【正文】 2： N2： 四段出口氣體的溫度為 ℃，去二吸的溫度為 140℃（計入熱損失 5℃ ）， 由 文獻(xiàn) [3]查 得 各溫度下的平 均熱容 pC kJ/(kmol℃ )： 0～ 312℃ SO2： O2： N2： 1 5 8 4 6 .7 9 4 7 0 6 4 7 6)( 4 2 . 7 7 0 6 4 7 6Q 21???????????? ??ttCntCn piipii冷 根據(jù)熱量平衡 : 熱冷 ? ,解得 :t=312℃ 故冷流體進(jìn)第一換熱器的為 312℃ 第三換熱器 冷流體進(jìn)口溫度為 40℃ ,出口溫度為 317℃ , 由 文獻(xiàn) [3]查 得 各溫 度下的平均熱容 pC kJ/(kmol℃ )： 0～ 140℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ ℃ SO2： SO3： O2： N2： 1 3 1 8 5 . 7 5 4 ) . 1 5 2 (0)( 4 3 0 . 5)( 0 . 1 5 2Q 21i????????????????????? ?? tCntCn piipi熱根據(jù)熱量平衡 : 熱冷 ? 即 t7 5 3 1 8 59 9 8 7 0 6 5 70 6 0 0 3 7 4 7 ?? 解得 : t=142℃ 設(shè)去一吸的溫度為 142℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得 該溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmolC410 176。C 176。C 176?！?)： 、 、 設(shè)以下反應(yīng)途徑： CSOOSOCHHtSOOSOCHH??? ????????? ??????021021410322313222 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 反應(yīng)為絕熱操作，故 0??H ，即 0321 ?????? HHH 進(jìn)口物料帶入的焓： kJtCnCnCnH pSOSOpNNpOO)( 2222221???????????????）（）（ 反應(yīng)生成焓： kJso nHH SOR 061 332 3 ?????????? ? 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(xiàn) [3]查得 查得 0~580℃時 SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmolC448 176。C475 176。C40 176?！?)： 0～ 180℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ 455℃ SO2： SO3： O2： N2： 5t1 5 4 7 4 . 2 2 9 9 4 4 ) . 0 3 5 3 (0)( 4 5 5805).( 3 . 0 3 5 3Q 21i????????????????????? ?? tCntCn piipi熱 根據(jù)熱量平 衡 : 熱冷 ? 即 5 4 7 3 7 7 4 7 4 1 5 9 3 7 ?? 化工學(xué)院化學(xué)工程系 27 解得 :t=191℃ 設(shè)去一吸的溫度為 191℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得 該溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmol 根據(jù)組合方式對換熱器進(jìn)行熱量衡算 在確定換熱流程時 ,必須有考慮熱損失。℃ )： 、 、 、 設(shè)計以下反應(yīng)途徑： 化工學(xué)院化學(xué)工程系 21 CSOOSOCHHtSOOSOCHH??? ????????? ??????021021415322313222 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 進(jìn)口物料的焓： ? ?kJtpCnH ii)4150(1????????????????反應(yīng)的焓： ? ? kJso nHH SOR 3323 ??????????? ? 四段出口溫度設(shè)為 435℃ ， 由 文獻(xiàn) [3]查得 0~435℃ 時 SO SO O N2 的平均熱容分別 為kJ/(kmol根據(jù)經(jīng)驗，平衡轉(zhuǎn)化率對比率 R 應(yīng)取 — 。文獻(xiàn)介紹了求取最佳操作參數(shù)的方法 [9]，是根據(jù)催化劑的活性溫度選一段進(jìn)口溫度，然后假設(shè)第一段出口轉(zhuǎn)化率，再用第一類條件式iiii XX ?????? , 000 ?? 確定二段進(jìn)口狀態(tài)點。 化工學(xué)院化學(xué)工程系 13 求取平衡 溫度和最佳溫度 二氧化硫的催化氧化反應(yīng)為一可逆放熱反應(yīng)。目前國內(nèi)兩轉(zhuǎn)兩吸并且是“ 3+1”轉(zhuǎn)化流程的廠，一段入口 SO2的濃度一般為 %～ %［ 7］ ，考慮到青海處于高海拔地區(qū)，大氣壓低，氧氣不足，溫度低 [8]的特點，本設(shè)計在計算時一段入口 SO2 的濃度取為 %。綜上所述，我們 最終確定采用“ 3+1”組合的ⅢⅠ — ⅣⅡ換熱流程作為本次設(shè)計的流程，并以此流程進(jìn)行設(shè)備選型和計算（本人是對“ 3+1”的轉(zhuǎn)化流程進(jìn)行參數(shù)確定、物料衡算、熱量衡算，并計算換熱面積和催化劑用量，進(jìn)而與同組成員的“ 2+2”的轉(zhuǎn)化流程所計算的換熱面積和催化劑用量進(jìn)行比較，經(jīng)全組成員討論確定出最終工藝）。相反，段數(shù)少、反應(yīng)溫度偏離最佳溫度較遠(yuǎn)，這樣不僅反應(yīng)速率小，轉(zhuǎn)化率亦達(dá)不到較高的程度，經(jīng)濟(jì)上不合理，因此工業(yè)上一般選擇用 3～ 5段轉(zhuǎn)化器。對于兩轉(zhuǎn)達(dá)兩吸流程，如果操作正常，轉(zhuǎn)化率可達(dá)到 %以上，尾氣可以不經(jīng)處理直接放空，能夠達(dá)到目前國家規(guī)定的排放標(biāo)準(zhǔn)。同時抗腐蝕的能力大大提高 , 換熱器的使用壽命得以延長。但國內(nèi)只有部分大型裝置才采用不銹鋼轉(zhuǎn)化器，影響不銹鋼 轉(zhuǎn)化器在國內(nèi)進(jìn)一步推廣使用的主要因素是不銹鋼價格的居高不下。含銫催化劑具有起燃溫度低、活性高的特點，與傳統(tǒng)的釩催化劑相比，起燃溫度低 20～ 40℃，適用于處理二氧化硫濃度較低的氣體或用富氧空氣產(chǎn)生的二氧化硫濃度較高的氣體。因此，釩催化劑很快取代了鉑催化劑的地位，在世界范圍內(nèi)得到了廣泛的應(yīng)用。因此，此法的發(fā)展受到限制。 20212021 年化肥耗酸量年均遞增 2%，磷肥耗酸遞增 %，高濃度磷復(fù)肥耗酸遞增 %，普鈣耗酸下降 %。 在冶金工業(yè)中， 鋼材加工及成品的酸洗要用硫酸；電解法精煉銅、鋅、鎘、鎳時，電解液需使用硫酸；某些貴金屬的精煉亦需用硫酸溶去夾雜的其它金屬。硫酸無論是用水稀釋還是與其它液體混合，都會放出大量的熱。無水硫酸就是指 100%的硫酸，又稱純硫酸。 硫酸是強(qiáng)酸之一，具有酸的通性，但濃硫酸有其特殊的性質(zhì)。 硫酸最主要用途是生產(chǎn)化學(xué)肥料，用于生產(chǎn)磷銨、重過磷酸鈣、硫銨等。運(yùn)載火箭所用燃料亦離不了硫酸。 硫酸的生產(chǎn)方式及其特點 ［ 2］ 按二氧化硫的氧化方法不同，可把 硫酸生產(chǎn)方法分成兩類。 第二、把二氧化硫氣體和催化氧化為三氧化硫，工業(yè)上稱之為“轉(zhuǎn)化”。“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程為兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝，可能達(dá)到的最終轉(zhuǎn)化率大于 %，該工藝所采用的段數(shù)組合有“ 2+1”三段轉(zhuǎn)化、“ 2+2”和“ 3+1”四段轉(zhuǎn)化、“ 3+2”五 段轉(zhuǎn)化流程。該工藝也可處理濃度低、波動大的 SO2 氣體。近年來盡管管殼式換熱器也受到了新型換熱器的挑戰(zhàn) ,但由于管殼式熱交換器具有結(jié)構(gòu)簡單、牢固、操作彈性大、應(yīng)用材料廣 等優(yōu)點 ,管殼式換熱器目前仍是化工、石油和石化行業(yè)中使用的主要類型換熱器 ,尤其在高溫、高壓和大型換熱設(shè)備中仍占有絕對優(yōu)勢。生產(chǎn)過程中所需水資源是由城市水網(wǎng)供給，循環(huán)使用，電力由西寧市電網(wǎng)提供，轉(zhuǎn)化工序不涉及汽的使用。 “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(dá)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)，而且如果要得到更高的轉(zhuǎn)化率，將使催化劑用量大幅度增加，而且轉(zhuǎn)化的段數(shù)亦要增加，這是很不經(jīng)濟(jì)的。因此，目前國內(nèi)采用較多的是“ 3+1”、“ 2+2”式“兩轉(zhuǎn)兩吸”流程。氣體在裝有S101型催化劑的第二段床層繼續(xù)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %，氣體溫度升為 ℃ ,離 開床層進(jìn)入第Ⅱ換熱器中與第一吸收塔來的冷氣體進(jìn)行熱量交換 ,經(jīng)換熱器后氣體溫度降為 446℃，進(jìn)入第三段床層繼續(xù)在 S101催化劑的作用下進(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達(dá)到 %，氣體溫度達(dá)到 455℃，從而完成第一次轉(zhuǎn)化。 S102為環(huán)狀中溫催化劑，特點是內(nèi)表面利用率較高，床層阻力小，但易粉碎。根據(jù)反應(yīng)的動力學(xué)方程用求極值的方法所導(dǎo)出的最佳溫度和最佳溫度的計算公式如下 ［ 2］ ： 平衡溫度： ??? ???? Paxb axxxT e （ 41） 最佳溫度：1212ln1 EEEE RTTeemT??? （ 42） 式中： Tm 最佳溫度， K。對于 SO2 的轉(zhuǎn)化反應(yīng)，在高溫和低轉(zhuǎn)化率時， 內(nèi)擴(kuò)散的影響是不能忽略的，并且氣體在床層內(nèi)的流動并不是呈理想置換流型，若用以上的微觀動力學(xué)方程求解的催化劑用量與實際用量差距較大 [8]?！?)： 、 、 、 ? ?? ?ttttpCnH ii 7 1 3 3 1 3 2 6 3 3??????????????????? 又 0321 ?????? HHH Ct ?? ： 平衡曲線查得：由 etX ? % 8 0 ?? TXC 時， ??? TXXR則對比轉(zhuǎn)化率 絕熱溫升 [12] 12 ??????? XX tt? 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 平衡曲線查得：eT tX ? % ?? TXC 時， , 2 ??????? TRXXRR ，則取因為 化工學(xué)院化學(xué)工程系 17 Ctt ?????? 11 解得可由一段絕熱溫升 ? 對二段作物料衡算： 進(jìn)口物料量： kmolnSO ? kmolnSO ? kmolnO ? kmolnN ? kmoln ?總 出口物料量： k m o ln SO 6 0 0 2 )8 6 ( ???? k m o ln SO 6 ??? k m o ln O ???? kmolnN ? kmoln ?總 二段進(jìn)口溫度取 475℃， 對第二段作熱量衡算： 由文獻(xiàn) [3]查得 0~475℃時 SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmol℃ )： 0～ 60℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ 422℃ SO2： SO3： O2： N2： kJ 0)( 6 0) (0)( 4 2 2)( 3 . 0 3 5 3Q 212??????????????????????? ?? tCntCn piipii需 換熱量的計算 第一換熱器的換熱量 進(jìn)出口氣體中各組分的量 : SO2： SO3 ： kmol O2： N2： 換熱器的進(jìn)口溫度為 ℃，出口溫度為 477℃（計入熱損失 5℃ ）， 由 文獻(xiàn) [3]查得各溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmol由于實際生產(chǎn)中的熱損失與當(dāng)?shù)氐臍夂驐l件有關(guān)，而且西寧市處于高海拔地區(qū)，在相同的季節(jié)下環(huán)境溫度均比內(nèi)地低一些，因此本設(shè)計所采用 的保溫層厚度要比理論計算出的保溫層厚度大。℃ )： 0～ 340℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ 422℃ SO2： SO3： O2： N2： 冷流體的熱量 : 1 3 5 0 4 . 7 5 1 7 4 7 0 5 7) . 0 3 5 3 (0)( 4 2 2)( 3 . 0 3 5 3Q 21????????????????????? ??ttCntCn piipii冷 根據(jù)熱量平衡 : 熱冷 ? 即 ?? 解得 :t=349℃ 設(shè)冷流體進(jìn)口溫度為 349℃ , 由文獻(xiàn) [3]查 該溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmolC去二吸455 176。C460 176。C312 176