【正文】 C312 176。C去二吸455 176。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。℃ )： 、 、 、 ? ?? ?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 二段進口溫度取 475℃， 對第二段作熱量衡算： 由文獻 [3]查得 0~475℃時 SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmol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。氣體在裝有S101型催化劑的第二段床層繼續(xù)反應(yīng)，轉(zhuǎn)化率達到 %，氣體溫度升為 ℃ ,離 開床層進入第Ⅱ換熱器中與第一吸收塔來的冷氣體進行熱量交換 ,經(jīng)換熱器后氣體溫度降為 446℃，進入第三段床層繼續(xù)在 S101催化劑的作用下進行轉(zhuǎn)化反應(yīng)，當(dāng)轉(zhuǎn)化率達到 %，氣體溫度達到 455℃，從而完成第一次轉(zhuǎn)化。 “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 氧化硫的含量遠遠超過排放標(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)濟的。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?！皟赊D(zhuǎn)兩吸”流程為兩次轉(zhuǎn)化兩次吸收工藝，可能達到的最終轉(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。 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。 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。無水硫酸就是指 100%的硫酸，又稱純硫酸。 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。因此，此法的發(fā)展受到限制。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。同時抗腐蝕的能力大大提高 , 換熱器的使用壽命得以延長。相反，段數(shù)少、反應(yīng)溫度偏離最佳溫度較遠，這樣不僅反應(yīng)速率小，轉(zhuǎn)化率亦達不到較高的程度，經(jīng)濟上不合理，因此工業(yè)上一般選擇用 3～ 5段轉(zhuǎn)化器。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 %。文獻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 ?? 確定二段進口狀態(tài)點?！?)： 、 、 、 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 [3]查得 0~435℃ 時 SO SO O N2 的平均熱容分別 為kJ/(kmol℃ )： 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 [3]查得 該溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmolC475 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 [3]查得 查得 0~580℃時 SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmolC 176。℃ )： 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 [3]查得 該溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmol℃ )： 0～ 180℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ 455℃ SO2： SO3： O2： N2： kJ 0)( 1 8 0) (0)( 4 5 5)( 3 . 0 3 5 3Q 213??????????????????????? ?? tCntCn piipii換 第四換熱器的計算 進出口氣體中 各組分的量： SO2： SO3 ： kmol O2： 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 [3]查 得 各溫度下的平 均熱容 pC kJ/(kmol應(yīng)燮堂 提出了平衡轉(zhuǎn)化率的對比率 R的概念 ［ 10］ ，即 R=X/XT，用實際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的比值來判斷達到 要求轉(zhuǎn)化率的難易。 根據(jù)實際生產(chǎn)經(jīng)驗，在相同的操作條件下，低溫催化劑 S107 的活性相同的條件下比其它型號的低溫催化劑更容易達到熱平衡 [7]，對于低溫 催化劑要優(yōu)先考慮 S107。根據(jù)西寧地區(qū)的特點，我組成員分別對“ 3+1”、“ 2+2”轉(zhuǎn)化流程進行進行參數(shù)確定、物料衡算、熱量衡算、換熱流程確定及催化劑量計算。以硫鐵礦為制酸原料，特別是含硫 20%～ 30%的中低品位礦，不僅排放大量含有害物的尾氣、廢水，而且還要排放大量廢渣。 轉(zhuǎn)化設(shè)備的類型及發(fā)展趨勢 轉(zhuǎn)化器的型式按床層類型分，有固定床和流化床兩種；按換熱位置分，有內(nèi)部換熱型、外部 化工學(xué)院化學(xué)工程系 5 換熱型和沸騰床轉(zhuǎn)化器；按氣流在床內(nèi)流動方向分，有軸向轉(zhuǎn)化器和徑向轉(zhuǎn)化器，此外，還有徑向轉(zhuǎn)化器，徑向 軸向轉(zhuǎn)化器，臥式轉(zhuǎn)化器，空氣冷激式轉(zhuǎn)化器等。 早期的接觸法制酸是以鉑為催化劑，硫酸的產(chǎn)量較高，但是制酸成本較高，導(dǎo)致該項技術(shù)發(fā)展緩慢。 2021年各產(chǎn)業(yè)消耗硫酸構(gòu)成見下表： 表 1 2021年我國硫酸消費構(gòu)成 用途 消費量 /kt 比例 /% 化肥 33400 磷肥 31470 工業(yè) 14800 鈦白粉 3150 粘膠纖維 1600 氟化氫 1100 鋼鐵酸洗 700 染料 530 環(huán)氧樹脂 500 己內(nèi)酰胺 430 石油加工 320 氯堿 150 其它 6320 根據(jù)磷肥“十一五”發(fā)展規(guī)劃，國家為了保證我國糧食的安全，農(nóng)業(yè)部門對 20212020 年化肥需求提出預(yù)測， 2021 年磷肥國內(nèi)生產(chǎn)量 1100 萬噸（ 100%P2O5），化肥消費硫酸 3160萬噸，占表觀消費量 %，其中磷肥耗酸 3040 萬噸，高濃度磷復(fù)肥耗酸 1890 萬噸，占磷肥耗酸量 %，其它化肥耗酸占化肥耗酸量 %。濃硫酸的脫水性是指其能將部分物質(zhì)中的氫、氧元素按原子個數(shù)比為 2： 1的比例奪取出來并生成水。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。 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。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”。該工藝與標(biāo)準(zhǔn)兩轉(zhuǎn)兩吸工藝相比具有壓力損失小，產(chǎn)量高，酸純度高的優(yōu)點。 其它 [2] 硫酸生產(chǎn)過程中排放的污染物主要有含 SO SO3（酸霧）的尾氣，固體燒渣和酸泥，有毒性廢物液、廢水等。 以上幾種工藝，雖然應(yīng)燮堂提出的高濃度二 氧化硫的三轉(zhuǎn)三吸流程相對于兩轉(zhuǎn)兩吸流程有較多的優(yōu)點，但此技術(shù)缺少生產(chǎn)檢驗，并且我們?nèi)鄙傩鹿に嚨挠嘘P(guān)資料，考慮到設(shè)計的先進性和可行性，本設(shè)計確定“ 3+1”、“ 2+2”轉(zhuǎn)化流程為初選工藝方案。國外最新研