻铝加氢法则可

同时脱除有机硫和无机硫化合物。

③活性炭法：

利用活性炭具有较强的吸附作用脱硫，在活性炭层发生氧化反应、催化

氧化反应及催化转化反应。活性炭法可再生，用蒸汽加热可使硫磺升华。

干法脱硫的典型流程：学生叙述流程。

原肥『I

1-加氢槽2-氧化锌槽

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《无机化工生产技术》课程

教学设计方案16页

2.湿法脱硫

基本原理：采用溶液作为吸收剂来脱除硫化氢的方法称为湿法脱硫。

优点：吸收速率快、生产强度大、脱硫剂可再生、可回收硫磺。

缺点：脱硫精度低、运行费用高、有物料损耗。

方法：物理法、化学法、物理化学法。

重点介绍：化学法中的湿式氧化法。

湿式氧化法的基本原理：湿式氧化法脱硫包括两个过程，其一为脱硫液

中的吸收剂将原料气中的硫化氢吸收，其二为吸收到溶液中的硫化氢被氧化

生成单质硫及脱硫剂的再生过程。

以典型的脱硫方法——改良ADA法为例说明。

2.1脱硫原理

①脱硫塔中的反应

以pH为8.5~9.5的碱性溶液吸收原料气中的硫化氢生成硫氢化物。

Na2cCh+H2S=NaHS+NaHCO3

脱硫溶液中的偏帆酸钠氧化硫化氢生成单质硫，自身被还原为焦钮酸

钠。

任务实施2NaHS+4NaVO+H0=Na2V必+4NaOH+2S

3240

（-）

焦钮酸钠被脱硫液中的氧化态ADA氧化成偏钮酸钠，使其恢复氧化硫

化氢的能力，氧化态ADA呈还原态。

Na2V4O9+2ADA（氧化态）+4NaOH+H20=2ADA（还原态）+4NaVO3

②再生塔中的反应

ADA（还原态）+1/2O2=ADA（氧化态）+H20

③副反应

2NaHS+202=Na2CO3+H20

由此可见，一定要防止硫氢化物进入再生塔，必须确保其在脱硫过程中

彻底转化为单质硫。为此，脱硫塔出口设置一反应罐，使溶液停留一段时间，

保证该反应进行完全。

2.2工艺条件

①溶液的pH值：pH=8.5〜9.5

②钢酸盐的含量

表典型ADA溶液的组成/（g/L）

组成Na2CO3ADANaVO3KNaC4H4

加压法11052

常压法0.452〜31

%峦出，廉疗在的川枕

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教学设计方案17页

③温度：T=20〜30℃

2.3工艺流程

湿式氧化法脱硫工艺可根据再生原理的不同分为喷射氧化再生和高塔

鼓泡再生，喷射再生法脱硫。

2.4其他湿式氧化法脱硫方法

①楮胶法：与改良的ADA法相似，脱硫成本低、不易堵塔。

许多企业用榜胶法取代改良的A