硫酸转化工艺课程设计---年产25万吨硫酸转化工艺设计

硫酸转化工艺课程设计---年产25万吨硫酸转化工艺设计内容摘要：

、第二、第三、第四段反应床层出来的气体分别经过第一、第二、第三、第四换热器进行冷却，再通入吸收塔。 主要设备选型说明 考虑到转化器设计应让二氧化硫尽可能在最优化温度条件下反应，最大限度的利用二氧化硫反应放出的热量，设备阻力既要小，又能使气体 分布均匀。 故考虑使用外部换热型转化器。 换热器考虑到气体有一定腐蚀性，故选用列管式换热器。 风机选用罗茨风机 化工原材料规格及用量 进入转化器气体组成： SO2 占 8%， O2 占 10%， N2 占 82%。 本设计采用的催化剂型号使用温度为 400580℃，入口 SO2： %[5]。 7 第三章 转化工序物料衡算与热量衡算 转化工序流程示意图及简要说明 图 转化工序流程示意图 图 是硫酸转化工艺的流程，原料气由干燥器进入换热器，再进入转化炉一段，再进入到第一换热器，以此类推，直到从第四换热器出来降温至吸收塔。 确定各段进口温度及转化率 温度与平衡转化率的关系 [6] 在 400~700℃时， 17PK T （ ） 式中： PK —— 平衡常数 T—— 温度 /K 平衡转化率100 ( )PTTPTKXaXKP b aX   （ ） 式中： a =8%—— 进转化器的炉气中 2SO 的浓度（ %） b=10%—— 进转化器的炉 气中的 2O 的浓度（ %） 第四换热器 降温去吸塔 第三转化炉 第三换热器 第四转换炉 原 料 气 第四换热器 鼓风机 第三换热器 第二换热器 第一换热器 第一转化炉 第一换热器 第二转化炉 第二换热器 8 P=—— 系统总压力 /Kpa 取反应温度 T 由公式（ ）计算 PK 由公式（ ）计算 TX 试差过程： 400T ℃ 时，由公式 17PK T得 pK =， 由公 式100 ( )PTTPTKXaXKP b aX  ，设等式右边 tX =，得 tX =； 同上：设 tX = 得 tX =,； tX = 得 tX =； tX =得 tX =； tX = 得 tX =.； tX = 得 tX =。 综上取tX =。 依次计算得平衡转化率与 温度的关系列表 31。 表 31 平衡转化率与温度的关系 T/℃ 400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 Kp Xt/% T/℃ 500 510 520 530 540 550 560 570 580 Kp Xt/% 最适宜温度与转化率关系 4905l g 4 .9 3 70 .5(1 )1 0 0 0 .5Txb a xxax适 取不同 x 值，计算。 9 计算得最适宜温度与转化率的关系列表 32。 表 32 最适宜温度与转化率的关系 TX /% T/℃ TX /% T/℃ 确定操作线 进气组成： 2SO 占 8%， 2O 占 10%， 2N 占 82% 确定转化器一段进口温度 380℃ 气体经每层触媒后温度升高，计算式是： 00()t t x x   表 33 二氧化硫的浓度与  值的关系 2SO 浓度， %  2SO 浓度， %  2SO 浓度， %  2 60 6 173 10 278 3 89 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 145 9 252 14 378 由表 33 查得，浓度为 8%的 2SO 对应的  值为 226。 操作线温度的确定：已知催化剂的使用温度为 400580℃，考虑到应使操作线尽量与最适温度曲线靠近，且出口温度在催化剂的使用温度范围内，取原料气的进口温度为 380℃，四段操作线的斜率根据原理气里 2SO 的浓度差表得 1/226。 考虑到原料气的预热过程是依次经历第一、第二、第三、第四换热器，对应于第四、第一、第二、第三段反应器的冷却，所以如果考虑每个换热器的换热面积相当，则出口气体冷却降温的温差应为第一段大于第二段，第二段大于第三段，按照这个 原则，分别取第一段的降温的温差为 65，第二段的降温的温差为 50，第三段的降温温差为 40，并且每一段转化器的出口温度和转化率对应的点都在平 10 衡曲线和最佳温度曲线之间，由此估算得到四段反应器的操作曲线。 各段进口温度及转化率 表 34 一次转化分段转化率和温度 段数 一 二 三 四 转化率 /% 99 进口温度 /℃ 380 455 410 380 由图 以及表 34 的数据可得： 转化器第一段操作线方程： t=380+226(x0) 第二段操作线方程： t=455+226() 第三段操作线方程： t=410+226() 第四段操作线方程： t=380+226() 图 四段反应过程的 XT 关系图 转化工序物料衡算 本设计为 25 万吨 /年硫酸转化系统工艺设计（以每小时计算），由 72 2 5 1 0 1 1 3 5 7 . 93 0 0 2 4 9 8 0 . 9 9S O K m o l    11 可得实际进气总量为 1357. 9 4473 .75 K m ol 为方便计算，本设计假设进气总量为 1000Kmol,故在最后的计算结果上需乘上系数 1000  进转化器一段气体量及成分 以 1000Kmol 的进气量为标准进行计算，已知 2SO 占 8%， 2O 占 10%， 2N 占82%. O2 的进气量及成分： 2 1 0 0 0 0 .1 1 0 0O km ol   2() 100 32 3200Om kg   2 3() 1 0 0 2 2 .4 2 2 4 0OVm   SO2 的进气量及成分： 2 1 0 0 0 0 .0 8 8 0SO km ol   2() 80 64 51 20SOm kg   2 3() 8 0 2 2 .4 1 7 9 2SOVm   N2 的进气量及成分： 2 1 0 0 0 0 .8 2 8 2 0N km ol   2() 8 2 0 2 8 2 2 9 6 0Nm kg   2 3() 8 2 0 2 2 .4 1 8 3 6 8NVm   出一段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 7 5 2 ) 1 9 . 8 4S O k m o l    3 8 0 0 .7 5 2 6 0 .1 6S O km o l   2 11 0 0 6 0 .1 6 6 9 .9 22O k m o l    2 820N kmol 12 出二段气体量及成分 2 8 0 ( 1 0 . 8 9 5 ) 8 . 4S O k m o l    3 8 0 0 . 8 9 5 7 1 . 6S O k m o l   2 11 0 0 7 1 .6 6 4 .22O k m o l    2 820N kmol 出三段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 9 7 1 ) 2 . 3 2S O k m o l    3 8 0 0 .9 7 1 7 7 .6 8S O km o l   2 110 0 77 .6 8 61 .1 62O k m ol    2 820N kmol 出四段气体量及成分 2 8 0 (1 0 .9 9 ) 0 .8S O km o l    3 8 0 0 .9 9 7 9 .2SO km ol   2 11 0 0 7 9 .2 6 0 .42O k m o l    2 820N kmol 由以上计算汇总转化器物料衡算结果于表 35。 表 35 转换器物料衡算结果 进一段 （ kmol ） (kg ) ( 3m标 ) V(%) 2SO 8 2O 10 2N 82  4474 100 出一段（进二段） （ kmol ） (kg ) ( 3m标 ) V(%) 2SO 3SO 13 2O 2N  100 出二段（进三段） （ kmol ） (kg ) ( 3m标 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N  100 出三段（进四段） （ kmol ） (kg ) ( 3m标 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N  100 出四段 （ kmol ） (kg ) ( 3m标 ) V(%) 2SO 3SO 2O 2N  100 14 转化器各段的热量衡算 气体的摩尔热熔量可按下式求出  2122 6 2 8 3212 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0SOTTPT T T d TC TT          2132 6 2 8 3211 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0SOTTPT T T d TC TT          2122 6 2212 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0oTTPT T d TC TT      2122 6 2212 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0NTTPT T d TC TT     转化一段反应热量和出口温度 （ 1） 进转换器第一段气体带入热量（以每小时气量计算） 已知进一段触媒层气体温度为 380℃， 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： 2SO 的平均摩尔热容：  22 7 3 3 8 0 2 6 2 8 32732 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 04 4 . 9 7 / ( . )380SOPT T T d TC k J m o l K         2O 的平均摩尔热 容 ：  22 7 3 3 8 0 2 6 22732 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 03 0 . 8 9 / ( . )380oPT T d TC k J m o l K     2N 的平 均摩尔热容： 15  22 7 3 3 8 0 2 6 22732 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 02 9 . 8 4 / ( . )380NPT。