【正文】 80年代初期，蘇聯(lián)科學院西伯利亞分院研究成功了SO 2非穩(wěn)態(tài)氧化法，已經(jīng)獲得廣泛應用。此時由于反應混合物中不含 SO3，而且 SO2濃度很低，O 2/SO2比值較一次轉化要高得多，在這種情況下，平衡轉化率高，反應速度快，用較少的催化劑就能保證轉化率達到 95％左右 [6]。上部為爐膛，包括沸騰層和上部焙燒空間。二氧化硫轉化器采用外部換熱型轉化器。由于泄流的影響，增加氣體的湍動程度從而有利于傳熱系數(shù)的提高。酸霧含量符合工藝指標要求。C） t0——氣體進觸媒層溫度（186。氣 體 帶 入 熱 反 應 熱出 口 氣 體 平 均 熱 容（4）三段出口氣體帶出熱量＝＝武漢工程大學本科畢業(yè)設計17（1）進轉化器第四段氣體帶入熱量（以每小時氣量計算） ，進四段觸媒層氣體溫度為 420℃SO2的平均摩爾熱容： )/()(2340 382622 KmolkJdTTCPSO ????????? ??O2的平均摩爾熱容： )/()(2340 22 KolkJdTTCPO ????????N2的平均摩爾熱容： )/()(27340 62 KmolkJdTTCPN ???????? ?進四段氣體每升高 1℃所需熱量： SO2所需熱量 ＝O2所需熱量 ＝N2所需熱量 ＝∑所需總熱量 帶入熱量= 420＝ （2）出轉化器第四段氣體溫度預計反應后溫度 4 (.92) C??????反應時平均溫度 ??SO2的平均摩爾熱容： 247326283()()47PSOTTdC kJmolK???????? ???SO3的平均摩爾熱容：武漢工程大學本科畢業(yè)設計18)/()(2734 383 KmolkJdTTTCPSO ?????????? ??O2的平均摩爾熱容： 2473262()()47POTdTkJol????? ???N2的平均摩爾熱容： )/()(734 2622 KmolkJdTTCPN ???????? ?出四段氣體每升高 1℃所需熱量：SO2所需熱量 ＝SO3所需熱量 ＝O2所需熱量 ＝N2所需熱量 ＝∑所需總熱量 （3）反應熱摩爾反應熱:Q＝24205－﹙＋ ﹚=總反應熱 Q＝ ＝ 四段出口溫度 C??????氣 體 帶 入 熱 反 應 熱出 口 氣 體 平 均 熱 容（4）四段出口氣體帶出熱量 ＝＝ kJ/h各換熱器的溫度與熱量如表（）所示武漢工程大學本科畢業(yè)設計19表 換熱器各段溫度與熱量表氣體進口 氣體出口段數(shù)溫度 ℃ 熱量 kJ反應熱量 kJ溫度 ℃ 熱量 kJ一段 430 二段 480 三段 440 四段 420 ∑ 換熱器工藝計算由于轉化器、換熱器以及管道的散熱損失，SO 2和 SO3側都有溫度降，為簡化計算，現(xiàn)設定各溫度降如表（）所示表 換熱器溫降表熱交換器序號 一 二 三 四SO2側 4 4 5 5SO3側 4 6 3 3（1）第一換熱器SO3氣體出第一段觸媒層溫度為：℃，所帶熱量 Q＝SO3氣體在換熱器進口溫度為：℃，所帶熱量 Q＝熱損失 Q 損 ＝SO3氣體在換熱器出口溫度為：482℃，所帶熱量 Q＝SO3氣體在到達第二段層的溫度為：480℃，所帶熱量 Q＝熱損失 Q 損 ＝熱交換器交換熱量 Q＝－ ＝SO2氣體在換熱器出口：424℃,Q＝SO2氣體在到達第四段觸媒層：420℃，Q＝熱損失 Q 損 ＝∑Q 損 ＝武漢工程大學本科畢業(yè)設計20預計 SO2氣體在換熱器進口溫度為 250℃左右，則：SO2的平均摩爾熱容： O22607326283()()PSOTTdC kJmolK???????? ???的平均摩爾熱容： 26073262()()6POTdTC kJolK????? ???N2的平均摩爾熱容： 26073262()()6PNTTdC kJmolK?????? ???氣體每升高 1℃所需熱量： SO2所需熱量 ＝O2所需熱量 ＝N2所需熱量 ＝∑所需總熱量 SO2氣體在換熱器進口處的溫度為： C????32:..SOC????????換熱器的傳熱系數(shù)，在實際生產(chǎn)中一般為 ～(m 2K))。 aR1　管內傳熱系數(shù) ：1 （24） ?????????????????????????????????3231321 ????2　管隙傳熱系數(shù) ：2 （25）. ?????????????dagm（2）換熱器的壓降 21P??①管內壓降: （26）???式中：G i——氣體的質量速度，kg/(m 2hhF 傳 =21366=≈1970m 3管子總截面積 F=1366= 1　管內給熱系數(shù) a1的計算 (/)2Gkgms????內，取 D=??器 （ ）.(/)()c kJgC??????爐氣的平均溫度：℃表 爐氣成份 SO2 SO3 O2 N2V(%) 武漢工程大學本科畢業(yè)設計36μ ???????)(??用虛臨界常數(shù)法求 SO3混合氣體的導熱系數(shù) K，如表 所示表 第一換熱器 SO3側氣體導熱系數(shù)項目 Tc(K) Pc μc Kc V(%) miKi(W/(mK)SO2 O2 N2 Σ 100 虛臨界溫度： ??武漢工程大學本科畢業(yè)設計38對比溫度： 14.?RT查《化工算圖集》 ，對比導熱系數(shù) 51.?P?)/(???.???????????????..?? .(/)5gmdCa WmK????????????????3　總 K 值： . aa RR????總 K 值與污垢系數(shù)的關系如表 所示表 K值與污垢系數(shù)關系表?aR K 4　管內壓降 1P????5　總壓降 ?????6　管隙壓降 ?(6)第四換熱器管內：℃→℃，管外：60℃ →℃選用換熱列管 φ 51，管子 d=44mm，n 根 =1083，L=，Pt=75mm，m=41武漢工程大學本科畢業(yè)設計39F 傳 =1083=≈781m 3管子總截面積 F=1083= 1　管內給熱系數(shù) a1的計算 (/)Gkgms???內，取 D= 513D???器 （ ）..(/)()c kJgC? ????爐氣的平均溫度：350℃表 爐氣成份 SO2 SO3 O2 N2V(%) μ ???????)(?用虛臨界常數(shù)法求 SO3混合氣體的導熱系數(shù) K，如表 所示表 第一換熱器 SO3側氣體導熱系數(shù)項目 Tc(K) Pc μc Kc V(%) miKi(W/(mK)SO2 O2 N2 Σ 100 虛臨界溫度： KTci???對比溫度： 3R查《化工算圖集》 ，對比導熱系數(shù) ?P?)/(??????????????????13 3..??? (/)gmdCa WmK????????????????3　總 K 值： . aa RR???總 K 值與污垢系數(shù)的關系如表 所示武漢工程大學本科畢業(yè)設計42表 K值與污垢系數(shù)關系表?aR K 4　管內壓降 1P????5　總壓降 ?????6　管隙壓降 ?(7)換熱器的綜合數(shù)據(jù)1　換熱器的規(guī)格表 換熱器名稱 第一換熱器 第二換熱器 第三換熱器 第四換熱器換熱器面積(A) 640 922 1970 781管數(shù) N(根 ) 887 1279 1366 1083管長(m) 管子規(guī)格(mm) φ 51 φ 51 φ 51 φ 51管子中心距 P1(mm) 75 75 75 75折流板數(shù)(塊) 2 2 2 2折流板距(m) 2 2 2 2換熱器內徑 DS 2　工藝設計數(shù)據(jù)武漢工程大學本科畢業(yè)設計43表 換熱器工藝參數(shù)換熱器名稱 第一換熱器 第二換熱器 第三換熱器 第四換熱器管內流速 Gt(kg/m2h然而 SO2反應成 SO3是體積減小的，前面段數(shù)反應溫度較高，后面卻較低，觸媒層厚度武漢工程大學本科畢業(yè)設計44調整的范圍也比較寬，所以現(xiàn)在轉化器的設計，一般都采用直筒形的 [8]。轉化器操作溫度，一般取各段的總平均值，即為 C??????轉化器操作壓力，一般也是取各段的總平均值，根據(jù)生產(chǎn)實際一般取～，這時取 。布氣層高度 一般為 600～800 mm，取 ＝700 mm。（2）反應平衡常數(shù) Kp武漢工程大學本科畢業(yè)設計45溫度在 380～610℃范圍內的 Kp 值可由《硫酸工作手冊》第 582 頁表 1244 查出。擬分為 2 個階段計算如此法計算出在二段觸媒層中的各個階段的 值和 值，列表 ：dx?表 二段反應速度和反應時間轉化率 x反應常數(shù)階段 起始 末尾 k Kp dτdτΔx反1 2 3 武漢工程大學本科畢業(yè)設計47∑ 3　三段反應速度、反應時間轉化率自 80％→92％ 溫度自 440℃→℃ 。由公式﹙29﹚計算擴散效率因子 ﹙29﹚??Dt/40x+.01ξ=?式中： ——SO2或 SO3氣體的相擴散系數(shù)，一般為 2cm/s ——反應溫度﹙℃﹚ k——反應速度常數(shù) ——轉化率t x由公式﹙29 ﹚計算得結果，列于表 至表 表 一段觸媒擴散效率因子轉化率 x反應速度常數(shù) k反應溫度 ℃t擴散效率因子 ?0 430 平均 表 二段觸媒擴散效率因子轉化率 x反應速度常數(shù) k反應溫度 ℃t擴散效率因子 ? 480 武漢工程大學本科畢業(yè)設計49 平均 表 三段觸媒擴散效率因子轉化率 x反應速度常數(shù) k反應溫度 ℃t擴散效率因子 ? 440 平均 表 四段觸媒擴散效率因子轉化率 x反應速度常數(shù) k反應溫度 ℃t擴散效率因子 ?0 420 423 426 429 432 435 438 441 444 平均 （5）各段觸媒的使用效率總系數(shù)使用效率總系數(shù) ,采用計算式 ﹙210﹚C123=+C式中： ——熱衰退校正系數(shù) ——慢性中毒校正系數(shù) 1 ——氣流不勻校正系數(shù)31　熱衰退校正系數(shù) 1C武漢工程大學本科畢業(yè)設計50 ﹙211﹚1GC=式中： ——某一觸媒層最高溫度﹙ ℃﹚t ——線性函數(shù)方程截距﹙即調節(jié)參數(shù)﹚ 取 ?一段觸媒熱衰退校正系數(shù)：一段最高溫度是 620℃ 由公式﹙212﹚有＝620－＝二段觸媒熱衰退校正系數(shù)：二段最高溫度是 540℃ 由公式﹙211﹚有＝540－＝三段觸媒熱衰退校正系數(shù)：三段最高溫度是 480℃ 由公式﹙211﹚有＝480－＝四段觸媒熱衰退校正系數(shù)：四段最高溫度是 450℃ 由公式﹙211﹚有＝450－＝2　慢性中毒校正系數(shù) 2C ﹙212﹚2=AG+B??水 霧 塵——進轉化器氣體實際含量 ( ) 取 ＝ 3g/m標 G水 3g/m標——進轉化器氣體實際酸霧含量 ( ) 取 = 標 霧 標 ——氣體進轉化器實際礦塵含量( ) 取 = 3/標 塵 3/標 、 、 ——毒物影響系數(shù) 、 各為 1 為 50ABCABC一段觸媒： ＝1＋1＋50 ＝二段觸媒： ＝ ﹙1－﹚ ＝ ＝三段觸媒： ＝ ﹙1－﹚ ＝ ＝四段觸媒： ＝ ﹙1－﹚ ＝ ＝3　氣流不勻校正系數(shù) 3 ﹙213﹚3D=?武漢工程大學本科畢業(yè)設計51式中： ——轉化器直徑(m) ——每段觸媒層高度(m)??（6）各段接觸時間 ?各段氣流與觸媒的接觸時間按公式﹙214﹚ 進行計算 ﹙214﹚???123dxτ=+Cfξ??將前面所算出的數(shù)字代入公式﹙214﹚ 計算出各段接觸時間一段所需接觸時間 ????（ ）二段所需接觸時間 41489（ ）三段所需接觸時間 ..17?（ ）四段所需接觸時間 ???）（（7）各段觸媒需用量 、觸媒層高度KVH ﹙215﹚K0=τ?式中： ——氣體流量（通過每層觸媒的容積） ﹙ ﹚3m/s標 ﹙216）22()????一段需觸媒量 、高度 ：()360KVm??? ?17..()24H二段需觸媒量