【文章內(nèi)容簡介】 b aX? ?? ? 公式 (見《 化工工藝工程設(shè)計 》 鄒蘭，閻傳智 編 ) 公式（ ） 式中： a =8%—— 進轉(zhuǎn)化器的爐氣中的 SO2的濃度（ %） b =10%—— 進轉(zhuǎn)化器的爐氣中的 O2的濃度（ %） P =—— 系統(tǒng)總壓力 ∕ aKP 取反應溫度 T 凈化干燥后的氣體 Ⅰ ,Ⅲ換熱器殼程 轉(zhuǎn)化器一層觸媒 Ⅰ換熱器管程程 轉(zhuǎn)化器二層觸媒 Ⅱ換熱器管程 轉(zhuǎn)化器三層觸媒 Ⅲ換熱器管程 SO3 冷卻器 Ⅳ，Ⅱ換熱器殼程 轉(zhuǎn)化器四層觸媒 Ⅱ，Ⅳ換熱器管程 由公式（ ） 計算 Kp 由公式（ ） 計算 TX 依此計算得平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系 列表： 表 1 平衡轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系 T ∕℃ 400 420 440 460 480 500 520 540 560 580 XT∕％ 最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 ? ?4905l g 3710 0 Txb axxax????????????適 公式 (見《 化工工藝工程設(shè)計 》 鄒蘭，閻傳智 編 ) 公式（ ） 取不同 x 值，計算。 計算得最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 列表： 表 2 最適宜溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系 XT∕％ T適 ∕℃ 確定操作線 進氣組成： SO2占 %， O2占 %， N2占 % 所選取 釩催化劑的起燃溫度為 360℃ ， 確定 轉(zhuǎn)化器一段進口溫度 390℃ ，而 氣體經(jīng)每層觸媒后溫度升高，計算式是： ? ?00t t x x?? ? ? 公式 (見《 化工工藝工程設(shè)計 》 鄒蘭， 閻傳智 編 ) 公式（ ） SO2 絕熱溫升系數(shù) ? 的計算： 轉(zhuǎn)化器二氧化硫濃度與與絕熱溫升系數(shù)的關(guān)系為： 68 2 4aa? ? ? ? ? ? 公式（ ） 式中 a 為二氧化硫的初始氣體百分比濃度， R 為復相光系數(shù)。 公式（見文獻《二 氧化硫氧化反應絕熱溫升系數(shù)的計算》，角仕榮，萬鼎麟） 依據(jù)上述公式，一段觸媒入口 SO2 絕熱溫升系數(shù) ? 為 所以 ， 依據(jù)公式（ ）計算可得： 濃度為 %的 SO2對應的 λ 值為 ，為考慮冶煉煙氣制酸 SO2 濃度波動大，并保留一定設(shè)計余量的因素，實際絕熱溫升系數(shù) λ 需進行適量增大，所以實際的 λ 取值為： 29 9 *1 .1 14 32 0* 14?? ???實 際 操作線溫度的確定： 已知 轉(zhuǎn)化器一段表面為 VK59 觸媒，中 下部為 VK38 觸媒， 起燃溫度 分別為 320℃和 360℃，使用的溫度為 370~500℃和 400~630℃ ℃，考慮到 冶煉煙氣制酸 SO2 濃度波動較大的特點， 使操作線盡量與最適溫度曲線靠近， 同時 口溫度在催化劑的使用溫度范圍內(nèi)，取 轉(zhuǎn)化器一段 的進口溫度為 390℃，慮到 轉(zhuǎn)化煙氣 的預熱過程是依次經(jīng)過第一、第二、第三、第四換熱器，對應于第四、第一、第二、第三段反應器的冷卻，所以如果考慮每個換熱器的換熱面積相當，則 各段觸媒 出口氣體冷卻降溫的溫差應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 至二段 的降溫的溫差為 164，第二段 至三段 的降溫溫差為 71，第三段 至四段 的降溫的溫差為 45，并且每一段轉(zhuǎn)化器的出口溫度和轉(zhuǎn)化率對應的點都在平衡曲線和最佳溫度曲線之間，由此估算得到 轉(zhuǎn)化器各段 觸媒 的操作曲線。 各段進口溫度及轉(zhuǎn)化率 表 3 兩次 轉(zhuǎn)化分段轉(zhuǎn)化率和溫度 觸媒段數(shù) 一 二 三 四 轉(zhuǎn)化率 ∕％ 95 進口溫度 ∕℃ 390 445 445 420 進口濃度 % 絕熱溫升系數(shù) λ 出口溫度 /℃ 由 公式 以及表 3 的數(shù)據(jù)可得： 轉(zhuǎn)化器第一段操作線 方程： ? ?390 32 5. 5 0. 67 5tx? ? ? 第二段操作線方程 ： ? ?445 32 5. 5 0. 88 5tx? ? ? 第三段操作線方程 ； ? ?445 32 5. 5 0. 95 0tx? ? ? 第四段操作線方程 ； ? ?420 32 5. 5 0. 99 8tx? ? ? 圖 2 四段反應過程的 XT 關(guān)系圖 轉(zhuǎn)化工序物料衡算 本設(shè)計 按照 硫酸產(chǎn)量 40 萬噸 /年 （ 100% H2SO4）， 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)工藝設(shè)計 轉(zhuǎn)化系統(tǒng)處理風量為 122315Nm3/h， 二氧化硫轉(zhuǎn)化率≥ %，可得到每小時 SO2 氣體 mol 為便于設(shè)計計算，取轉(zhuǎn)化系統(tǒng) 1 小時的進風量 122315Nm3 進行計算，已知 SO2占%， O2占 %， N2占 %， CO2 為 %， H2O 為 ，其中 CO2 和H2O 不參與轉(zhuǎn)化反應，為便于計算，將兩者組分份額歸并至 N2 組分計算，所以假設(shè) N2占 % 進轉(zhuǎn)化器一段氣體量及成分 以 122315 的進氣總量為標準進行計算，已知 SO2占 %， O2占 %， N2占 %，可得煙氣總摩爾量為 () 12 23 15 22 .4 54 60 .49 K m olG ? ? ?總，則 對于 2O 組分有： ( 2 ) 54 60 .4 9 0. 10 22 8 55 8. 50On k m ol? ? ? 2() 55 8. 50 32 17 87 2Om k g? ? ? 2 3() 1 2 2 3 5 1 0 .1 0 2 2 8 1 2 5 1 4 .0 6OVm? ? ? 對于 2SO 組分有：( 2 ) 54 60 .4 9 0. 10 56 2 57 6. 74SOn k m ol? ? ? 2() 64 k g? ? ? 2 3() 122 351 056 2 129 22. 71SOVm? ? ? 對于 2N 組分有：( 2 ) 54 60 .4 9 0. 79 21 8 43 25 .6 9Nn k m ol? ? ? 2() 28 k g? ? ? 2 3() 122 351 921 8 969 24. 01NVm? ? ? 項目 硫酸年產(chǎn)量 年生產(chǎn)天數(shù) SO2 濃度 成品酸濃 轉(zhuǎn)化率 吸收率 轉(zhuǎn)化 系統(tǒng) 進 風量 單位 萬噸 /年 天 % % % % Nm3/h 數(shù)值 300 % % % % 122315 出一段氣體量及成分 已知煙氣在一段觸媒轉(zhuǎn)化率為 %，可得出一段氣體組分和摩爾量為： 2 ( 1 ) k m ol? ? ? ? 3 57 6. 74 0. 67 5 38 9. 30SO k mol? ? ? 2 15 5 8 . 5 0 3 8 9 . 3 0 3 6 3 . 8 52O k m o l? ? ? ? 2 kmol? 出二段氣體量及成分 已知煙氣在二段觸媒轉(zhuǎn)化率為 %，可得出二段氣體組分和摩爾量為： 2 (1 ) k m ol? ? ? ? 3 57 6. 74 0. 88 5 51 0. 41SO k mol? ? ? 2 15 5 8 . 5 0 5 1 0 . 4 1 3 0 3 . 3 02O k m o l? ? ? ? 2 kmol? 出三段氣體量及成分 已知煙氣在三段觸媒轉(zhuǎn)化率為 %，可得出三段氣體組分和摩爾量為： 2 57 6. 74 (1 0. 95 ) 28 .8 4SO k m ol? ? ? ? 3 57 4 5 54 0SO k mol? ? ? 2 15 5 8 . 5 0 5 4 7 . 9 0 2 8 4 . 5 52O k m o l? ? ? ? 2 kmol? 進四 段氣體量及成分 已知煙氣在三段觸媒轉(zhuǎn)化率為 %，出三段以后的煙氣完成一次轉(zhuǎn)化的過程，并進入一吸塔生的 SO3 以 %的吸收率被吸收，而后返回轉(zhuǎn)化工序，假設(shè)一次轉(zhuǎn)化生成的 SO3 在一吸塔內(nèi)被 100%吸收，且 SO2 和 O2 在一吸塔內(nèi)的溶解量為 0，則可得出三段氣體組分和摩爾量為： 2 57 6. 74 (1 0. 95 ) 28 .8 4SO k m ol? ? ? ? 3 0SO kmol? 2 15 5 8 . 5 0 5 4 7 . 9 0 2 8 4 . 5 52O k m o l? ? ? ? 2 kmol? 出四段氣體量及成分 已知煙氣在四段觸媒轉(zhuǎn)化率為 %，可得出四段氣體組分和摩爾量為： 2 57 6. 74 (1 0. 99 8 ) 1. 15SO k m ol? ? ? ? 3 ( ) k m ol? ? ? ? 2 15 5 8 . 5 8 5 7 6 . 7 4 0 . 9 9 8 2 7 0 . 7 92O k m o l? ? ? ? ? 2 kmol? 由以上計算匯總 轉(zhuǎn)化器物料 衡算結(jié)果于表 5 表 5 轉(zhuǎn)化器物料衡算結(jié)果 進一段 （ （ （ （％） ） ） ） SO2 O2 N2 ∑ 100 出一段（進二段） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 出二段（進三段） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 出三段（進一吸塔） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 進四段（出一吸塔） SO2 SO3 O2 N2 ∑ 出四段 SO2 SO3 O2 N2 ∑ 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 212 6 2 8 3221( 2 5 .7 4 5 .8 1 0 3 8 .1 1 0 0 .8 6 1 1 0 )TTPSOT T T d TC TT? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? 212 6 2 8 3321( 1 5 .0 9 1 5 .2 1 0 1 2 0 .7 1 0 3 .6 2 1 0 )TTPSOT T T d TC TT? ? ?? ? ? ? ? ?? ?? 212 6 2221( 2 5 .7 4 1 .3 0 1 0 3 .8 6 1 0 )TTPOT T d TC TT??? ? ? ?? ?? 2122 6 221( 2 7 .1 8 0 .5 9 1 1 0 0 .3 3 8 1 0 )TTPNT T d TC TT??? ? ? ?? ?? 轉(zhuǎn)化一段反應熱量和出口溫度 (1)進轉(zhuǎn)化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 390℃ ， 所以可得各組分 氣體的平均摩爾熱容： SO2的平均摩爾熱容： 273 390 2 6 2 8 32732( 10 10 10 ) / ( )390P SOT T T dTC k J m ol K? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ?? O2的平均摩