【正文】 二段進(jìn)口各氣體質(zhì)量等于一段出口各氣體質(zhì)量。二段出口各氣體質(zhì)量分別如下：三段進(jìn)口各氣體質(zhì)量等于二段出口各氣體質(zhì)量。三段出口各氣體質(zhì)量分別為：一轉(zhuǎn)各段進(jìn)出口氣體物料平衡表如下：表 一轉(zhuǎn)物料衡算表(kg/h)SO2SO3O2N2合計(jì)一段進(jìn)口一段出口二段進(jìn)口二段出口三段進(jìn)口三段出口 第一吸收塔一吸塔進(jìn)口的氣體組成和質(zhì)量與出一轉(zhuǎn)即三段轉(zhuǎn)化出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。 %SO3的吸收量進(jìn)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(jì)Kmol/hKg/h% 二次轉(zhuǎn)化 繪制平衡曲線% ，同一轉(zhuǎn)計(jì)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(zhuǎn)化率公式，平衡常數(shù)公式可求出關(guān)于溫度和轉(zhuǎn)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(zhuǎn)平衡曲線數(shù)據(jù)表 溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT350360370380390400410420430490500510520530540550560570（續(xù)）440450580590460600470610480620 繪制最適宜溫度曲線與一轉(zhuǎn)的計(jì)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(biāo)，平衡轉(zhuǎn)化率XT為縱坐標(biāo)繪出最適宜溫度曲線（圖二十五） 絕熱操作線 同一轉(zhuǎn)計(jì)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(zhuǎn)物料衡算表四段進(jìn)口四段出口五段進(jìn)口五段出口SO2SO3O2N2合計(jì) 各段觸媒用量的計(jì)算1. 接觸時(shí)間τ的計(jì)算:⑴ 首先根據(jù)絕熱操作線方程分別求出各絕熱線上轉(zhuǎn)化率對應(yīng)的溫度；⑵ 根據(jù)溫度求出相應(yīng)的反應(yīng)速率常數(shù)和平衡常數(shù)Kp。⑶ 將前面算出的各段對應(yīng)的a,b,K,Kp分別帶入向德輝經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛣?dòng)力學(xué)方程： 求出各轉(zhuǎn)化率下的的值數(shù)據(jù)列于下表: 一段催化劑對應(yīng)轉(zhuǎn)化率下的的值數(shù)表X 二段催化劑對應(yīng)轉(zhuǎn)化率下的的值數(shù)表X 三段催化劑對應(yīng)轉(zhuǎn)化率下的的值數(shù)表Xx0x 五段催化劑對應(yīng)轉(zhuǎn)化率下的的值數(shù)表X⑷ 利用上面的數(shù)據(jù)，以轉(zhuǎn)化率為橫坐標(biāo)，為縱坐標(biāo)作圖（圖二十六至圖三十一）。⑸ 對所作曲線從每段進(jìn)口至該段出口積分，曲線瞎的面積即為所要計(jì)算的觸媒理論接觸時(shí)間τ⑹ 每段索得到的理論接觸時(shí)間為:第一段：；第二段：；第三段：；第四段：；第五段：。2. 觸媒用量的計(jì)算： 各絕熱段所需虛擬接觸時(shí)間（觸媒用量）用下式計(jì)算: 式中：C2—熱衰頹校正系數(shù)。 (是反應(yīng)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(yīng)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(zhuǎn)化的氣量為：,這里取，由此得出轉(zhuǎn)化器的截面積 轉(zhuǎn)化器的直徑為 ,因此求出 分別假設(shè)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(jì)算本設(shè)計(jì)采用“3+2”五段轉(zhuǎn)化工藝。轉(zhuǎn)化器一段出來約590℃的爐氣經(jīng)過高溫過熱器換熱，℃后進(jìn)入轉(zhuǎn)化器二段觸媒層繼續(xù)進(jìn)行二氧化硫的催化氧化反應(yīng)；出轉(zhuǎn)化器二段的溫度為529. 2℃的氣體進(jìn)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(yù)熱氣體換熱，℃后與進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的三段觸媒層反應(yīng)?！妫?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(jìn)入第一吸收塔進(jìn)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(jìn)入轉(zhuǎn)化器四段進(jìn)行二次轉(zhuǎn)化；℃的氣體經(jīng)第一低溫?fù)Q熱器換熱后溫度降為436℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器五段進(jìn)行轉(zhuǎn)化；℃后經(jīng)第二低溫過熱器和第二省煤器回收熱能后進(jìn)入第二吸收塔，此時(shí)氣體的溫度為160℃。塔內(nèi)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(jìn)口的氣體組成和質(zhì)量與出二轉(zhuǎn)即五段轉(zhuǎn)化器出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。% SO3的吸收量 合計(jì): 進(jìn)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(jì)Kmol/h（續(xù)）Kg/h% 吸收水平衡 精硫帶入水量： 空氣帶入水量：產(chǎn)品酸耗水量：1t的100% 需要 產(chǎn)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(shí)需要水： 干燥吸收水量：補(bǔ)水量：二吸塔出口尾氣組成： 量： 量：尾氣量： 設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)》（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(shè)在一般工業(yè)區(qū)域的二類區(qū)，執(zhí)行二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。因此去排氣筒高度為50米【14】。第三章 非工藝部分 主要技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)副產(chǎn)蒸汽量: 以每生產(chǎn)一噸100%的硫酸的消耗何產(chǎn)出為計(jì)算指標(biāo)，則生產(chǎn)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(jià)格（元/噸）合計(jì)（元）S0．3351800603H2O0．12721．70．22空氣來源于空氣 無成本從前面計(jì)算看出,硫磺在燃燒過程中會(huì)放出大量的熱。這些熱是很好的能源,不能把它浪費(fèi)了,因此早進(jìn)入轉(zhuǎn)化器之前先用13%的原高溫爐氣來進(jìn)行混合換熱,待氣體溫度達(dá)到轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口溫度后再進(jìn)入轉(zhuǎn)化器反應(yīng)。其反應(yīng)如下:則焚硫產(chǎn)生的熱量為:產(chǎn)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(chǎn)生的蒸汽量為:所以副產(chǎn)蒸汽量為:。 環(huán)境保護(hù)【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(chǎn)過程中產(chǎn)生的三廢主要是以廢氣為主，化工廠的各個(gè)生產(chǎn)環(huán)節(jié)都會(huì)產(chǎn)生并排放出廢氣主要是由化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生的副反應(yīng)和反應(yīng)進(jìn)行不完全所產(chǎn)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(xué)工業(yè)生產(chǎn)過程中產(chǎn)生的固體和泥漿廢棄物，包括化工生產(chǎn)過程中排出的不合格的產(chǎn)品，副產(chǎn)物，廢催化劑，廢溶劑以及廢水處理產(chǎn)生的污泥等。 由于化學(xué)工業(yè)是環(huán)境污染較為嚴(yán)重的部門，因此環(huán)境保護(hù)對于化學(xué)行業(yè)來說是非常重要的，也是必須的。參考文獻(xiàn)[1] [J].硫酸設(shè)計(jì),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(shù)交流會(huì)論文集。3842.[4] 王和國 釩催化劑在二氧化硫氧化反應(yīng)中的作用. 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