【正文】 制開(kāi)發(fā)的 SH型寬溫抗毒 SO1 氧化制硫酸催化劑和含銫催化劑 [4]，對(duì)于硫酸轉(zhuǎn)化的效果很好，但是考慮到設(shè)計(jì)的需要和經(jīng)濟(jì)方面的投入，本設(shè)計(jì)采用國(guó)產(chǎn)催化劑。因此，本設(shè)計(jì)不采用上述介紹的方法確定操作參數(shù)?！?)： 0～ 448℃ SO2： SO3： O2： N2： 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 24 化工學(xué)院化學(xué)工程系 0～ ℃ SO2： SO3： O2： N2： kJ 97253372. 0)( 4 4 8) .6 0 0 2 5 (0)( 5 0 7 .2)( 5 .6 0 0 2 5Q 212????????????????????? ?? tCntCn piipii換 第三換熱器的計(jì)算 進(jìn)出口氣體中 各組分的量： SO2： SO3 ： kmol O2： N2： 進(jìn)換熱器氣體的溫度為 455℃，去一吸的溫度為 180℃（計(jì)入熱損失 5℃ ）， 由 文獻(xiàn) [3]查 各溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmol℃ )： 0～ 60℃ SO2： SO3： O2： N2： 0～ 354℃ SO2： SO3： O2： N2： kJ 17 8 3 7 7 7 .1 9 7 8 5 7 5 2 40)( 6 0) .0 3 5 3 (0)( 3 5 4)( 3 .0 3 5 3Q 21??????????????????????? ?? tCntCn piipii冷 熱流體進(jìn)口溫度為 ℃ ,去一吸的溫度設(shè)為 140℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得 各溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmolC 176?！?)： 、 、 、 ? ?? ?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(shí)， 化工學(xué)院化學(xué)工程系 33 ??? TXXR則對(duì)比轉(zhuǎn)化率 絕熱溫升 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 520℃，由 平衡曲線查得：eT tX ? % ?? TXC 時(shí)， 7 , 2 ??????? TRXXRR ，則取因?yàn)? Ctt ??? ??? 11 解得可由一段絕熱溫升 ? 對(duì)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 )( ???? km o ln SO ??? k m o ln O ???? kmolnN ? kmoln 497?總 二段進(jìn)口溫度取 492℃， 對(duì)第二段作熱量衡算： 由文獻(xiàn) [3]查得 0~492℃時(shí) SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmolC 176。℃ )： 0～ 191℃ SO2： SO3： O2： N2： 1 5 5 0 8 .1 9 4 7 3 7 7 4 7 5)( 3 . 0 3 5 30437 3 7 7 4 7 5Q 21?????????????? ??t。℃ )： 、 、 、 出口物料的焓： ? ?tttpCnH ii3?????????????? 反應(yīng)為絕熱操作，故 0??H ，即 0321 ?????? HHH Ct ?? ： 平衡曲線查得：由 eT tX ? ?? TXC 時(shí)， 則 ??? TXXR 12 ?????? XX tt? 各段的操作參數(shù)如下表示： 表 6 各段操作參數(shù) 轉(zhuǎn)數(shù) 段數(shù) 進(jìn)口溫度 出口溫度 分轉(zhuǎn)化率 絕熱溫升 對(duì)比率 R 總轉(zhuǎn)化率 一轉(zhuǎn) 一 410 二 47５ 三 44６ 460 240 二轉(zhuǎn) 四 41５ 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 22 化工學(xué)院化學(xué)工程系 物料衡算結(jié)果 列于下表中 ： 表 7 物料衡算結(jié)果 熱量衡算 需熱量的計(jì)算 由鼓風(fēng)機(jī)來(lái)的氣體中各組分的量： 以 1h 進(jìn)料量作為計(jì)算基準(zhǔn)，對(duì)各個(gè)換器熱器進(jìn)行熱量衡算： SO2： O2： N2： 鼓風(fēng)機(jī)出口溫度為 40℃，一段進(jìn)口溫度為 418℃（計(jì)入熱損失 13℃ ）， 由 文獻(xiàn) [3]查 得 各溫度下的平均熱容 pC kJ/(kmol當(dāng)二段進(jìn)口狀態(tài)點(diǎn)確定后，用第二類(lèi)條件式 0,0 ???? i i?確定二段出口狀態(tài)點(diǎn)。 已知：硫鐵礦焙燒爐出口氣體組成： SO2： 12%， SO3： %，其余為 N2 ﹑ O2﹑ H2O 凈化收率： %，吸收率： %，總轉(zhuǎn)化率： % 每年的工作日是 300 天，二氧化硫的進(jìn)口濃度為 %，則 hk m oln SOH 742 ?????? hk m olnn SOSO ?????? 凈化前： hk m oln SO ???? hk m o ln SO 3 5 8 4 4 0 3 ??? 凈化后： hk m oln SO ???? 03 ?SOn 氣體總流量： hk m oln % ??總 硫鐵礦焙燒的反應(yīng)方程式為： 2322 82114 SOOFOSF ee ??? 理論耗氧量： hk m oln O ??? 實(shí)際耗氧量： 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 12 化工學(xué)院化學(xué)工程系 hk m oln O ????????? ?? 西寧地區(qū)空氣中的 O2 含量為 %， N2的含量為 % 實(shí)際耗氧所對(duì)應(yīng)的 N2 量： hk m oln N ??? 設(shè)未反應(yīng)的 O2量為剩余2On： %% 22??????剩余剩余 Oo nn 解得： hkm oln O ?剩余 ； hk m oln N ) (2 ????總 因此進(jìn)口氣體的組成為： % ??y N ； % 707 ??y O ； % ?yso 催化劑的選擇 目前大多數(shù)廠家所使用的催化劑均為以五氧化二釩為活性組分的釩催化劑，中國(guó)生產(chǎn)的釩催化劑主要有 S10 S10 S10 S10 S10 S109 等型號(hào)。對(duì)于“ 2+1”三段轉(zhuǎn)化的流程的一次轉(zhuǎn)化分二段進(jìn)行，而二次轉(zhuǎn)化分一段進(jìn)行，由于該流程所達(dá)到的轉(zhuǎn)化率較低，國(guó)內(nèi)一般都不采用。 1. 3 設(shè)計(jì)任務(wù)的依據(jù) 本選題是由指導(dǎo)老師根據(jù)畢業(yè)設(shè)計(jì)的要求，結(jié)合我們?cè)诟屎庸I(yè)園區(qū)青海珠峰鋅業(yè)公司實(shí)習(xí)的情況下，選擇針對(duì)高海拔地區(qū)的自然條件和氣候 ,進(jìn)行硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝的初步設(shè)計(jì)而選定的。丹麥 TOPSE公司于1996 年開(kāi)發(fā) VK69 新型含銫催化劑，該催化劑改進(jìn)了載體，使用新型粘合劑，提高了催化劑的孔隙率；外形采用菊形，同一直徑下比表面積比環(huán)形大約 倍；催化劑中 V2O5含量提高 25%，銫的存在保證了釩活性 [4]。 接觸法制酸的生產(chǎn)過(guò)程包含以下三個(gè)基本工序： 第一、由含硫原 料制取含二氧化硫氣體。 在火、炸藥及國(guó)防工業(yè)中，濃硫酸用于制取硝化甘油、硝化纖維、三硝基甲苯等炸藥。純硫酸一般為無(wú)色透明的油狀液體，分子量為 。 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。其中，硫鐵礦制酸 1600萬(wàn)噸，占 %；冶煉煙氣制酸 1100 萬(wàn)噸，占 %；硫磺制酸 2540 萬(wàn)噸，占 %；其他 60萬(wàn) 化工學(xué)院化學(xué)工程系 3 噸，占 %。轉(zhuǎn)化流程主要有“一轉(zhuǎn)一吸”和“兩轉(zhuǎn)兩吸”兩大類(lèi)，“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(guò)排放標(biāo)準(zhǔn)，因此該工藝已逐漸被淘汰。間壁式換熱器又可分為管殼式和板殼式換熱器兩類(lèi) ,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(zhǎng)期的操作過(guò)程中積累了豐富的經(jīng)驗(yàn) ,其設(shè)計(jì)資料比較齊全 ,在許多國(guó)家都有了系列化標(biāo)準(zhǔn)。青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 8 化工學(xué)院化學(xué)工程系 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(lèi)。經(jīng)羅茨鼓風(fēng)機(jī)升壓后送入第Ⅲ換熱器與轉(zhuǎn)化器三段床層出來(lái)的熱的轉(zhuǎn)化氣進(jìn)行熱量交換，然后進(jìn)入第Ⅰ換熱器與一段床層的熱氣體進(jìn)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(jìn)行轉(zhuǎn)化反應(yīng)， SO2轉(zhuǎn)化率達(dá) 72%，氣體溫度升到 ℃后，進(jìn)入第Ⅰ換熱器與冷氣體進(jìn)行換熱 ,氣體經(jīng)換熱后溫度降低到 475℃，然后氣體進(jìn)入第二段床層繼續(xù)進(jìn)行轉(zhuǎn)化。在設(shè)計(jì)反應(yīng)器時(shí)，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(jìn)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?！?)： 、 、 設(shè)以下反應(yīng)途徑： 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè) 計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬(wàn)噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 16 化工學(xué)院化學(xué)工程系 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 0~580℃時(shí) SO SO O N2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol根據(jù)經(jīng)驗(yàn)本設(shè)計(jì)考慮的熱損失為 45℃。C自一吸來(lái)142 176。C去一吸418 176。C317 176。CⅢⅡⅣⅠ477 176。 第一換熱器 由上面的計(jì)算可知熱流體的熱量 為： Q 熱 = 由一吸來(lái)的氣體中 各組分的量： SO2： SO3 ： kmol O2： N2： 冷流體的出口溫度為 418℃，設(shè)進(jìn)口溫度為 300℃ , 由 文獻(xiàn) [3]查 得 0～ 418℃時(shí)的平均熱容 pC kJ/(kmol℃ )： 、 、 、 設(shè)計(jì)以下反應(yīng)途徑： CSOOSOCHHtSOOSOCHH??? ????????? ??????021021475322313222 　　　　　　　　　　　　　　　　　　 進(jìn)口物料所帶入的焓： ? ? ? ?? ?kJtpCnH ii1?????????????????????? ? ? kJso nHH SOR 284 51 3323 ??????????? ? 出口溫度為 510℃ ， 由 文獻(xiàn) [3]查得 0~510℃ 時(shí) SO SO O N2的平均熱容分別為 kJ/(kmol