【文章內容簡介】 /℃60～7050～65淋灑酸濃度/%/9898淋灑密度/(m3/m2h)15～3015～30塔的操作速度/(m/s)～～效率/%﹥99﹥99（、《硫酸工作手冊》[2]） 我國硫酸工業(yè)的發(fā)展趨勢硫酸是個古老的行業(yè)，迄今已有260多年的歷史。在我國，由于硫酸與化肥、繼而與糧食之間的密切關系，硫酸工業(yè)在我國國民生計中占有舉足輕重的地位，一直是個備受關注的行業(yè)。改革開放以來，硫酸工業(yè)得到了迅速發(fā)展，其產(chǎn)業(yè)結構、原料構成、裝置規(guī)模、技術裝備水平、廢物排放指標全然今非昔比，正在以嶄新的面貌邁入現(xiàn)代化工的行列。雖然我國硫酸工業(yè)取得了令人矚目的成就，但是，我國只是一個硫酸生產(chǎn)大國，而不是硫酸生產(chǎn)強國。從技術方面來看，其工藝設計、設備制造、催化劑性能、廢熱回收率等與國外先進水平仍有一定的差距。因此，堅持與時俱進、堅持技術創(chuàng)新，是我國硫酸工業(yè)實現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展的唯一途徑。隨著全球經(jīng)濟一體化戰(zhàn)略的推進，我國目前這種以本國資源為主要原料、中小型企業(yè)星羅棋布的產(chǎn)業(yè)結構最終將徹底打破，取而代之的是與國際市場競爭規(guī)則相適應的體系。生產(chǎn)裝置的大型化、環(huán)保意識的極限增強、技術裝備水平的全方位提升、能源工廠設計理念的廣為接納，這些目前發(fā)達國家已經(jīng)實現(xiàn)或正在追尋的目標必將成為新世紀我國硫酸工業(yè)的現(xiàn)實[10,11,12]。 本次設計主要內容本次設計的主題是年產(chǎn)6萬噸硫酸車間干吸工段的工藝設計，根據(jù)設計要求采用了兩轉兩吸的工藝，對干吸工段進行了物料衡算和熱量衡算，并根據(jù)計算結果對此工段的主要設備干燥塔、吸收塔和換熱器進行了初步的設計。根據(jù)工藝條件及硫酸生產(chǎn)特點，此次設計中干燥塔及吸收塔擬采用填料塔。相關計算過程見第3章。第2章 工藝計算 原始數(shù)據(jù) 產(chǎn)量（以每小時產(chǎn)量為基準進行計算）本設計生產(chǎn)能力6萬噸／年，按年開車7200h計算，可知車間每小時硫酸的生產(chǎn)量為： 爐氣成分（%）SO2： ； O2 ：； N2 ：； 爐氣水分含量 進酸濃度干燥塔進酸濃度93%；出酸濃度≥%。吸收塔進酸濃度98%；出酸濃度～%。 轉化率及吸收率一次轉化率92%；二次轉化率99%；吸收率99%。 干燥塔及其循環(huán)槽的工藝計算 干燥塔及循環(huán)槽的物料衡算（1）進干燥塔氣體成分爐氣成分見下表。 進干燥塔爐氣成分項目kmol/hkg/hm3/h%SO2O2N2∑H2O（2）干燥塔出口氣體含水量，則干燥塔出口氣體含水量為：（3）吸收塔循環(huán)酸與干燥塔循環(huán)酸對串酸量設：93%硫酸—98%硫酸串酸量為x kg/h；98%硫酸—93%硫酸串酸量為y kg/h。由平衡得： （）由平衡得： （） （）將式（33）帶入式（31）： （4）循環(huán)酸量：由于塔直徑未確定，故而按酸濃度差計算循環(huán)酸量。入塔酸濃度：93% H2SO4，比重：，溫度：50，酸量：X m3/h，出塔酸濃度：%干燥塔吸水量==由物料平衡得 解得X= 采用180的酸泵干燥塔循環(huán)酸槽物料衡算結果見下表。 干燥塔循環(huán)酸槽物料衡算表進物料 kg/h出物料 kg/h%H2SO4 273879上塔循環(huán)93%H2SO4 27266698%硫酸—93%硫酸串酸量 2742093%硫酸—98%硫酸串酸量 28901∑ 301299∑ 301567 干燥塔及其循環(huán)槽的熱量衡算（1） 干燥塔的熱量衡算（以0℃為基準進行計算）①爐氣帶入熱量Q1（t=40℃）SO2帶入熱量：O2帶入熱量： N2帶入熱量： H2O帶入熱量：、～40℃時SOON2及H2O的摩爾熱容kJ/(kmolK)。②水的冷凝熱Q2 水在40℃時冷凝熱為2406kJ/kg ③入塔酸帶入熱Q3 50℃93% H2SO4的熱焓I1= ④93%酸稀釋熱Q4 （）式中：—稀釋熱，kJ/kmol H2SO4； n—對于1molH2 O所用水的摩爾水。對于濃度為C1的硫酸，當稀釋到濃度為C2時，放出的熱量按下式計算： （）式中：—每kmol H2SO4放出的熱量，kJ/kmol；—濃度分別為CC1時每mol H2SO4所含水的摩爾數(shù)。93% H2SO4→% H2SO4⑤爐氣帶出熱Q5（t=45℃）SO2帶出熱量：O2帶出熱量：N2帶出熱量：H2O帶出熱量：、～45℃時SOON2及H2O的摩爾熱容kJ/(kmolK)。⑥出塔酸帶出熱Q6和酸溫則：出塔酸的熱焓：% H2SO4 I=℃硫酸熱含量見下表。硫酸濃度%（質量）熱含量kJ/kg40℃60℃80℃92939899（2）干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算①% H2SO4帶入熱Q1②從98%% H2SO4帶入熱Q2式中：% H2SO4的熱焓kJ/kg。③混合熱Q3% H2SO% H2SO4兩種濃度的硫酸，混合成93% H2SO4。 ④上塔酸帶出熱Q4⑤串往98%酸循環(huán)槽的93% H2SO4帶出熱Q5式中：% H2SO4的熱焓kJ/kg。⑥從干燥塔冷卻器來的硫酸溫度由熱量平衡得：I= kJ/kg ：% H2SO4的溫度為t=℃℃，℃。項目干燥塔進口熱量kJ/h項目干燥塔出口熱量kJ/h爐氣帶入熱Q1爐氣帶出熱Q5水的冷凝熱Q2出塔酸帶出熱量Q6入塔酸帶入熱Q393%硫酸稀釋熱Q4入塔總熱量∑出塔總熱量∑項目帶入熱kJ/h項目帶出熱kJ/h% H2SO4帶入熱Q120653809上塔酸帶出熱Q421371561% H2SO4帶入熱Q2217550393% H2SO4帶出熱Q52265260混合熱Q3807509帶入總熱量∑23636821帶出總熱量∑23636821（1）進塔氣體成分進中間吸收塔氣體成分見下表。項目kmol/hkg/hm3/hSO2SO3O2N2∑（2）吸收SO3量（吸收率為99%）（3）出塔SO3量出中間塔氣體成分見下表。項目SO2SO3O2N2∑kmol/h（4）上塔酸量G為了便于管理，循環(huán)酸泵仍選用與干燥塔相同的酸泵（180 m3/h）酸濃：98%，比重：，溫度：55（5）出塔酸量（6）出塔酸濃度出塔酸中含SO3% H2SO4中間吸收塔物料衡算結果見下表。進物料 kg/h出物料 kg/h98% H2SO4 % H2SO4 進塔SO3氣體 出塔SO3氣體 ∑ ∑ 最終吸收塔物料衡算（1）進塔氣體成分進最終吸收塔氣體成分見下表。 進最終吸收塔氣體成分項目kmol/hkg/hm3/hSO2SO3O2N2∑（2）吸收SO3量（吸收率為99%）（3）出塔SO3量出最終吸收塔氣體成分見下表。項目SO2SO3O2N2∑kmol/h（4）上塔酸量G為了便于管理，吸收塔仍采用180 m3/h酸泵，上塔酸量同中間吸收塔酸濃：98%，比重：，溫度：55（5）出塔酸量（6）出塔酸濃度出塔酸中含SO3% H2SO4最終吸收塔物料衡算結果見下表。進物料 kg/h出物料 kg/h98% H2SO4 % H2SO4 進塔SO3氣體 出塔SO3氣體 ∑ ∑ 吸收循環(huán)槽物料衡算吸收循環(huán)槽物料衡算結果見下表。進物料kg/h出物料kg/h% H2SO4上中間吸收塔98% H2SO4% H2SO4上最終吸收塔98% H2SO493%塔串來93% H2SO4串去93%塔98% H2SO4產(chǎn)成品98% H2SO4∑∑（1）進塔氣體帶入熱量Q1（t=160℃）SO2帶入熱量：SO3帶入熱量：O2帶入熱量：N2帶入熱量：、～160℃溫度內SOSOON2的平均熱容kJ/(kmolK)。（2）入塔酸帶入熱Q2 入塔酸溫55℃，濃度98% H2SO4，熱焓：I=（3）吸收反應熱Q3式中：7013為50℃時98% H2SO4吸收氣體SO3的吸收反應熱。（4）98% % H2SO4的濃縮熱Q4式中：%及99% H2SO4的積分稀釋熱。（5）出塔氣體帶入熱量Q5（t=60℃）SO2帶入熱量：SO3帶入熱量：O2帶入熱量：N2帶入熱量：、～60℃溫度時SOSOON2的熱容kJ/(kmolK)。（6）出塔酸帶出熱Q6（7）出塔酸溫出塔酸熱焓，然后通過內插法得出塔酸溫為79℃。中間吸收塔熱量衡算結果見下表。項目進口熱量kJ/h項目出口熱量kJ/h進塔氣體帶入熱量Q1濃縮熱Q4入塔酸帶入熱Q2出塔氣體帶入熱量Q5吸收反應熱Q311080540出塔酸帶出熱Q6入塔總熱量∑出塔總熱量∑ 最終吸收塔熱量衡算（1）進塔氣體帶入熱量Q1（t=180℃）SO2帶入熱量：SO3帶入熱量：O2帶入熱量：N2帶入熱量：、～180℃溫度內SOSOON2的平均熱容kJ/(kmolK)。（2）入塔酸帶入熱Q2 入塔酸溫55℃，濃度98% H2SO4，熱焓：I=（3）吸收反應熱Q3式中：7013為50℃時98% H2SO4吸收氣體SO3的吸收反應熱。（4）98% % H2SO4的濃縮熱Q4式中：%及99% H2SO4的積分稀釋熱。（5）出塔氣體帶入熱量Q5（t=60℃）SO2帶入熱量：SO3帶入熱量：O2帶入熱量： N2帶入熱量： 、～60℃溫度時SOSOON2的熱容kJ/(kmolK)。（6）出塔酸帶出熱Q6（7）出塔酸溫出塔酸熱焓，℃。最終吸收塔熱量衡算結果見下表。項目進口熱量kJ/h項目出口熱量kJ/h進塔氣體帶入熱量Q1濃縮熱Q4入塔酸帶入熱Q2出塔氣體帶入熱量Q5吸收反應熱Q3出塔酸帶出熱Q6入塔總熱量∑出塔總熱量∑ 吸收循環(huán)槽熱量衡算為簡化計算，先設吸收塔冷卻器出口溫度為53℃。（1）中間吸收塔冷卻器來酸帶入熱Q1（2）最終吸收塔冷卻器來酸帶入熱Q2 53℃（I=）（3）93% H2SO4→98% H2SO4串酸帶入熱Q3（53℃時93% H2SO4的熱焓I=）（4）93% H2SO4→98% H2SO4串酸混合熱Q4（5）上塔酸帶出熱Q5酸溫55℃，98% H2SO4，I=。（6）串去93%塔酸帶出熱Q6（7）產(chǎn)成品酸帶出熱Q7（8）吸收塔冷卻器出口溫度t：熱平衡，℃。吸收循環(huán)槽熱量衡算結果見下表。