【文章內(nèi)容簡介】 、第二、第三、第四段反應(yīng)床層出來的氣體分別經(jīng)過第一、第二、第三、第四換熱器進行冷卻，再通入吸收塔。 主要設(shè)備選型說明 考慮到轉(zhuǎn)化器設(shè)計應(yīng)讓二氧化硫盡可能在最優(yōu)化溫度條件下反應(yīng)，最大限度的利用二氧化硫反應(yīng)放出的熱量，設(shè)備阻力既要小，又能使氣體 分布均勻。故考慮使用外部換熱型轉(zhuǎn)化器。換熱器考慮到氣體有一定腐蝕性，故選用列管式換熱器。風機選用羅茨風機 化工原材料規(guī)格及用量 進入轉(zhuǎn)化器氣體組成： SO2 占 8%， O2 占 10%， N2 占 82%。本設(shè)計采用的催化劑型號使用溫度為 400580℃，入口 SO2： %[5]。 7 第三章 轉(zhuǎn)化工序物料衡算與熱量衡算 轉(zhuǎn)化工序流程示意圖及簡要說明 圖 轉(zhuǎn)化工序流程示意圖 圖 是硫酸轉(zhuǎn)化工藝的流程，原料氣由干燥器進入換熱器，再進入轉(zhuǎn)化爐一段，再進入到第一換熱器，以此類推，直到從第四換熱器出來降溫至吸收塔。 確定各段進口溫度及轉(zhuǎn)化率 溫度與平衡轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 [6] 在 400~700℃時， 17PK T?? （ ） 式中： PK —— 平衡常數(shù) T—— 溫度 /K 平衡轉(zhuǎn)化率100 ( )PTTPTKXaXKP b aX? ?? ? （ ） 式中： a =8%—— 進轉(zhuǎn)化器的爐氣中 2SO 的濃度（ %） b=10%—— 進轉(zhuǎn)化器的爐 氣中的 2O 的濃度（ %） 第四換熱器 降溫去吸塔 第三轉(zhuǎn)化爐 第三換熱器 第四轉(zhuǎn)換爐 原 料 氣 第四換熱器 鼓風機 第三換熱器 第二換熱器 第一換熱器 第一轉(zhuǎn)化爐 第一換熱器 第二轉(zhuǎn)化爐 第二換熱器 8 P=—— 系統(tǒng)總壓力 /Kpa 取反應(yīng)溫度 T 由公式（ ）計算 PK 由公式（ ）計算 TX 試差過程： 400T? ℃ 時，由公式 17PK T??得 pK =， 由公 式100 ( )PTTPTKXaXKP b aX? ?? ?，設(shè)等式右邊 tX =，得 tX =； 同上：設(shè) tX = 得 tX =,； tX = 得 tX =； tX =得 tX =； tX = 得 tX =.； tX = 得 tX =。綜上取tX =。 依次計算得平衡轉(zhuǎn)化率與 溫度的關(guān)系列表 31。 表 31 平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系 T/℃ 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 Kp Xt/% T/℃ 500 510 520 530 540 550 560 570 580 Kp Xt/% 最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率關(guān)系 4905l g 4 .9 3 70 .5(1 )1 0 0 0 .5Txb a xxax?????????????適 取不同 x 值，計算。 9 計算得最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系列表 32。 表 32 最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 TX /% T/℃ TX /% T/℃ 確定操作線 進氣組成： 2SO 占 8%， 2O 占 10%， 2N 占 82% 確定轉(zhuǎn)化器一段進口溫度 380℃ 氣體經(jīng)每層觸媒后溫度升高，計算式是： 00()t t x x?? ? ? 表 33 二氧化硫的濃度與 ? 值的關(guān)系 2SO 濃度， % ? 2SO 濃度， % ? 2SO 濃度， % ? 2 60 6 173 10 278 3 89 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 14 378 由表 33 查得，濃度為 8%的 2SO 對應(yīng)的 ? 值為 226。 操作線溫度的確定：已知催化劑的使用溫度為 400580℃，考慮到應(yīng)使操作線盡量與最適溫度曲線靠近，且出口溫度在催化劑的使用溫度范圍內(nèi)，取原料氣的進口溫度為 380℃，四段操作線的斜率根據(jù)原理氣里 2SO 的濃度差表得 1/226。考慮到原料氣的預(yù)熱過程是依次經(jīng)歷第一、第二、第三、第四換熱器，對應(yīng)于第四、第一、第二、第三段反應(yīng)器的冷卻，所以如果考慮每個換熱器的換熱面積相當，則出口氣體冷卻降溫的溫差應(yīng)為第一段大于第二段，第二段大于第三段，按照這個 原則，分別取第一段的降溫的溫差為 65，第二段的降溫的溫差為 50，第三段的降溫溫差為 40，并且每一段轉(zhuǎn)化器的出口溫度和轉(zhuǎn)化率對應(yīng)的點都在平 10 衡曲線和最佳溫度曲線之間，由此估算得到四段反應(yīng)器的操作曲線。 各段進口溫度及轉(zhuǎn)化率 表 34 一次轉(zhuǎn)化分段轉(zhuǎn)化率和溫度 段數(shù) 一 二 三 四 轉(zhuǎn)化率 /% 99 進口溫度 /℃ 380 455 410 380 由圖 以及表 34 的數(shù)據(jù)可得： 轉(zhuǎn)化器第一段操作線方程： t=380+226(x0) 第二段操作線方程： t=455+226() 第三段操作線方程： t=410+226() 第四段操作線方程： t=380+226() 圖 四段反應(yīng)過程的 XT 關(guān)系圖 轉(zhuǎn)化工序物料衡算 本設(shè)計為 25 萬噸 /年硫酸轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計（以每小時計算），由 72 2 5 1 0 1 1 3 5 7 . 93 0 0 2 4 9 8 0 . 9 9S O K m o l?? ? ? ?? 11 可得實際進氣總量為 1357. 9 4473 .75 K m ol?? 為方便計算，本設(shè)計假設(shè)進氣總量為 1000Kmol,故在最后的計算結(jié)果上需乘上系數(shù) 1000 ? 進轉(zhuǎn)化器一段氣體量及成分 以 1000Kmol 的進氣量為標準進行計算，已知 2SO 占 8%， 2O 占 10%， 2N 占82%. O2 的進氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .1 1 0 0O km ol? ? ? 2() 100 32 3200Om kg? ? ? 2 3() 1 0 0 2 2 .4 2 2 4 0OVm? ? ? SO2 的進氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .0 8 8 0SO km ol? ? ? 2() 80 64 51 20SOm kg? ? ? 2 3() 8 0 2 2 .4 1 7 9 2SOVm? ? ? N2 的進氣量及成分： 2 1 0 0 0 0 .8 2 8 2 0N km ol? ? ? 2() 8 2 0 2 8 2 2 9 6 0Nm kg? ? ? 2 3() 8 2 0 2 2 .4 1 8 3 6 8NVm? ? ? 出一段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 . 7 5 2 ) 1 9 . 8 4S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 .7 5 2 6 0 .1 6S O km o l? ? ? 2 11 0 0 6 0 .1 6 6 9 .9 22O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 12 出二段氣體量及成分 2 8 0 ( 1 0 . 8 9 5 ) 8 . 4S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 . 8 9 5 7 1 . 6S O k m o l? ? ? 2 11 0 0 7 1 .6 6 4 .22O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 出三段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 . 9 7 1 ) 2 . 3 2S O k m o l? ? ? ? 3 8 0 0 .9 7 1 7 7 .6 8S O km o l? ? ? 2 110 0 77 .6 8 61 .1 62O k m ol? ? ? ? 2 820N kmol? 出四段氣體量及成分 2 8 0 (1 0 .9 9 ) 0 .8S O km o l? ? ? ? 3 8 0 0 .9 9 7 9 .2SO km ol? ? ? 2 11 0 0 7 9 .2 6 0 .42O k m o l? ? ? ? 2 820N kmol? 由以上計算匯總轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果于表 35。 表 35 轉(zhuǎn)換器物料衡算結(jié)果 進一段 （ kmol ） (kg ) ( 3m標 ) V(%) 2SO 8 2O 10 2N 82 ? 4474 100 出一段（進二段） （ kmol ） (kg ) ( 3m標 ) V(%) 2SO 3SO 13 2O 2N ? 100 出二段（進三段） （ kmol ） (kg ) ( 3m標 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N ? 100 出三段（進四段） （ kmol ） (kg ) ( 3m標 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N ? 100 出四段 （ kmol ） (kg ) ( 3m標 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N ? 100 14 轉(zhuǎn)化器各段的熱量衡算 氣體的摩爾熱熔量可按下式求出 ? ?2122 6 2 8 3212 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0SOTTPT T T d TC TT? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ?2132 6 2 8 3211 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0SOTTPT T T d TC TT? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? ? ?2122 6 2212 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0oTTPT T d TC TT??? ? ? ?? ?? ? ?2122 6 2212 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0NTTPT T d TC TT??? ? ? ?? ?? 轉(zhuǎn)化一段反應(yīng)熱量和出口溫度 （ 1） 進轉(zhuǎn)換器第一段氣體帶入熱量（以每小時氣量計算） 已知進一段觸媒層氣體溫度為 380℃， 所以可得各組分氣體的平均摩爾熱容： 2SO 的平均摩爾熱容： ? ?22 7 3 3 8 0 2 6 2 8 32732 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 04 4 . 9 7 / ( . )380SOPT T T d TC k J m o l K? ? ? ?? ? ? ? ? ???? 2O 的平均摩爾熱 容 ： ? ?22 7 3 3 8 0 2 6 22732 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 03 0 . 8 9 / ( . )380oPT T d TC k J m o l K? ??? ? ? ???? 2N 的平 均摩爾熱容： 15 ? ?22 7 3 3 8 0 2 6 22732 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 02 9 . 8 4 / ( . )380NPT