【正文】 氣中；吸收規(guī)范：依據(jù)《大氣污染物的綜合排放國家標準》（GB 162971996）之規(guī)定，限定二氧化硫的最高排放標準為960mg/m3,%；建廠地址：湖南省長株潭地區(qū)。 物料衡算 物料衡算的緣由 （1）根據(jù)下達的任務書中所確定的方案、產(chǎn)品的的生產(chǎn)規(guī)模、年運行時間和具體的操作方法。（2）在本次設(shè)計中所涉及的主要化學反應式、投料的比例、轉(zhuǎn)化率、總收率、選擇性、催化劑的狀態(tài)以及催化劑是否能夠回收利用。（3）原料的進料方式、產(chǎn)品的輸出分離方式、每一工段的轉(zhuǎn)化率和回收率。（4）特殊化學物質(zhì)的物性參數(shù)，例如熔沸點、飽和蒸汽壓等。 衡算任務這次設(shè)計的任務為年產(chǎn)10萬噸硫酸的生產(chǎn)，生產(chǎn)方式為連續(xù)化生產(chǎn)，物料衡算的主要任務為： （1）確定硫酸的實際生產(chǎn)質(zhì)量，最終產(chǎn)品的規(guī)格和指標； （2）確定空氣和硫磺的消耗量，硫酸的最終收率；（3）確定最終的“三廢”排放量；（4）各個工段的物料衡算，并以此數(shù)據(jù)來進行主題運行設(shè)備的設(shè)計與選型；（5）制作總物料衡算表，數(shù)據(jù)可以用來完成后續(xù)的物料流程圖的繪制。 每個工段的物料衡算本次設(shè)計的任務為年產(chǎn)10萬噸硫酸的生產(chǎn)，%，因而硫酸的產(chǎn)量為：以一小時為基準，因硫磺和硫酸中硫原子的個數(shù)比為1:1。然而實際原料中，因硫磺中還含有雜質(zhì)，取硫磺的含量為96%，則所需硫磺的質(zhì)量為： 轉(zhuǎn)化工段的物料衡算在第二章中我們已經(jīng)詳細的對硫磺制取硫酸工藝過程中各個參數(shù)和物性指標都得到了優(yōu)化，現(xiàn)利用這些數(shù)據(jù)進行詳細的計算。（1） 標準通氣量,在第二章經(jīng)論證決定在轉(zhuǎn)化工段進氣組成中，二氧化硫的濃度定為9%，%，%， 。進入轉(zhuǎn)化器的氣量以一小時為基準，則有標準通氣量 進入第一段轉(zhuǎn)化器的溫度為420℃，負壓為10Kpa,則實際通氣量 爐氣成分：依據(jù)已有的生產(chǎn)經(jīng)驗，一般冷激氣體是氣體總量的16%左右?？梢杂嬎愠鰻t氣的分配表，見表32表32 爐氣的分配比氣體進轉(zhuǎn)化器一段爐氣/ Kmol冷激爐氣/ Kmol二氧化硫氧氣氮氣合計（2）物料衡算這次設(shè)計使用兩轉(zhuǎn)兩吸方案，轉(zhuǎn)化以“3+1”模式分四段進行，第一次轉(zhuǎn)化有三段，第二次轉(zhuǎn)化只有一段。通入轉(zhuǎn)化器的時候，二氧化硫的濃度為9%，%。第一段轉(zhuǎn)化率為60%，第二段為80%，第三段為90%，%。? 第一次轉(zhuǎn)化時： ? 第二次轉(zhuǎn)化時： ? 第三次轉(zhuǎn)化時： ? 第四次轉(zhuǎn)化時： 在第二次吸收時，%。出口氣體組成如表33所示表33 出口氣體組成成分表氣體二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣氣量/ kmol百分比% 吸收工段的物料衡算 1. 第一吸收塔所需工藝水及硫酸的量第一吸收塔%硫酸去第四轉(zhuǎn)化段硫酸水溶液工藝水N2 O2 SO2 SO3圖31第一吸收塔物料衡算簡圖上圖為吸收工段第一吸收塔的流程簡圖，由圖可以計算出硫酸和工藝水的用量。（1） 硫酸的使用量的計算 三氧化硫的總物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)化工段第一、第二、第三階段的產(chǎn)生的三氧化硫的總和。由反應式，則有：。%的硫酸的質(zhì)量則第一吸收塔出口處硫酸混合液的質(zhì)量為 （2）工藝水的計算設(shè)所需水的量為x,則由下式。2. 第二吸收塔所需的硫酸級工藝水的計算第二吸收塔硫酸水溶液工藝水SO2 O2 N2 SO3%硫酸放空圖32第二吸收塔衡算示意圖上圖為吸收工段第二吸收塔的流程簡圖，由圖可以計算出硫酸和工藝水的用量。（2） 硫酸的使用量的計算 三氧化硫的總物質(zhì)的量是轉(zhuǎn)化工段第一四階段的產(chǎn)生的三氧化硫的總和。由反應式，則有：。%的硫酸的質(zhì)量則第一吸收塔出口處硫酸混合液的質(zhì)量為 （2）工藝水的計算設(shè)所需水的量為x,則由下式。 物料衡算表上述各個工段的物料衡算見表34所示表34 各個工段的物料衡算匯總表進 料出 料工段物料名稱組成質(zhì)量或體積物料名稱組成質(zhì)量或體積硫磺燃燒工段硫磺96%二氧化硫9%氧氣21%氧氣21%氮氣78%氮氣78%轉(zhuǎn)化工段二氧化硫9%二氧化硫%氧氣21%三氧化硫%氮氣78%氧氣%氮氣%吸收工段工藝水硫酸混合液工藝水硫酸混合液第4章 熱量衡算 熱量衡算的依據(jù)熱量衡算主要圍繞熱力學第一定律來進行，即能量守恒定律。然而在本設(shè)計中具體計算中，還需要參照化工熱力學中的熱力學定律，以及查閱無機化學和化工工藝手冊中的物性參數(shù)等綜合來完成熱量衡算。 確定熱力學參數(shù) 熱力學參數(shù)本設(shè)計中所涉及物質(zhì)的熱力學參數(shù)見表31所示：表31 物質(zhì)的熱力學參數(shù)一覽表物質(zhì)溫度/K 298 298 298 2980 2980 298 等壓熱容各個工段的熱量衡算可以依據(jù)等壓熱容的定義式(式41)計算 （41）表42 參與反應物質(zhì)的Cp 一覽表物質(zhì)ABCD氧氣二氧化硫三氧化硫氮氣 計算依據(jù) 衡算數(shù)據(jù)在本設(shè)計中， Kmol； Kmol，由于氧氣的來源為空氣凈化車間，因此在輸送氧氣時后續(xù)工段所需要的氧氣都是在凈化之后全部先通入焚硫工段。 Kmol。（注：以上數(shù)據(jù)都是以一小時為基準） 計算過程依據(jù)在本設(shè)計中涉及到了換熱設(shè)備，其遵循平衡方程式 (42)式中： Q1——進入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量，Kj； Q2——反應過程的熱效應，Kj； Q3——離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量，Kj； Q4——加熱或冷卻設(shè)備時所消耗的熱量，Kj； Q5——裝置向外界所散失的熱量，Kj。 每個工段的熱量衡算 焚硫工段（1） Q1 的計算（進入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量） (43)通常用0℃作為反應的標準。? Cp 的計算Cp 的計算可以應用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算，經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp 見表43 所示：表43 物質(zhì)的Cp 一覽表溫度A(氧氣）B（氮氣）140℃單位為? 每種物質(zhì)所帶入的熱量的計算 計算時忽略雜質(zhì)的Q1。（2） Q2 的計算（反應過程的熱效應）焚硫工段的過程的熱效應為在焚硫爐內(nèi)的熱效應。通常以0℃為基準來進行反應過程的熱量衡算。在反應過程中難免會有副反應的發(fā)生，然而副反應的存在對整個過程的熱量衡算來說幾乎可以忽略不計。每次都只計算主反應的熱量，對于副反應則忽略。查化學工程手冊可以得到在25℃時各個物質(zhì)的生成焓見表44所示表44 物質(zhì)的生成焓一覽表溫度A（硫磺）B（氧氣）C（二氧化硫）25℃0單位為Kj/mol。由生成焓的計算式 (44)焚硫工段所發(fā)生的反應為。則在140℃時硫的生成焓為在140℃時二氧化硫的生成熱為（3） Q3 的計算（離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量）在焚硫爐內(nèi)硫磺與氧氣充分燃燒生成二氧化硫，此時還有氮氣和氧氣的剩余，此反應為放熱反應，但焚硫爐內(nèi)的溫度一直保持在140℃左右。 (45)通常用0℃作為反應的標準。? Cp 的計算Cp 的計算可以應用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算，經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp 見表45 所示：表45物質(zhì)的Cp 一覽表溫度A(氧氣）B（二氧化硫）C（氮氣）140℃單位為? 各物質(zhì)的Q3 的計算 其中雜質(zhì)的Q3 忽略不計。(4) 的計算 (46) 。 轉(zhuǎn)化工段的計算轉(zhuǎn)化工段的反應式為 (1) Q1 的計算（進入設(shè)備的物質(zhì)所帶來的熱量） (47)通常用0℃作為反應的標準。? Cp 的計算Cp 的計算可以應用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算，經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp 見表43 所示：表46 物質(zhì)的Cp 一覽表溫度A(氧氣）B（氮氣）C（二氧化硫）430℃單位為? 每種物質(zhì)所帶入的熱量的計算 計算時忽略雜質(zhì)的Q1。 (2) Q2 的計算（反應過程的熱效應）轉(zhuǎn)化工段的過程的熱效應為在轉(zhuǎn)化塔內(nèi)的熱效應。通常以0℃為基準來進行反應過程的熱量衡算。在反應過程中難免會有副反應的發(fā)生，然而副反應的存在對整個過程的熱量衡算來說幾乎可以忽略不計。每次都只計算主反應的熱量，對于副反應則忽略。查化學工程手冊可以得到在25℃時各個物質(zhì)的生成焓見表47所示表48 物質(zhì)的生成焓一覽表溫度A（二氧化硫）B（氧氣）C（三氧化硫）25℃0單位為Kj/mol。由生成焓的計算式 (48)則在430℃時二氧化硫的生成焓為在430℃時二氧化硫的生成熱為(3) Q3 的計算（離開設(shè)備的物質(zhì)所帶走的熱量）在焚硫爐內(nèi)二氧化硫催化氧化為三氧化硫，此時還有氮氣和氧氣的剩余，此反應為放熱反應，但焚硫爐內(nèi)的溫度一直保持在430℃左右。 (49)通常用0℃作為反應的標準。? Cp 的計算Cp 的計算可以應用熱容與溫度的關(guān)聯(lián)式來計算，經(jīng)過計算所得到的物質(zhì)的Cp 見表45 所示：溫度A(氧氣）B（二氧化硫）C（氮氣）D（三氧化硫）430℃表49 物質(zhì)的Cp 一覽表單位為? 各物質(zhì)的Q3 的計算 其中雜質(zhì)的Q3 忽略不計。 （4）的計算