【正文】 熱量衡算的主要依據(jù)是能量守恒定律，以車間物料衡算的結(jié)果為基礎(chǔ)進行的，所以車間物料衡算表是進行車間熱量衡算的首要條件。第一次轉(zhuǎn)化:SO2 ()=SO3 =O2 N2 SO2 ()=SO3 =O2 N2 SO2 ()=SO3 =O2 N2 第一次SO3吸收率為99%,進入第二次轉(zhuǎn)化:SO2 ()=SO3 (99%)=O2 N2 SO2 ()=SO3 (99%)=O2 N2 第二次吸收，%。進轉(zhuǎn)化器SO2濃度為9%，%，%。V實=V標==爐氣成分: SO2=V標a== O2=V標b== N2==以實際生產(chǎn)經(jīng)驗，一般冷激爐氣為總量的16%左右。η吸 （1）標準通氣量%的H2SO4200000t則產(chǎn)酸量為== kg/h進轉(zhuǎn)化工序a= ,b=，總轉(zhuǎn)化率x=，吸收率η=,進轉(zhuǎn)化器標準氣量以1小時為基準 V標 = Y(98在工藝參數(shù)確定中我們已確定了各段的物料含量和溫度數(shù)據(jù)并已對其優(yōu)化。3 物料衡算 設(shè)計要求：設(shè)計規(guī)模：硫磺制酸20萬t/a；生產(chǎn)過程中：硫磺中的含硫尾氣以SO2的形式排出；吸收要求：《大氣污染物綜合排放國家標準》( GB 16297 —1996) 限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為960mg/ m3，吸收率≥%。在超大型硫磺制酸裝置布置時最好考慮預留HRS的位置，待條件成熟后，再進行技術(shù)改造[21]。采用低溫位熱回收技術(shù)產(chǎn)生低壓蒸汽，而低壓蒸汽正是磷復肥生產(chǎn)所需要的。采用HRS技術(shù)需引進技術(shù)和關(guān)鍵設(shè)備，因而建設(shè)投資較高，通過采用與外商合作的辦法，部分HRS設(shè)備由外商提供技術(shù)在國內(nèi)制造，可以節(jié)省不少投資。為了及時發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的鍋爐泄漏，在鍋爐上裝有聲波測漏儀。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來的w（H2SO4）%、溫度約80℃的硫酸進人熱回收塔上部第一段，以確保較高的吸收率。美國孟莫克公司開發(fā)的熱回收系統(tǒng)HRS（Heat Recovery System）由具有兩段填料層的熱回收塔、酸槽與循環(huán)泵、釜式鍋爐、酸稀釋器及鍋爐給水預熱器等組成。以熱水形式回收這部分熱量在技術(shù)上是成熟的，只是由于熱水的用途非常有限，所以難以普及。對于配套透平鼓風機和汽輪發(fā)電機組的裝置，不噴水也可保證蒸汽透平和汽輪機不結(jié)垢，因而保證其長期運行效率。這樣，高溫過熱器就可不設(shè)爐氣旁通管和旁通調(diào)節(jié)閥，同時正常運行時蒸汽系統(tǒng)無需噴水。通常通過噴水調(diào)節(jié)高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度，轉(zhuǎn)化器二段爐氣進口溫度通過爐氣副線來調(diào)節(jié)。廢熱回收的汽水系統(tǒng)流程簡述如下：溫度約104℃的合格的鍋爐給水，經(jīng)熱管省煤器（Ⅰ、Ⅱ），加熱到約250℃直接送人中壓廢熱鍋爐的汽包。、450℃ 中壓過熱蒸汽，在焚硫爐出口設(shè)置火管式廢熱鍋爐生產(chǎn)中壓飽和蒸汽，在轉(zhuǎn)化器第一段出口設(shè)置一臺高溫過熱器，在轉(zhuǎn)化器第三段之后、氣體進第一吸收塔前設(shè)置省煤器，在轉(zhuǎn)化器四段后設(shè)置低溫過熱器和省煤器。爐氣的入塔氣溫：爐氣入塔氣溫低的情況下吸收效果一般是較差的。干燥酸溫在45℃左右，而吸收溫度可以在45～48℃。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。循環(huán)酸酸溫的影響：硫酸對設(shè)備的腐蝕能力與硫酸的溫度、濃度有很大的關(guān)系。但填料塔是一種比較穩(wěn)定適應操作氣體氣速范圍較大的設(shè)備，而且由于設(shè)計所用塔內(nèi)填料面積是富裕的，所以塔的負荷可以有較大的波動而不致于影響干燥指標。為維持入塔噴淋酸濃度的穩(wěn)定，可在干燥塔和吸收塔之間進行串酸，必要時加入補充水。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進入，經(jīng)過噴淋裝置均勻分布在塔截面上，與來自塔下部的轉(zhuǎn)化氣逆流接觸。轉(zhuǎn)化氣依次通過濃硫酸吸收塔，%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，%～%。每個吸收塔除應有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應有輸送酸的泵（酸泵）。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收過程的進行，吸收酸的溫度也隨著升高。轉(zhuǎn)化器一般控制在120℃左右，而酸溫一般控制在60～70℃。此外，吸收酸溫度不能過高，若過高，酸溶液加劇蒸發(fā)，使液面上的總壓明顯增加，從而降低了吸收率。%時，液面上水蒸氣平衡分壓接近于零，而SO3的平衡分壓較高。吸收酸的濃度越低，溫度越高，酸液表面上蒸發(fā)出的水蒸氣量越多。%H2SO4時，酸液面上的SO3的平衡分壓較低，當氣體中SO3分子向酸液表面蒸發(fā)并擴散到氣相主體中與水分子相遇，形成硫酸蒸氣，然后在空間冷凝產(chǎn)生細小的硫酸溶滴。對濃硫酸而言，%的濃硫酸作為吸收酸時，盡可能使氣相中SO3的吸收率達到最完全的程度。在實際生產(chǎn)過程中，一般用循環(huán)酸來吸收三氧化硫，吸收酸的濃度在循環(huán)過程中增加，需用稀酸或水稀釋。η＝(ab)/a事實上氣體中的三氧化硫不可能百分之百被吸收，只吸收氣體中超過與硫酸相平衡的那一部分三氧化硫，超過的越多，吸收過程的推動力越大，吸收速度就越快。若使n＞1，生成發(fā)煙硫酸；n＝1，生成無水硫酸；n＜1，則生成含水硫酸。大多硫酸廠是使用硫酸來吸收轉(zhuǎn)化后氣體中的三氧化硫。在調(diào)整操作參數(shù)時，反應速率以正值迅速下降至負值的方式，接近甚至超越平衡的限制，故在此時數(shù)值積分求取的τi的迭加值會越來越小，而永遠達不到各段有效催化劑空時限制，因此在數(shù)值積分時，反應速率出現(xiàn)負值時，就立即終止此段的計算是十分必要的。其它各段數(shù)值積分到τi=Vi/V0為止。(1y))為止。得到調(diào)整后的操作參數(shù)的最終轉(zhuǎn)化率。操作參數(shù)在小范圍內(nèi)調(diào)整，可以為在使用上述模型時對下面幾個問題沒有影響，流動系統(tǒng)決定的總處理量，各段床層的熱損失，各段床層中副反應的存在情況及各換熱情況等。這時若一段與二段之間的冷激氣占總氣量y份，則一段氣量為1y份，一段催化劑有效體積應為V1=τ1(1y)V0。比較各段床層填充的催化劑體積，即可看出各段填充的催化劑中還有多少是有效的。由于各段的熱損失不同及副反應的存在情況下不同，然后利用（式27），在計算機上數(shù)值積分可得到各段反應床層的實際空時。對實際過程進行評價時，首先采用各段進出氣溫度及各段轉(zhuǎn)化率等現(xiàn)場操作參數(shù)，由式（28）確定存在熱損失及其他少量副作用反應時的實際溫升λ若仍按絕熱過程考慮，可稱其為虛擬的絕熱溫升，將其帶入式（28），可客觀地求出實際反應過程中各段反應溫度隨轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。ξ) (27)各床層按絕熱過程處理 ti=ti1+λ(xixi1) (28)以上式中： xixi——i段進、出氣轉(zhuǎn)化率； titi ——i段進、出氣溫度，℃； a、b ——原料氣中SOSO3的組成； k1 ——反應速率常數(shù)； kp——反應平衡常數(shù)； R——反應速率，kmol/m3ξ,因此各段反應床層的空時為： τi= 內(nèi)擴散對宏觀動力學的影響，可用內(nèi)擴散效率因子表示 ξ= （26）式中：D為SO2或SO3氣體的相擴散系數(shù)。二氧化硫催化氧化生成三氧化硫為放熱反應且可逆，所以我們選定經(jīng)驗動力學方程式如下： R= (25)對于國產(chǎn)S101型催化劑，當t＜470℃或x＞，k1=。在優(yōu)化操作時，首先建立模擬真實過程的數(shù)學模型，利用現(xiàn)場操作數(shù)據(jù)，對實際操作狀況做出評價，然后在評估基礎(chǔ)上以實際換熱條件作為約束，使用復合型優(yōu)化方法，以產(chǎn)量作為優(yōu)化目標，尋求能使現(xiàn)存系統(tǒng)操作最優(yōu)的各主要操作系數(shù)。 前面我們已對二氧化硫轉(zhuǎn)化三氧化硫的各段參數(shù)定了一個范圍，但是原料氣組成，催化劑使用情況，換熱器換熱條件，系統(tǒng)狀況發(fā)生變化或生產(chǎn)過程中出現(xiàn)其他變動使用設(shè)計所確定的操作參數(shù)或依靠經(jīng)驗改變操作參數(shù)都比較盲目。η吸（3）轉(zhuǎn)化器的通氣量通氣量主要由硫酸的產(chǎn)量來決定的，其他還有阻層阻力、吸收率等因素的影響，我們可以由公式計算而得：V標= G酸(98c. 最終轉(zhuǎn)化率同相對成本的關(guān)系：～98%時，生產(chǎn)成本較低，有尾氣回收裝置，轉(zhuǎn)化率可以減小到96～%。：當a=～9%時生產(chǎn)經(jīng)費最底。：二氧化硫濃度低能加快反應速度，但用的原料氣增加，生產(chǎn)能力受鼓風機的影響也會下降。我根據(jù)硫酸的原料來源等情況選擇二氧化硫的進氣濃度為9%。因此控制二氧化硫濃度指標是一個極其重要的綜合性的技術(shù)。表23 各段爐氣SO2/O2比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系項目一次轉(zhuǎn)化二次轉(zhuǎn)化進出出進出出轉(zhuǎn)化率%608096氣體組成SO29O2SO3微O2 /SO2O2 /SO2 + SO3N23) .進氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系：在一定的范圍內(nèi)，提高二氧化硫濃度，硫酸產(chǎn)量會增加，但轉(zhuǎn)化率會下降。下面著重介紹幾個問題的影響：1).進氣中二氧化硫濃度與溫度的關(guān)系：這個問題我們已在選擇溫度時作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關(guān)系。這就要求我們在反應時移走能量。但在溫度越高低平衡轉(zhuǎn)化率和實際轉(zhuǎn)化率差數(shù)愈小，這主要是因為高溫下的反應速度較低溫時快，靠近平衡時反應速度變慢直到平衡時速度等于零。我們?nèi)绻言谀骋环N進氣成分下的轉(zhuǎn)化率與溫度的關(guān)系作成圖線，可看出平衡轉(zhuǎn)化率與溫度，轉(zhuǎn)化率與最適宜溫度以及平衡轉(zhuǎn)化率與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系。對于一定組分的進層都有一定的溫度使反應速率最快，這個溫度條件稱為最適宜溫度。，即應該將轉(zhuǎn)化反應溫度控制在觸媒的起燃溫度之上，耐熱極限溫度之下。運用這種