【正文】 ]查得 0~475℃時 SO SOO N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol C時， X T = % 460 由于 R , 取 R = ，則 X 2 = RX T = = 對第三段作物料衡算：以 1h 的進料量為計算基準(zhǔn) 進口物料量： n SO2 = nO2 = n總 = 出口物料量： n SO3 = n N 2 = n SO2 = (1 ? ) = n SO3 = = nO2 = ? = n N 2 = 18 化工學(xué)院 化學(xué)工程系 n總 = 可由λ = = 460 ? t1 解得 t1 = 176。 C時， X T = 460 則 R = X = = X T λ = t 2 ? t1 ? 446 = = 240 X 2 ? X 1 ? 19 化工學(xué)院化學(xué)工程系 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計 轉(zhuǎn)化器四段床層操作參數(shù)的確定 對四段床層做物料衡算： 根據(jù)總轉(zhuǎn)化率和一轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率來求二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率 由公式： X 即 f = X 1 + (1 ? X 1 ) X 2 = + (1 ? ) X 2 X 2 = , 二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率取 總轉(zhuǎn)化率為： = + (1 ? ) = 進四段氣體量： X f = X 1 + (1 ? X 1 )X 2 n SO2 = n SO3 = (1 ? ) = nO2 = n N 2 = n總 = 出四段氣體量： n SO2 = (1 ? ) = n SO3 = + = nO2 = ? = n N 2 = n總 = 四段進口溫度取 415℃，對第四段作熱量衡算： 由文獻 [3]查得 0~415℃時 SO SOO N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol℃ )： 0～ 40℃ 0～ 418℃ SO2： SO2： O2： O2： N2： N2： Q1需 = ∑ ni C Pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + ) (418 0) ( + + ) (40 0) = = 22 化工學(xué)院化學(xué)工程系 由一吸來的氣體中各組分的量： ： SO2： SO3 ： kmol O2： N2： 由一吸來氣體的溫度為 60℃，四段進口溫度為 422℃（計入熱損失 12℃） ， 由文獻 [3]查得各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol根據(jù)經(jīng)驗本設(shè)計考慮的熱損失為 45℃。 ? ( + + + )t 043 = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 故去一吸的溫度為 191℃ . ,解得 :t=191℃ 第二換熱器 由上面的計算可知熱流體的熱量為： Q 熱 = 冷流體的出口溫度為 422℃，設(shè)進口溫度為 340℃ , 由文獻 [3]查各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol C Ⅰ 312176。 C 460176。 C Ⅳ 60176。 C ) ?t m 第四換熱器 熱流體： ? 142 ℃ ?→ 冷流體： 354 ← ?? 60 ℃ 30 化工學(xué)院化學(xué)工程系 76 .8 82 t m = 82 ? = ℃ 82 ln 由前面的計算可知： 換熱量 Q = / h , 則 KA = Q = = 46024kJ /(h ? 176。 C 由 X ? t e 平衡曲線查得： .8176。 2 反應(yīng)為絕熱操作，故 ?H = 0 ，即 ?H 1 + ?H 2 + ?H 3 = 0 進口物料帶入的焓： H 1 = (nO2 C pO2 + n N 2 C pN 2 + n SO2 C pSO2 )?t = + + ） 0 ? 410） （ （ = ? 反應(yīng)生成焓： H 2 = H R ?n SO3 ν so3 = 10 3 = ? 1 根據(jù)催化劑的活性溫度范圍 ,假 設(shè)出口溫度為 580℃ , 由文獻 [3]查得查得 0~580℃時 SO 2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol C ) ?t m 第二換熱器 熱流體： ? ?→ 448 ℃ 冷流體： 422 ← ?? 349 ℃ 85 . 2 99 t m = 99 ? = ℃ 99 ln 由前面的計算可知： 換熱量 Q = / h , 則 KA = Q = = 11217 kJ /(h ? 176。 C 142176。 C 317176。 C 410176?！?)： 0～ 180℃ 0～ 455℃ SO2： SO2： SO3： SO3： O2： O2： N2： N2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (455 0) ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 26 化工學(xué)院化學(xué)工程系 解得 :t=191℃ 設(shè)去一吸的溫度為 191℃ , 由文獻 [3]查得該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol 根據(jù)組合方式對換熱器進行熱量衡算 在確定換熱流程時 ,必須有考慮熱損失。 C 由 X T ? t e 平衡曲線查得： .5176。 SO O N ℃ )： 、 、 、 出口物料的焓： = ( + + + )t = ? 又 H 3 = ∑ ni C pi ?t H 1 + ?H 2 + ?H 3 = 0 解得： t = 176。 C 由 X T ? t e 平衡曲線查得： .2176。 C時， X T = % 580 則對比轉(zhuǎn)化率 R = X = = X T 絕熱溫升 [12] λ = t 2 ? t1 ? 410 = = X 2 ? X1 ? 0 轉(zhuǎn)化器二段床層操作參數(shù)的確定 假設(shè)二段出口溫度為 510℃，由 X T ? t e 平衡曲線查得： 176。 C SO2 + O2 ???→ SO3 ?R 2 ?H 1 ?H 2 ↓ ↑ 1 25176。依次交 替使用第一類條件 ?Τ i 式（確定各段進口點）和第二類條件式（確定各段出口轉(zhuǎn)化率） ，直至第四段為止。在設(shè)計反應(yīng)器時，所選擇的操作溫度應(yīng)處于催化劑的活性溫度范圍 內(nèi)，并在盡量高的反應(yīng)速率下進行轉(zhuǎn)化，以減少催化劑的用量，而且使轉(zhuǎn)化率盡可能的高。 S101 為中溫催化劑，操作溫度 425～ 600℃，各段均可使用，壽命可達 10 年以上，活性達到國際先進水平。經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機升壓后送入第Ⅲ換熱器與轉(zhuǎn)化器 三段床層出來的熱的轉(zhuǎn)化氣進行熱量交換，然后進入第Ⅰ換熱器與一段床層的熱氣體進行熱量交換 后氣體被加熱到 410℃送入轉(zhuǎn)化器一段床層 ,分別經(jīng)床層上部的 S107 型催化劑和床層下部的 S101 型 催化劑床層進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)， SO2 轉(zhuǎn)化 率達 72%，氣體溫度升到 ℃后，進入第Ⅰ換熱器與冷氣體 進行換熱 ,氣體經(jīng)換熱后溫度降低到 475℃，然后氣體進入第二段床層繼續(xù)進行轉(zhuǎn)化。 目前國內(nèi)最常用的轉(zhuǎn)化流程是“ 3+1”“ 2+2”“ 3+2”等組合方式， 、 、 “ 3+2”組合的工藝流程是轉(zhuǎn) 化分五段進行的，該方式的催化劑用量少，但是由于多了一段，使得設(shè)備龐大，管線復(fù)雜，占地面 積增大，液體流過時的阻力大，而且由于管線長，設(shè)備多，散熱面積增 大，使用實際熱損失增加， 在同樣的條件下很難達到熱平衡。 6 化工學(xué)院化 學(xué)工程系 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計 2. 生產(chǎn)流程的確定 轉(zhuǎn)化流程主要有“一轉(zhuǎn)一吸”和“兩轉(zhuǎn)兩吸”兩大類。 原材料的規(guī)格、來源及水、電、汽等的供應(yīng)情況 原材料的規(guī)格、來源及水、 本設(shè)計中硫酸生產(chǎn)所采用的原料為硫鐵礦，甘肅省白銀地區(qū)的硫鐵礦可以提供充足的原料，硫 鐵礦中的主要成分為 FeS2,其中含硫 35%（干基） ，含水 4%（濕基） 。 間壁式換熱器又 可分為管殼式和板殼式換熱器兩類 ,其中管殼式換熱器以其高度的可靠性和廣泛的適應(yīng)性 ,在長期 的操作過程中積累了豐富的經(jīng)驗 ,其設(shè)計資料比較齊全 ,在許多國家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。 [4] [4] [4] 國內(nèi)外硫酸轉(zhuǎn)化新工藝的發(fā)展 [4] PEA(Process Engineering Associates)公司推出了一種兩段式 硫酸生產(chǎn)工藝，其特點是 SO2 排放幾乎為零（ 3cm /m ） 。轉(zhuǎn)化流程主要有“一轉(zhuǎn)一吸”和“兩轉(zhuǎn) 兩吸”兩大類， “一轉(zhuǎn)一吸”流程亦為一次轉(zhuǎn)化一次吸收，由于受催化劑用量及平衡轉(zhuǎn)化率的限制， 該工藝可能達到最終轉(zhuǎn)化率為 97%～ 98%，顯然硫的利用率不夠高，尾氣中二氧化硫的含量遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過 排放標(biāo)準(zhǔn)，因此該工藝已逐漸被淘汰。 實現(xiàn)這一過程需將含硫原料焙燒， 故工業(yè)上稱 之為 “焙 燒” 。 其中， 硫鐵礦制酸 1600 萬噸，占 %；冶煉煙氣制酸 1100 萬噸，占 %；硫磺制酸 2540 萬噸，占 %；其他 60 萬 2 化工學(xué)院化學(xué)工程系 噸，占 %。原子能 工業(yè)中用于濃縮鈾。 硫酸的用途［ 2］ 硫酸的用途非常廣泛，是最重要的化工原料之一。硫酸分為發(fā)煙硫酸、濃硫酸和稀硫酸，硫酸中不含水而存在游離 S03 時成為發(fā)煙硫酸，當(dāng)硫酸水溶液中硫酸質(zhì)量百分?jǐn)?shù)≥ 75%的硫酸叫做濃硫酸，而把硫酸質(zhì)量百分 數(shù)在 75%以下的硫酸水溶液叫做稀硫酸 。保持青春的秘訣，是有一顆不安分的心。建議您優(yōu)先選擇 TXT，或下載源文件到本機查看。硫酸有很強的吸 水性，能吸收氣體中的水蒸氣，也能吸收液體中的部分水分，從而使氣體干燥，溶液發(fā)生相應(yīng)的變 化。 在化學(xué)工業(yè)中，硫酸是生產(chǎn)各種硫酸鹽的主要原料，是塑料、人造纖維、染料、油漆、藥物等 生產(chǎn)中不可缺少的原料。 2021 年我國硫酸鈦白法生產(chǎn)能力達到 950kt/a，總產(chǎn)量為 700kt 左右，比 2021 年凈增 100kt， 消耗硫酸約 3150kt，氟化氫產(chǎn)量約 400kt，消耗硫酸 1100kt，其它產(chǎn)業(yè)消耗硫酸分別為氯氣（ 2021 年產(chǎn)量約 11200kt）干燥約 150kt，石油加工（ 2021 年原油加工量 億 t） 320kt，鋼鐵酸洗 約 700kt，環(huán)氧樹脂約 500kt，粘膠纖維（ 2021 年產(chǎn)量約 1180kt） ，消耗酸約 1160kt，己內(nèi)酰胺 (2021 年產(chǎn)量約 210kt),消耗硫酸約 430kt,2021 年中國染料產(chǎn)量約 1060kt,按 2kt 染料 (含中間體 )平均消 耗 1kt 硫酸計算 ,消耗硫酸 530kt。 根據(jù)制酸原料不同，又可把接觸法分 成：硫鐵礦制酸、硫磺制酸、冶煉煙氣制酸、硫酸鹽制酸及含 硫廢液制酸。實現(xiàn)這一過程需將轉(zhuǎn)化所得三氧化硫氣體用硫酸吸收，工 業(yè)上稱之為“吸收” 。轉(zhuǎn)化工藝在中國的情況如表 2 所示 ： [5] 表 2 轉(zhuǎn)化工藝的發(fā)展情況 年份 1949 年以前 化工學(xué)院化學(xué)工程系 轉(zhuǎn)化器形式 一次二段 SO2 氣濃 % 6～ 7 轉(zhuǎn)化率 % ～ 92 生產(chǎn)能力 t/d ～ 100 3 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計 1953 年 1958 年 1963 年 1964 年 1965 年 1966 年 1972 年 1981 年 1988 年 1989 年 一次三段 一次四段 一次四段（爐氣冷激）