【正文】 1 最終 表 43 為第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。 表 43 第一轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組分 kmol 摩爾分數(shù) /% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù) /% SO2 1 SO2 O2 O2 N2 N2 SO3 總計 100 100 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 24 2．第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算 已知條件： SO2 和 O2 的量分別為 kmol、 kmol， SO2 的轉(zhuǎn)化率為 73%。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 kmol kmol 反應(yīng) 1/2 最終 表 44 為第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。 表 44 第二轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組分 kmol 摩爾分數(shù) /% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù) /% SO2 SO2 O2 O2 N2 N2 SO3 SO3 總計 100 100 3． 第三轉(zhuǎn)化 階段物料衡算 已知條件： SO2 和 O2 的量分別為 kmol、 kmol， SO2 的轉(zhuǎn)化率為 88%。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 kmol kmol 反應(yīng) 1/2 最終 表 45 為第三轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。 表 45 第三轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組分 kmol 摩爾分數(shù) /% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù) /% SO2 SO2 O2 O2 N2 N2 SO3 SO3 總計 100 100 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 25 4． 第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算 已知條件： SO2 和 O2 的 量分別為 kmol、 kmol， SO2 的轉(zhuǎn)化率為 %。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 kmol kmol 反應(yīng) 1/2 最終 表 46 為第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù)。 表 46 第四轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組分 kmol 摩爾分數(shù) /% 輸出組分 kmol 摩爾分數(shù) /% SO2 SO2 O2 O2 N2 N2 SO3 SO3 總計 100 100 化階段：已知條件： SO2 和 O2 的量分別為 kmol、 kmol， SO2 的轉(zhuǎn)化率為 %。 SO2 + 1/2 O2 = SO3 初始 kmol 反應(yīng) 1/2 最終 0 表 47 第五轉(zhuǎn)化階段物料衡算數(shù)據(jù) 輸入組分 Kmol 摩爾分數(shù) /% 輸出組分 Kmol 摩爾分數(shù) /% SO2 SO2 0 0 O2 O2 N2 N2 SO3 SO3 總計 100 100 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 26 工藝中所需 98%硫酸及工藝水的計算 1．第一吸收塔所需硫酸及工藝水的計算 圖 41 第一吸收塔衡算示意圖 圖 31 為第一吸收塔流程簡圖，由此圖計算硫酸和水的質(zhì)量。 （ 1）硫酸的計算： SO3 的物質(zhì)的量為第一、第二、第三轉(zhuǎn)化階段所產(chǎn)生的 SO3的量之和即 。 SO3+H2O=H2SO4 31 由 SO3 的消耗量及化學(xué)方程式 31 可得： SO3 吸水后可得硫酸的量為： 981000 =242942 g 消耗水的量為： 2. 479181000=44622 g 所需 98% H2SO4 的質(zhì)量為 : 44622g247。2%=2231100g 第一吸收塔出口處 H2SO4 和水混合物質(zhì)量為： 2231100 g+242942 g44622 g = 2429420 g （ 2）工藝水的計算： 設(shè)需要的工藝水質(zhì)量為 X. （ 2231100 g98%+242942 g） /（ X+2429420 g） =98% X=49580 g 第一吸收塔 98%硫酸 去第四轉(zhuǎn)化段 硫酸水 溶液 工藝水 N2 O2 SO2 SO3 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 27 所以所需工藝水的質(zhì)量為 49580 g 。 2. 第二吸收塔所需硫酸及工藝水的計算 圖 42 第二吸收塔衡算示 意圖 圖 32 為第二吸收塔流程簡圖，由此圖計算硫酸和水的質(zhì)量。 （ 1）硫酸的計算 : SO3 的物質(zhì)的量為 1 kmol 由 SO3 的消耗量及化學(xué)式 31 可得。 SO3 吸水后可得硫酸的量為： 1981000=98000 g 消耗水的量為： 1181000=18000 g 所需 98% H2SO4 的質(zhì)量為： 18000 g/2%=900000 g 第二吸收塔出口處 H2SO4 和水混合物質(zhì)量為 900000 g+98000 g18000 g=980000g （ 2）工藝水的計算： 設(shè)需要的工藝水質(zhì)量為 X， （ 900000 g98%+98000 g） /（ X+98000 g） = 98% X= 902022 g 所以所需工藝水的質(zhì)量為 902022 g 年產(chǎn) 30 萬噸硫酸原料消耗量 本設(shè)計年產(chǎn) 30 萬噸硫酸（以 98%硫酸計），其所需原料量及組成計算如下。 第二吸收塔 硫酸水溶液 工藝水 SO2 O2 N2 SO3 98%硫酸 放空 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 28 30 萬噸 98%硫酸中 H2SO4 的質(zhì)量為： M=300000106=294000106g 以 1 kmol 精硫為基準(zhǔn)生成 H2SO4 的量為： 2429420+980000=3409420 g 1. 年產(chǎn) 30 萬噸硫酸所需硫磺質(zhì)量計算 321000294000106/3409420=109 g 2. 空氣的計算 氧氣： 59840294000106/3409420=109 g 氮氣： 209940294000106/3409420=1010 g 3. 工藝水的計算 71680294000106/3409420=1010g 4. 98%硫酸的計算： 3610320294000106/3409420=1011 g 表 47 年產(chǎn) 30 萬噸硫酸原料消耗量 原料 質(zhì)量 /g S 109 O2 109 N2 1010 98%H2SO4 1011 工藝水 1010 熱量衡算 計算基準(zhǔn)：以 1kmol 精硫為基準(zhǔn)進行計算。 熔硫階段熱量衡算 精硫消耗量： 32 kg 熔硫蒸汽壓力：一般為 ~ MPa（絕壓） 計算可取 MPa 液流溫度： 130~150，平均 140℃ 大氣溫度： 32℃ 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 29 正交晶硫變?yōu)閱涡本Я驕囟?： ℃ 轉(zhuǎn)變熱： kJ/kg 單晶硫熔點： ℃ 硫熔化熱： kJ/kg （ 1）熔硫槽所需總熱量 熔爐所需的總熱量 Q，一般包括不含水的固體硫磺所耗熱量 Q/及散熱損失 Q Q=Q/+Q A. 熔融不含水的固體硫磺所耗的熱量 Q/ 此系硫磺從 32℃ 到 140℃ 熔融過程（見圖 33）各個階段所需熱量的總和。 Q/=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5 式中： Q1—正交晶硫從 32℃ 加熱到 ℃ 時的顯熱， kJ Q2—正交晶硫在 ℃ 時轉(zhuǎn)變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱， kJ Q3—單斜晶硫從 ℃ 加熱到 ℃ 時的顯熱， kJ Q4—單斜晶硫在時的熔解熱， kJ Q5—液硫從 ℃ 加熱到 140℃ 的顯熱， kJ 圖 3— 3 固體硫磺熔融過程 正交晶硫加熱到 ℃ 所需的顯熱 Q1： 正交晶硫的熱容 Cp=(++105T2)（ kgK） Tcp=（ 32+） /2=℃ T=273+= K Cp=(+247。105） = kJ/（ kgK） 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 30 Q1=32） = kJ 正交晶硫變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱為 Q2 Q2=32= kJ 正交晶硫變?yōu)閱涡本Я虻霓D(zhuǎn)變熱為放熱反應(yīng) 單斜晶硫從 ℃ 加熱到 ℃ 176。C 所需的熱量為 Q3： 單斜晶硫的熱容為 Cp=[++(－ T)2]（ kgK) Tcp=+℃ T=273+= K Cp=[++(－ )2]= kJ/（ kgK） =32(－ )= kJ 單斜晶硫熔解熱 Q4： Q4=32= kJ 液硫從 ℃ 加熱到 140℃ 的顯熱 Q5: Tcp=+140/2=℃ 取液硫 熱容為 kJ/（ kgK） Q5=32（ 140－ ） = kJ Q/=Q1+Q2+Q3+Q4+Q5= kJ B. 熔硫槽散熱損失 Q Q=（ tw － t）， kJ 式中： F—熔硫槽頂蓋外表面積，㎡ F=85=40 ㎡ αT—對流和輻射傳熱分系數(shù)， W/（㎡ K ） tw—熔硫槽頂蓋外表面溫度， K 或 ℃ ， tw =65℃ t—大氣溫度， ℃ ， t=32℃ 當(dāng)熔爐槽置于室內(nèi)，則： αT=（ 8+ tw） =（ 8+65） = W/（㎡ K ） Q=（ tw－ t） =40（ 65－ 22） =62170 kJ 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 31 Q=Q/+Q= kJ （ 2）熔硫蒸汽耗量 若用 （絕壓）飽和蒸汽熔硫，每千克蒸汽汽化熱為 2093 kJ，熔硫所需總熱量為 kJ/h，則蒸汽耗量為 焚硫階段的熱量衡算 S(正交硫 )+O2(氣 )=SO2(氣 )+△ H Q=G△ H, kJ 式中 ： G液硫消耗量 ， kg △ H硫磺燃燒熱， 9282 kJ/kg Q=928232=297024 kJ 轉(zhuǎn)化階段回收熱量計算 （ 1）高溫過熱器回收熱量 Q18： 由表 31得：溫度為 609℃ － 438℃ ， (609+438) ℃ /2=℃ T=273+= K CP(SO2)=+103T= J/(molK) Q(SO2)=CP（ SO2） (609438)T= kJ CP(SO3)=+103T = J/(molK) Q(SO3)= CP（ SO3） (609438)T= kJ CP(O2)=+103T= J/(molK) Q(O2)=CP(O2)(609438)T= kJ C P(N2)=+103T= J/(molK) Q(N2)=CP(N2)(609438)T= kJ Q18= Q（ SO2） +Q（ SO3） +Q(O2) +Q(O2)= kJ （ 2）熱熱換熱器回收的熱量 Q16： 由表 31得：溫度為 519℃ － 439℃ ， (519+439) ℃ /2=479℃ T=273+479=752 K CP（ SO2） =+103T= J/(molK) Q（ SO2） =CP（ SO2） (519439)T= kJ 濟源職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)設(shè)計（論文） 32 CP（ SO3） =+103T= J/(molK) Q（ SO3） =CP（ SO3） (519439)T= kJ CP(O2)=+103T= J/(molK) Q(O2)=CP(O2)(519439)T= kJ CP(N2)=+103T= J/(molK) Q(N2)=CP(N2)(519439)T= kJ Q16= Q（ SO2） +Q（ SO3） +Q(O2) +Q(O2)= kJ （ 3）冷熱換熱器和省煤器回收的熱量 Q15+Q30： 由表 31得 ： 溫度為 463℃ － 175℃ ， (463+1