【正文】 二段進口各氣體質量等于一段出口各氣體質量。二段出口各氣體質量分別如下：三段進口各氣體質量等于二段出口各氣體質量。三段出口各氣體質量分別為：一轉各段進出口氣體物料平衡表如下：表 一轉物料衡算表(kg/h)SO2SO3O2N2合計一段進口一段出口二段進口二段出口三段進口三段出口 第一吸收塔一吸塔進口的氣體組成和質量與出一轉即三段轉化出口的氣體的組成和質量相同。 %SO3的吸收量進口酸溫度: 70℃ 酸密度：98% H2SO4在70℃下。一吸塔直徑取和干燥塔直徑一樣操作壓力： P=23kpa 操作溫度： 操作氣量：噴淋密度:噴淋酸量:其中 形成量 則耗水量為 出塔酸量: 其中 出塔酸濃度: 填料高度:干燥塔填料容積取9 m3/(Nm3s) 操作氣速的校核取瓷矩鞍填料 則 公稱尺寸=25mm A= 酸溫 密度 則，一吸塔的出氣量及組成如下表： 一吸塔出口氣體組成表組成SO2SO3O2N2合計Kmol/hKg/h% 二次轉化 繪制平衡曲線% ，同一轉計算方法一樣，由一吸塔出口氣體組成得出 取不同的溫度帶入平衡轉化率公式，平衡常數(shù)公式可求出關于溫度和轉化率的數(shù)據(jù)（見下表），然后數(shù)據(jù)繪制出平衡曲線圖（二十五） 二轉平衡曲線數(shù)據(jù)表 溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉化率XT溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉化率XT350360370380390400410420430490500510520530540550560570（續(xù)）440450580590460600470610480620 繪制最適宜溫度曲線與一轉的計算方法一樣平衡溫度：最佳溫度 ： 帶入a、b、P、： 最適宜溫度曲線數(shù)據(jù)表XTm/℃XTm/℃通過以上數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)，以溫度為橫坐標，平衡轉化率XT為縱坐標繪出最適宜溫度曲線（圖二十五） 絕熱操作線 同一轉計算方法一樣，第五段出口SO2含量：第五段出口O2含量：第五段出口SO3含量：第五段出口N2含量： 第五段出口SO2 SO3 O2 N2的Cpm為(溫度取平均溫度t=450℃）(kcal/kmol.℃) kcal/kmol.℃) (kcal/kmol.℃)(kcal/kmol.℃)(kcal/kmol.℃)℃其四段入口溫度460℃ X= ℃ 五段入口溫度436℃ X= ℃ ，繪制絕熱操作線(如圖二十五)。 二轉物料衡算表四段進口四段出口五段進口五段出口SO2SO3O2N2合計 各段觸媒用量的計算1. 接觸時間τ的計算:⑴ 首先根據(jù)絕熱操作線方程分別求出各絕熱線上轉化率對應的溫度；⑵ 根據(jù)溫度求出相應的反應速率常數(shù)和平衡常數(shù)Kp。⑶ 將前面算出的各段對應的a,b,K,Kp分別帶入向德輝經(jīng)驗模型動力學方程： 求出各轉化率下的的值數(shù)據(jù)列于下表: 一段催化劑對應轉化率下的的值數(shù)表X 二段催化劑對應轉化率下的的值數(shù)表X 三段催化劑對應轉化率下的的值數(shù)表Xx0x 五段催化劑對應轉化率下的的值數(shù)表X⑷ 利用上面的數(shù)據(jù)，以轉化率為橫坐標，為縱坐標作圖（圖二十六至圖三十一）。⑸ 對所作曲線從每段進口至該段出口積分，曲線瞎的面積即為所要計算的觸媒理論接觸時間τ⑹ 每段索得到的理論接觸時間為:第一段：；第二段：；第三段：；第四段：；第五段：。2. 觸媒用量的計算： 各絕熱段所需虛擬接觸時間（觸媒用量）用下式計算: 式中：C2—熱衰頹校正系數(shù)。 (是反應絕熱層的出口最高溫度，℃；)第一段：第二段：第三段：第四段：第五段：C3 —毒物校正系數(shù). 。第一段取較大值,最后一段取較小值,其他各段取中間值。第一段至第五段分別??；；；； 。C4 — 氣流不均勻系數(shù)， 其中：D是反應器直徑，m；H是絕熱段催化劑層高，m.A是該絕熱段的分層數(shù)，通常情況下是1，某些情況下是2.入轉化的氣量為：,這里取，由此得出轉化器的截面積 轉化器的直徑為 ,因此求出 分別假設催化床層高度 各段用量： 各段催化劑層高度為：第一段：第二段：第三段：第四段：第五段： 換熱器及換熱面積的計算本設計采用“3+2”五段轉化工藝。轉化器一段出來約590℃的爐氣經(jīng)過高溫過熱器換熱，℃后進入轉化器二段觸媒層繼續(xù)進行二氧化硫的催化氧化反應；出轉化器二段的溫度為529. 2℃的氣體進入第一換熱器后與來自一吸塔并經(jīng)過第Ⅱ換熱器（冷換熱器）預熱氣體換熱，℃后與進入轉化器的三段觸媒層反應?！?，經(jīng)第Ⅱ換熱器和第一省煤器換熱后的氣體溫度降至160℃后進入第一吸收塔進行吸收。出一吸塔約80℃的氣體經(jīng)塔頂酸除霧器除去酸霧，依次通過第Ⅱ換熱器、℃；進入轉化器四段進行二次轉化；℃的氣體經(jīng)第一低溫換熱器換熱后溫度降為436℃，進入轉化器五段進行轉化；℃后經(jīng)第二低溫過熱器和第二省煤器回收熱能后進入第二吸收塔，此時氣體的溫度為160℃。塔內用98%的硫酸吸收其中的SO3，尾氣經(jīng)塔頂除霧器除霧后從煙囪放空。 高溫過熱器管程：一段出口氣體 殼程： 冷凝水 高溫過熱器管程流體數(shù)據(jù)表SO2SO3O2N2Cpm1(t1=5900C)Cpm2(t2=)v%%%%% 同理 氣體—水的傳熱系數(shù)為10240kcal/()⑧,取K=150 kcal/()則換熱面積為： 第Ⅰ換熱器管程：二段出口氣體 殼程：一吸塔出口氣體 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=)Cpm2(t2=)v%%%%% 換熱器的傳熱系數(shù)，()⑧,取K=()換熱面積 第Ⅱ換熱器管程：三段出氣體 殼程：一吸塔出口氣體 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=)Cpm2(t2=3040C)v%%%%% ，同理：換熱面積 第Ⅰ省煤器管程：三段出口氣體 殼程：冷凝水 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=3040C)Cpm2(t2=1600C)v%%%%% ，同理：換熱面積 第Ⅰ低溫過熱器管程：四段出口氣體 殼程：冷凝水 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=)Cpm2(t2=4360C)v%%%%% ，同理：換熱面積 第Ⅱ低溫過熱器管程：五段出口氣體 殼程：冷凝水 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=)Cpm2(t2=3100C)v%%%%% ，同理：換熱面積 第Ⅱ省煤器管程：五段出口氣體 殼程：冷凝水 SO2SO3O2N2Cpm1(t1=3100C)Cpm2(t2=1600C)v%%%%% ，同理：換熱面積。 第二吸收塔二吸塔進口的氣體組成和質量與出二轉即五段轉化器出口的氣體的組成和質量相同。% SO3的吸收量 合計: 進口酸溫度: 70℃ 酸濃度：98% H2SO4在70℃下，密度為。干燥塔直徑取和干燥塔直徑一樣操作壓力 操作溫度操作氣量：噴淋密度:噴淋酸量: 其中 形成量則耗水量為出塔酸量: 其中 出塔酸濃度: 填料高度:干燥塔填料容積取9 m3/(Nm3s)則，二吸塔的出氣量及組成入下表： 二吸塔出口氣體組成表組成SO2SO3O2N2合計Kmol/h（續(xù)）Kg/h% 吸收水平衡 精硫帶入水量： 空氣帶入水量：產品酸耗水量：1t的100% 需要 產品酸濃度為98% ，則1t的100% H2SO4稀釋成98%的H2SO4需要水量為：則每小時需要水： 干燥吸收水量：補水量：二吸塔出口尾氣組成： 量： 量：尾氣量： 設計取尾氣的溫度為：75℃，則其操作氣量為：尾氣濃度： 硫酸霧濃度： 按《大氣污染物綜合排放標準》（GB16297——1996）表2：新污染源大氣污染物排放限值，二氧化硫最高允許排放濃度是550mg/m3。硫酸霧最高允許排放濃度為45mg/m3,該裝置設在一般工業(yè)區(qū)域的二類區(qū)，執(zhí)行二級標準。因此去排氣筒高度為50米【14】。第三章 非工藝部分 主要技術經(jīng)濟指標副產蒸汽量: 以每生產一噸100%的硫酸的消耗何產出為計算指標，則生產硫酸需消耗原料量見下表： 每噸100%硫酸原料消耗表原料消耗量/t原料價格（元/噸）合計（元）S0．3351800603H2O0．12721．70．22空氣來源于空氣 無成本從前面計算看出,硫磺在燃燒過程中會放出大量的熱。這些熱是很好的能源,不能把它浪費了,因此早進入轉化器之前先用13%的原高溫爐氣來進行混合換熱,待氣體溫度達到轉化器一段進口溫度后再進入轉化器反應。其反應如下:則焚硫產生的熱量為:產生中壓蒸汽所需要的熱量:Q/=Q87%== kJ/h查《化工原理》(上)附表9水的飽和蒸汽壓表,=℃。汽化熱為r=,所以焚硫過程中所產生的蒸汽量為:所以副產蒸汽量為:。 環(huán)境保護【15】 在本裝置中,由于采用了以硫磺為原料制取硫酸,因此在生產過程中產生的三廢主要是以廢氣為主，化工廠的各個生產環(huán)節(jié)都會產生并排放出廢氣主要是由化學反應中產生的副反應和反應進行不完全所產生，此外，還有少量的廢渣和廢水，化工廢渣是主要是一些化學工業(yè)生產過程中產生的固體和泥漿廢棄物，包括化工生產過程中排出的不合格的產品，副產物，廢催化劑，廢溶劑以及廢水處理產生的污泥等。 由于化學工業(yè)是環(huán)境污染較為嚴重的部門，因此環(huán)境保護對于化學行業(yè)來說是非常重要的，也是必須的。參考文獻[1] [J].硫酸設計,1999年第四期:1215.[2] ,[J].硫酸工業(yè)，2003[3] [J].2005年全國硫酸工業(yè)技術交流會論文集。3842.[4] 王和國 釩催化劑在二氧化硫氧化反應中的作用. [5] 陳鐘秀,顧飛燕,，[M].第二版,北京:化學工業(yè)出版社,.[6] 年第3 期.[7] “3+1”與“3+2”兩種轉化工藝分析[J].硫磷設計與粉體工程,2002年第5期。3437.[8][J].硫酸工業(yè),