【正文】 ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + ) (418 0) ( + + )t = 化工學(xué)院化學(xué)工程系 25 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 解得 :t=312℃ 設(shè)冷流體進(jìn)口溫度為 312℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 312℃ SO2： O2： N2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ? ( + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 ,解得 :t=312℃ 故冷流體進(jìn)第一換熱器的為 312℃ 第三換熱器 冷流體進(jìn)口溫度為 40℃ ,出口溫度為 317℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 40℃ 0～ 317℃ SO2： SO2： O2： O2： N2： N2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + ) (317 0) ( + + ) (40 0) = = kJ 熱流體進(jìn)口溫度為 455℃ ,去一吸的溫度設(shè)為 180℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 180℃ 0～ 455℃ SO2： SO2： SO3： SO3： O2： O2： N2： N2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (455 0) ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 26 化工學(xué)院化學(xué)工程系 解得 :t=191℃ 設(shè)去一吸的溫度為 191℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 191℃ SO2： SO3： O2： N2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = 7377475。 ? ( + + + )t 043 = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 故去一吸的溫度為 191℃ . ,解得 :t=191℃ 第二換熱器 由上面的計(jì)算可知熱流體的熱量為： Q 熱 = 冷流體的出口溫度為 422℃，設(shè)進(jìn)口溫度為 340℃ , 由文獻(xiàn) [3]查各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 340℃ 0～422℃ 冷流體的熱量 : SO2： SO3： O2： N2： N2： SO2： SO3： O2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (422 0) ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 解得 :t=349℃ 設(shè)冷流體進(jìn)口溫度為 349℃ , 由文獻(xiàn) [3]查該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 349℃ SO2： SO3： O2： N2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ? ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 ,解得 :t=349℃ 故冷流體進(jìn)第二換熱器的為 349℃ 化工學(xué)院化學(xué)工程系 27 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 第四換熱器 冷流體進(jìn)口溫度為 60℃ ,出口溫度為 354℃ (計(jì)入熱損失 5℃ ), 由文獻(xiàn) [3]查得各溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 60℃ 0～ 354℃ SO2： SO2： SO3： O2： N2： N2： SO3： O2： Q 冷 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) (354 0) ( + + + ) (60 0) = = kJ 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 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 140℃ 0～ ℃ SO2： SO2： SO3： O2： N2： N2： SO3： O2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ( + + + ) ( 0) ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q熱 即 = ? 解得 : t=142℃ 設(shè)去一吸的溫度為 142℃ , 由文獻(xiàn) [3]查得該溫度下的平均熱容 C p kJ/(kmol℃ )： 0～ 142℃ SO2： SO3： O2： N2： Q 熱 = ∑ ni C pi ?t 1 ? ∑ ni C pi ?t 2 = ? ( + + + )t = 根據(jù)熱量平衡 : Q 冷 = Q 熱 故去二吸的溫度為 141℃ . 根據(jù)上述計(jì)算，確定的換熱流程如下圖所示： ,解得 :t=142℃ 28 化工學(xué)院化學(xué)工程系 418176。 C 410176。 C 176。 C Ⅰ 312176。 C 477176。 C 176。 C 475176。 C 176。 C 446176。 C 317176。 C Ⅲ 455176。 C 460176。 C 415176。 C 176。 C 40176。 C 自主機(jī)來 191176。 C 去一吸 ⅢⅠ ⅣⅡ流程 176。 C 142176。 C 去二吸 354176。 C Ⅳ 60176。 C 自一吸來 176。 C Ⅱ 448176。 C 349176。 C 422176。 C 換熱器換熱面積的計(jì)算 第一換熱器 熱流體： ? ?→ 477 ℃ 冷流體： 418 ← ?? 312 ℃ 159 . 8 165 t m = 165 ? = ℃ 165 ln 由前面的計(jì)算可知： 換熱量 Q = kJ / h , 化工學(xué)院化學(xué)工程系 29 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) 則 KA = Q = = 10865kJ /(h ? 176。 C ) ?t m 第二換熱器 熱流體： ? ?→ 448 ℃ 冷流體： 422 ← ?? 349 ℃ 85 . 2 99 t m = 99 ? = ℃ 99 ln 由前面的計(jì)算可知： 換熱量 Q = / h , 則 KA = Q = = 11217 kJ /(h ? 176。 C ) ?t m 第三換熱器 熱流體： 455 ? 191 ℃ ?→ 冷流體： 317 ← ?? 40 ℃ 138 151 t m = 151 ? 138 = ℃ 151 ln 138 由前面的計(jì)算可知： 換熱量 Q = / h , 則 KA = Q = = 29443kJ /(h ? 176。 C ) ?t m 第四換熱器 熱流體： ? 142 ℃ ?→ 冷流體： 354 ← ?? 60 ℃ 30 化工學(xué)院化學(xué)工程系 76 .8 82 t m = 82 ? = ℃ 82 ln 由前面的計(jì)算可知： 換熱量 Q = / h , 則 KA = Q = = 46024kJ /(h ? 176。 C ) ?t m 總換熱面積為： ∑ KA = 97550kJ /(h ? 176。 C ) 表 9 熱量衡算結(jié)果 第一換 熱器 10866 第二換熱器 11217 第三換熱器 29443 第四換熱器 46024 名稱 交換熱量 kJ/h 傳熱溫差 ℃ KA 值 kJ/(h﹒℃ ) 根據(jù)以上計(jì)算可知，通過熱量衡算計(jì)算出的熱量進(jìn)行換熱流程的組合只有一種組合方式，即Ⅲ Ⅰ－ⅣⅡ組合，僅有一種組合方式，不具有對(duì)比性，因此我們對(duì)各段操作參數(shù)重新進(jìn)行調(diào)整，然后 進(jìn)行熱量衡算如下： 各段操作參數(shù)的確定 轉(zhuǎn)化器一段床層操作參數(shù)的確定 由前面的計(jì)算可知， 0℃時(shí)的反應(yīng)熱為 ? kJ mol 假設(shè)一段出口轉(zhuǎn)化率為 72%，以 1 小時(shí)進(jìn)料量為基準(zhǔn)，對(duì)一段床層做物料衡算： 進(jìn)一段氣體量及組成： 總氣體量： n總 = n SO2 = % = nO2 = % = n N 2 = % = 出一段氣體量及組成： n SO2 = (1 ? ) = kmol 化工學(xué)院化學(xué)工程系 31 青海大學(xué)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)： 西寧地區(qū)年產(chǎn) 3 萬噸 100%硫酸轉(zhuǎn)化工序工藝初步設(shè)計(jì) n SO3 = = nO2 = ? = n N 2 = n總 = kmol 一段進(jìn)口溫度取 410℃，對(duì)第一段作熱量衡算：由文獻(xiàn) [3]查得 0～ 410℃時(shí) SO2＼ O2＼N2 的平均熱容 分別為 kJ/(kmol℃ )： 、 、 設(shè)以下反應(yīng)途徑： 1 ?H 410176。 C SO2 + O2 ??→ SO3 t 2 ?H 1 ?H 3 ↓ ↑ 1 H 0176。 C SO2 + O2 ???→ SO3 C ?2 0176。 2 反應(yīng)為絕熱操作，故 ?H = 0 ，即 ?H 1 + ?H 2 + ?H 3 = 0 進(jìn)口物料帶入的焓： H 1 = (nO2 C pO2 + n N 2 C pN 2 + n SO2 C pSO2 )?t = + + ） 0 ? 410） （ （ = ? 反應(yīng)生成焓： H 2 = H R ?n SO3 ν so3 = 10 3 = ? 1 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]查得查得 0~580℃時(shí) SO 2 的平均熱容分別為 kJ/(kmol SO O N ℃ )： 、 、 、 H 3 = ∑ ni C p i ?t = ?( + + + )t = ? 又 = ( + + + )t H 1 + ?H 2 + ?H 3 = 0 解得： t = 176。 C 由 X ? t e 平衡曲線查得： .8176。 C時(shí)， X T = % 580 32 化工學(xué)院化學(xué)工程系 則對(duì)比轉(zhuǎn)化率 R = X = = X T 絕熱溫升 λ = t 2 ? t1 ? 410 = = X 2 ? X1 ? 0 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 X T ? t e 平衡曲線查得： 176。 C時(shí)， X T