【正文】 3437.[8][J].硫酸工業(yè),。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。 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。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,=℃。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。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)行二級標(biāo)準(zhǔn)。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/(Nm3 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。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?！?，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(jìn)入第一吸收塔進(jìn)行吸收。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。第一段取較大值,最后一段取較小值,其他各段取中間值。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)。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）。s) 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)。 %SO3的吸收量進(jìn)口酸溫度: 70℃ 酸密度：98% H2SO4在70℃下。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。按照所計(jì)算的結(jié)果，當(dāng)X= 溫度T=、在圖十四中對曲線上此點(diǎn)做切線，求出該切線的斜率，即為，依次類推，并做—X圖，如圖二十五所示?！猉圖，如圖十三所示。所以假設(shè)一段出口溫度為590℃， 一段轉(zhuǎn)化率為76%， ℃，根據(jù)第一類條件式，二段進(jìn)口壓力，℃,=℃得出反應(yīng)過程中溫度和反應(yīng)率的關(guān)系如下表表 二段反應(yīng)過程中溫度與轉(zhuǎn)化率對應(yīng)表XT(K)XT(K)XT(K)當(dāng)X= 溫度T=、帶入該催化劑動(dòng)力學(xué)方程：：T/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/sT/K/s（續(xù)）T/K利用以上數(shù)據(jù)分別做—T圖，如圖二至圖十二所示。第二類條件式：（i=1,2,…n）即確定催化劑的用量達(dá)到最小。確定各段間換熱過程?？杉僭O(shè)過程在溫度T0下進(jìn)行反應(yīng)，反應(yīng)熱使氣體混合物的溫度由T0升至T，由熱量衡算可得絕熱操作線方程如下：式中：T0 氣體混合物在催化床入口以及某截面處的溫度，K； T 催化床層某截面處的溫度，K；X0–進(jìn)入催化床時(shí)二氧化硫的轉(zhuǎn)化率；X–催化床層某截面處的二氧化硫轉(zhuǎn)化率；λ 絕熱溫升，即二氧化硫在絕熱狀態(tài)下完全轉(zhuǎn)化時(shí)，氣體混合物溫度升高的數(shù)值；數(shù)值以第三段出口計(jì)算。K) E1 E2 –正逆反應(yīng)活化能 J/mol。剩余氧氣量為b－,反應(yīng)后氣體總量：100－。℃)℃加熱到100℃的顯熱:Q1=() =水蒸發(fā)的潛熱:Q2=539=總熱量:=Q1+Q2=+==()6%=(+)= 焚 硫1. 爐氣量 SO2量： 耗氧量: 氧的剩余量: 爐氣組成 (干基)見下表：表 爐氣組成統(tǒng)計(jì)表組分SO2SO3O2N2合計(jì)Nm3/h%1002. 進(jìn)口量 干燥空氣 : 其中， 3. 焚硫爐選用日本三井公司制造的臥式焚硫爐，其容積熱強(qiáng)度q取為160000kcal/().時(shí). kcal/h式中：G—液硫的消耗量，kg/h,△H—硫磺燃燒熱，2217kcal/kg又 則 焚硫爐的凈內(nèi)長度L和內(nèi)直徑D的比值為而 帶入數(shù)據(jù)計(jì)算得：D= L= 一次轉(zhuǎn)化 計(jì)算并繪制平衡曲線已知平衡轉(zhuǎn)化率 式中：P為操作壓力（絕壓）；a%：原始?xì)怏w混合物中二氧化硫的濃度；b%：原始?xì)怏w混合物中氧氣的濃度；Kp：平衡常數(shù)；（） ； XT：平衡轉(zhuǎn)化率；其中： 帶入計(jì)算結(jié)果如下表,根據(jù)催化劑的適用范圍，設(shè)初始溫度為380℃，由試差法可計(jì)算出如下所示關(guān)于轉(zhuǎn)化率溫度數(shù)據(jù)，再由數(shù)據(jù)繪制出平衡曲線圖（圖一）：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XT380530390540（續(xù)）400550410560420570430580440590450600460610470620480630490640500650510660520 繪制最適宜溫度曲線設(shè)：操作總壓：P（atm）,原始?xì)怏w混合物中二氧化硫濃度為a% ，原始?xì)怏w混合物中氧氣濃度為b%。貯存硫磺占地面積：=庫面積利用率：70%則倉庫實(shí)際占地面積為： m22. 熔硫過程 原料硫磺：含S t/h含H20 t/h含A t/h精硫量 t/h精硫后帶入水量：汽化水量：kg/h渣料量：kg/h 熔硫物料衡算表進(jìn)項(xiàng)量/（kg/h）出項(xiàng)量/（kg/h） 原料硫磺精硫量汽化水渣合計(jì)合計(jì)3. 熔硫熱量衡算計(jì)算依據(jù)如下液硫消耗量: 熔硫蒸汽壓力: 6kg/cm3(絕壓)液硫溫度: 130150℃ 平均140℃大氣溫度: ℃正交晶硫變?yōu)閱涡本Я驕囟龋骸孓D(zhuǎn)變熱： 硫融化熱： 熔融不含水的固體硫磺所消耗的熱量Q′：式中， Q1—℃℃時(shí)的顯熱Q2—℃時(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱Q3—℃℃Q4—℃時(shí)的溶解熱Q5—℃加熱到140℃時(shí)的顯熱正交晶硫:=Cp = ++105(T)2 =247?！?kcal/(kmol℃) 空氣帶入熱:酸帶入熱量: T=℃， 98%硫酸熱含量:則，酸稀釋熱: 溶解1mol H2SO4于n mol水中放出的熱為被稱為稀釋熱 (硫酸)入口酸：(硫酸)熱損失：空氣帶出熱： 出氣量如下:干空氣量： ，水蒸氣： Cp: kcal/(kmol℃)N2 ： kcal/(kmolh)噴淋酸量:其中， H2SO4 : 98%=H2 0： 2%=出塔酸量: 其中， H2SO4: t/hH2 0 : =出塔酸濃度: 98%%=%干燥塔填料容積取9 m3/(Nm3酸濃度：98% ℃下。其中 A= ，B=，C=。%= t/h每噸酸消耗的原料硫磺的消耗定額:247。 系統(tǒng)物料衡算【11】1. 轉(zhuǎn)化進(jìn)口氣量的確定 小時(shí)產(chǎn)酸所需要SO3量: 第一次轉(zhuǎn)化吸收SO3的量：設(shè)轉(zhuǎn)化進(jìn)氣量為M tmol/h，則吸收的SO3