現(xiàn)代化工計(jì)算單元5典型化工過程工藝計(jì)算教材ppt課件

1、*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算1任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算任務(wù)任務(wù)3 計(jì)算并繪制合成氨廠計(jì)算并繪制合成氨廠CO變換反應(yīng)的變換反應(yīng)的t-x圖圖任務(wù)任務(wù)4 CO變換爐催化劑用量計(jì)算變換爐催化劑用量計(jì)算任務(wù)任務(wù)5 空氣性質(zhì)與典型過程物料、能量衡算空氣性質(zhì)與典型過程物料、能量衡算任務(wù)任務(wù)6 精餾設(shè)計(jì)與嚴(yán)格模擬精餾設(shè)計(jì)與嚴(yán)格模擬單元單元5 典型化工過程工藝計(jì)算典型化工過程工藝計(jì)算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算2知識(shí)目標(biāo)：熟悉硫磺制酸的步驟、原理。技能目標(biāo)：能用Excel核算硫磺制酸過程中的典型工藝參數(shù)和主要消耗指標(biāo)。一、 計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量二、 根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)計(jì)算

2、原料硫磺、空氣、水的消耗量三、 計(jì)算焚硫過程中空氣過剩系數(shù)與爐氣組成、爐氣溫度之間的關(guān)系四、 計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量五、 計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率六、 計(jì)算空氣過剩系數(shù)、SO2轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化爐一段出口溫度之間的關(guān)系任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算3任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸工藝過程簡(jiǎn)介硫磺制酸工藝過程簡(jiǎn)介 圖圖5-29 硫磺制酸生產(chǎn)流程圖硫磺制酸生產(chǎn)流程圖1-焚硫爐；焚硫爐；2-廢熱鍋爐；廢熱鍋爐；3-省煤省煤-過熱器；過熱器；4-第二過熱器；第二過熱器；5-轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化器；器；6-第

3、一換熱器；第一換熱器；7-第一吸收塔；第一吸收塔；8-第二吸收塔；第二吸收塔；9，10，14-冷卻器；冷卻器；11，12，15-酸貯槽；酸貯槽；13-干燥塔；干燥塔；16-鼓風(fēng)機(jī)鼓風(fēng)機(jī) *單元5 典型化工過程工藝計(jì)算4任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量 例例5-3 加入熔硫釜中的硫磺溫度為常溫加入熔硫釜中的硫磺溫度為常溫t0,熔硫采用熔硫采用0.5MPa的飽和的飽和蒸汽蒸汽,最終將硫磺加熱至最終將硫磺加熱至140的液態(tài)的液態(tài),假設(shè)熔硫釜的熱效率假設(shè)熔硫釜的熱效率1為為95%,試計(jì)算處理試計(jì)算處理1000kg硫磺需

4、多少硫磺需多少kg0.5MPa的飽和蒸汽的飽和蒸汽? 解：以解：以1000kg硫磺為計(jì)算基準(zhǔn)，以整個(gè)熔硫釜為體系硫磺為計(jì)算基準(zhǔn)，以整個(gè)熔硫釜為體系 假設(shè)蒸汽消耗量為假設(shè)蒸汽消耗量為mkg，則由穩(wěn)流體系能量平衡方程可得：，則由穩(wěn)流體系能量平衡方程可得： 1mh蒸汽蒸汽+H硫磺硫磺=0 由水蒸氣查得：由水蒸氣查得：h蒸汽蒸汽= 2108.5 kJ/kg 硫磺由常溫硫磺由常溫(取取t0=25)加熱至加熱至140液態(tài)液態(tài),經(jīng)歷過程如圖經(jīng)歷過程如圖7-7所示。所示。 Q吸熱吸熱= H硫磺硫磺= H1+ H2+ H3 *單元5 典型化工過程工藝計(jì)算5任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、

5、能量衡算一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量 Q吸熱吸熱= H硫磺硫磺= H1+ H2+ H3 101,sdTpTHncT H2=n hv 213,ldTpTHncT查有關(guān)手冊(cè)可得：查有關(guān)手冊(cè)可得：cp, s=14.90+29.12103T kJ/(kmolK)hv=1727kJ/kmolcp, l=45.03216.636103T kJ/(kmolK)n=1000/32=31.25kmol 將上述數(shù)據(jù)代入將上述數(shù)據(jù)代入H1、H2、H3的計(jì)算式得：的計(jì)算式得： *單元5 典型化工過程工藝計(jì)算6任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消

6、耗量一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量 Q吸熱吸熱= H硫磺硫磺= H1+ H2+ H3 10392.05341,s298.15d31.25(14.9029.12 10)d7.321 10 kJTpTHncTTT H2=n hv=31.25 1727=5.397 104 kJ 21413.15343,l392.05d31.25(45.032 16.636 10)d2.528 10 kJTpTHncTTT H硫磺硫磺= Hi=7.321 104+5.397 104+2.528 104=15.246 105 kJ 蒸汽消耗量蒸汽消耗量m為：為： 4115.246 1076.11 kg2108.5 0.95

7、Hmh硫磺蒸汽*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算7任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算蒸汽消耗量為：蒸汽消耗量為： 76.1176.1110103 31.83971.8397104=1.4002104=1.4002103 kg/h103 kg/h一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量一、計(jì)算熔硫釜的蒸汽消耗量 對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程中熔硫釜蒸汽消耗量對(duì)于實(shí)際生產(chǎn)過程中熔硫釜蒸汽消耗量,可根據(jù)硫酸產(chǎn)量、可根據(jù)硫酸產(chǎn)量、硫磺純度、硫磺純度、SO2的轉(zhuǎn)化率、的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。的吸收率等數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算。 如：年產(chǎn)如：年產(chǎn)400kt純硫酸裝置，若硫磺純度、純硫酸裝置，若硫磺純度

8、、SO2的轉(zhuǎn)化率、的轉(zhuǎn)化率、SO3的吸收率分別為的吸收率分別為0.995、0.996、0.995，一年按，一年按300天計(jì)，則天計(jì)，則該硫酸裝置每小時(shí)原料硫磺消耗量為：該硫酸裝置每小時(shí)原料硫磺消耗量為： 返回返回334400 101110321.8397 10 kg/h980.995 0.996 0.995300 24*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算8二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量 (3)吸收塔中的反應(yīng)吸收塔中的反應(yīng) 在整個(gè)硫磺制酸過程中在整個(gè)硫磺制酸過程中,所涉及的化學(xué)反應(yīng)較少所涉及的化學(xué)反應(yīng)較少,主要反應(yīng)如下主要反應(yīng)如下:(1

9、)焚硫爐中的反應(yīng)焚硫爐中的反應(yīng) S+O2=SO2(5-7) (2)轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng)轉(zhuǎn)化器中的反應(yīng) SO3+H2O=H2SO4將上述三個(gè)反應(yīng)合成一個(gè)總反應(yīng)將上述三個(gè)反應(yīng)合成一個(gè)總反應(yīng):223,1SOOSO2CatalystT p22243S+OH O=H SO2任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算9二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量解：以解：以1000kg純硫酸為計(jì)算基準(zhǔn)純硫酸為計(jì)算基準(zhǔn) 由硫平衡可得所需硫磺的物質(zhì)的量數(shù)由硫平衡可得所需硫磺的物質(zhì)的量數(shù)(ns)為：為：ns=100

10、0/98=10.204kmol 折合為硫磺質(zhì)量數(shù)折合為硫磺質(zhì)量數(shù)(ms)為：為： ms=MS ns=3210.204=326.53kg 由式由式(5-10)得所需的純水的物質(zhì)的量數(shù)與硫磺的物質(zhì)的量數(shù)相同，得所需的純水的物質(zhì)的量數(shù)與硫磺的物質(zhì)的量數(shù)相同，故所需的水的質(zhì)量數(shù)故所需的水的質(zhì)量數(shù)(m水水)為：為：m水水=M水水 ns=1810.204=183.67kg 由式由式(5-10)得所需理論耗氧量為硫磺物質(zhì)的量的得所需理論耗氧量為硫磺物質(zhì)的量的1.5倍倍,即：即：n氧氧=1.5ns=1.510.204=15.306kmol折合成純空氣理論量折合成純空氣理論量(nair)為：為：nair =n氧

11、氧/0.21=15.306/0.21=72.866kmol 例例5-4 5-4 試計(jì)算年產(chǎn)試計(jì)算年產(chǎn)400400千噸純硫酸的裝置，原料硫磺、空氣、水千噸純硫酸的裝置，原料硫磺、空氣、水的理論消耗量。的理論消耗量。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算10二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量二、根據(jù)生產(chǎn)任務(wù)，計(jì)算原料硫磺、空氣、水的消耗量解：以解：以1000kg純硫酸為計(jì)算基準(zhǔn)純硫酸為計(jì)算基準(zhǔn) 通常氣體的數(shù)量采用標(biāo)準(zhǔn)立方米表示，故：通常氣體的數(shù)量采用標(biāo)準(zhǔn)立方米表示，故： Vair =22.4nair=22.472.866=16

12、32.65m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)) 對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)對(duì)于一個(gè)年產(chǎn)400千噸純硫酸的工廠千噸純硫酸的工廠,以上各原料理論消耗量只需以上各原料理論消耗量只需乘系數(shù)乘系數(shù)4105，即：，即：硫磺用量：硫磺用量：326.534105106=130.6千噸千噸空氣用量：空氣用量：1632.654105=6.531108 m3(標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài))純水用量：純水用量：183.674105106=73.47千噸千噸對(duì)于以上各原料的實(shí)際消耗量對(duì)于以上各原料的實(shí)際消耗量,不同的生產(chǎn)廠家由于具體的生不同的生產(chǎn)廠家由于具體的生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程有所不同，會(huì)存在一定的差別，需具體對(duì)產(chǎn)工藝和生產(chǎn)過程有所不同，會(huì)存在一定的差別，

13、需具體對(duì)待。如空氣過剩量的不同，實(shí)際空氣的消耗量也就不同。待。如空氣過剩量的不同，實(shí)際空氣的消耗量也就不同。 例例5-4 5-4 試計(jì)算年產(chǎn)試計(jì)算年產(chǎn)400400千噸純硫酸的裝置，原料硫磺、空氣、水千噸純硫酸的裝置，原料硫磺、空氣、水的理論消耗量。的理論消耗量。 返回返回任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算11三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系 以以1mol1mol純硫磺為計(jì)算基準(zhǔn)，那么：純硫磺為計(jì)算基準(zhǔn)，那么： 理論用理論用O2O2量：量：n n氧氧, ,理理

14、=ns=1 mol=ns=1 mol實(shí)際用實(shí)際用O2O2量：量：n n氧氧, ,實(shí)實(shí)= =ns=ns= mol mol 實(shí)際帶入實(shí)際帶入N2N2量：量：n n氮氮, ,實(shí)實(shí)=(0.79/0.21)=(0.79/0.21)=3.762=3.762 mol mol 反應(yīng)后爐氣中各組分的量列于表反應(yīng)后爐氣中各組分的量列于表7-17-1。 在實(shí)際生產(chǎn)過程中在實(shí)際生產(chǎn)過程中,為了充分利用原料硫磺為了充分利用原料硫磺,都采用空氣過剩的都采用空氣過剩的生產(chǎn)方法生產(chǎn)方法,即硫磺為限制反應(yīng)物即硫磺為限制反應(yīng)物,空氣為過量反應(yīng)物。空氣為過量反應(yīng)物?？諝膺^量的程度通常用空氣過剩系數(shù)空氣過量的程度通常用空氣過剩系數(shù)(

15、)表示，其值為實(shí)際空表示，其值為實(shí)際空氣用量與理論空氣用量的比值。氣用量與理論空氣用量的比值。 (1)空氣過剩系數(shù)與爐氣組成的關(guān)系空氣過剩系數(shù)與爐氣組成的關(guān)系 爐氣組份爐氣組份O2N2SO2合計(jì)合計(jì)各組份各組份mol數(shù)數(shù)13.76214.762mol%(1)/(4.762)3.762/(4.762)=79.001/(4.762)100.00任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算12三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系(1)空氣過剩系數(shù)與爐氣組成的關(guān)系空氣過剩系數(shù)與爐

16、氣組成的關(guān)系 air過剩系數(shù)過剩系數(shù)11.21.41.61.822.12.22.32.4N2(mol)3.7624.5145.2676.0196.7717.5247.9008.2768.6529.029O2(mol)00.20.40.60.811.11.21.31.4SO2(mol)1111111111mol合計(jì)合計(jì)4.7625.7146.6677.6198.5719.52410.00010.47610.95211.429N2(mol%)79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%79.00%O2(mol%)0.00%3.50%6

17、.00%7.88%9.33%10.50%11.00%11.45%11.87%12.25%SO2(mol%)21.00%17.50%15.00%13.13%11.67%10.50%10.00%9.55%9.13%8.75%mol%合計(jì)合計(jì)100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%100.0%任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算13三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系(1)空氣過剩系數(shù)與爐氣組成的關(guān)系空

18、氣過剩系數(shù)與爐氣組成的關(guān)系 將上述數(shù)據(jù)中將上述數(shù)據(jù)中SO2的的mol%濃度與濃度與O2的的mol%濃度之間的關(guān)系濃度之間的關(guān)系可通過可通過Excel繪成如圖繪成如圖7-9所示的關(guān)系線。所示的關(guān)系線。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算14三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系(2)空氣過剩系數(shù)與爐氣溫度之間的關(guān)系空氣過剩系數(shù)與爐氣溫度之間的關(guān)系 為便于計(jì)算，設(shè)計(jì)如下圖所示的計(jì)算途徑。為便于計(jì)算，設(shè)計(jì)如下圖所示的計(jì)算途徑。 若反應(yīng)系統(tǒng)絕熱良好，不考慮熱損失，那么：若

19、反應(yīng)系統(tǒng)絕熱良好，不考慮熱損失，那么： H=H=H1+H1+H2+H2+HRHR+ +H3=0 H3=0 若考慮熱損失，那么：若考慮熱損失，那么： H=H=H1+H1+H2+H2+HRHR+ +H3=QH3=Q損損或或 H=H=H1+H1+H2+H2+HRHR+ +H3=0H3=0任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算15三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系以絕熱反應(yīng)為例計(jì)算空氣過剩系數(shù)以絕熱反應(yīng)為例計(jì)算空氣過剩系數(shù)與爐氣溫度與爐氣溫度TgTg之間的關(guān)之間的關(guān)系。系

20、。 H1的計(jì)算的計(jì)算 此過程的計(jì)算剛好是圖此過程的計(jì)算剛好是圖5-30所示的相反過程所示的相反過程,由例由例5-3知知, H1=15.246105 kJ/1000kg硫磺硫磺=4.879103 J/mol硫磺硫磺H2的計(jì)算的計(jì)算 兩部分構(gòu)成兩部分構(gòu)成, mol O2、3.762 mol N2,都由都由Ta=373.15K降到降到298.15K時(shí)放出的熱量。查得時(shí)放出的熱量。查得O2、N2的的cp=f(T)數(shù)據(jù)如下：數(shù)據(jù)如下： O2：cp=29.96+4.184103T1.674105T2 J/(molK) N2：cp=27.87+4.268103T J/(molK) 0022222O,ON,N

21、298.15352373.15298.153373.15dd (29.964.184 101.674 10)d 3.762(27.874.268 10)daaTTppTTHncTncTTTTTT= 1.0507104 J/mol硫磺硫磺 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算16三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系以絕熱反應(yīng)為例以絕熱反應(yīng)為例H2H2的計(jì)算的計(jì)算也可將也可將H2H2整理成含入爐空氣溫度整理成含入爐空氣溫度TaTa、空氣過剩系數(shù)、空氣過剩系數(shù)的函數(shù)式的

22、函數(shù)式: : H2=(41652.95-134.80Ta-1.012H2=(41652.95-134.80Ta-1.01210102Ta2-2Ta2-1.67401.6740105Ta105Ta1)1) J/molS J/molSHR0HR0的計(jì)算的計(jì)算查得查得SO2(g),S(單斜單斜)標(biāo)準(zhǔn)生成焓分別為標(biāo)準(zhǔn)生成焓分別為: 296.830 kJ/mol、0.2971 kJ/molHR0= 296.8300.2971= 297.1271 kJ/mol硫磺硫磺H3的計(jì)算的計(jì)算 由三部分構(gòu)成由三部分構(gòu)成,分別是分別是(1) mol O2、3.762 mol N2、1mol SO2都由都由T0=298

23、.15K升溫到升溫到Tg 時(shí)吸收的熱量。時(shí)吸收的熱量。 查得查得SO2的的cp=f(T)數(shù)據(jù)如下：數(shù)據(jù)如下： SO2：cp=43.43+1.063102T5.941105T2 J/(molK) 2000,SO (g),SRffHhh 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算17三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系以絕熱反應(yīng)為例以絕熱反應(yīng)為例H3H3的計(jì)算的計(jì)算經(jīng)整理后得：經(jīng)整理后得： H3=(134.80Tg+1.012 10 2Tg2+1.674 105Tg 1)4

24、1652.95 +13.47Tg+3.223 10 3Tg2+4.267 105Tg 1 5.7337 103 J/mol硫硫磺磺 2222220003O,ON,NSO,SO352298.153298.15252ddd (1)(29.964.184 101.674 10)d 3.762(27.874.268 10)d (43.43 1.063 105.941 10gggggTTTpppTTTTTHncTncTncTTTTTTTT298.15)dgTT任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算18三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系

25、數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系以絕熱反應(yīng)以絕熱反應(yīng)( (=100%)=100%)為例為例 將上述各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果代入將上述各項(xiàng)計(jì)算結(jié)果代入H=H=H1+H1+H2+ H2+ HRHR+ +H3=0,H3=0,經(jīng)整理后得含有經(jīng)整理后得含有TgTg的一元三次非線性方程的一元三次非線性方程: :A1Tg3+A2Tg2+A3Tg+A4=0 A1Tg3+A2Tg2+A3Tg+A4=0 A1=1.012A1=1.01210102 2+3.223+3.22310103 3 A2=134.80A2=134.80+13.47 +13.47 A3=-1.0612A3=-1.061210

26、4-297127.1104-297127.1 -(134.80Ta+1.012 -(134.80Ta+1.01210-10-2Ta2+1.67402Ta2+1.6740105Ta-1)105Ta-1) A4=1.6740A4=1.6740105105+4.267+4.267105 105 將將Ta=373.15KTa=373.15K、焚硫過程絕熱條件下不同的、焚硫過程絕熱條件下不同的值代入上式，計(jì)值代入上式，計(jì)算所得結(jié)果列于表算所得結(jié)果列于表7-37-3中。中。 空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù)11.21.41.61.822.22.4爐氣出口溫度爐氣出口溫度Tg(K)2048.2 1821.0 164

27、7.9 1511.8 1401.9 1311.3 1235.4 1170.8爐氣出口溫度爐氣出口溫度tg()1774.8 1547.5 1374.5 1238.4 1128.5 1038.0962.1897.5*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算19三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系以絕熱反應(yīng)為例以絕熱反應(yīng)為例 利用利用Excel將表將表5-4中數(shù)據(jù)之間關(guān)系繪制成曲線中數(shù)據(jù)之間關(guān)系繪制成曲線,如圖如圖5-34所示。所示。 圖圖5-345-34的曲線由的曲線由ExcelExcel回歸可得回歸可得: :tg= tg= 165.3

28、3165.333+1158.73+1158.72 23051.23051.2+3829.1 +3829.1 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算20三、計(jì)算焚硫過程中三、計(jì)算焚硫過程中air過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系過剩系數(shù)與爐氣組成、溫度之間的關(guān)系取熱損失為反應(yīng)熱的取熱損失為反應(yīng)熱的1%(=99%)時(shí)，空氣過剩系數(shù)與爐氣出時(shí)，空氣過剩系數(shù)與爐氣出口溫度的關(guān)系如表口溫度的關(guān)系如表7-4所示。所示。由由Excel回歸可得：回歸可得： tg= 164.173 + 1150.423028.4+3798.8 由表由表5-4、5-5的數(shù)據(jù)

29、可看出的數(shù)據(jù)可看出,當(dāng)熱損失取標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的當(dāng)熱損失取標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的1%時(shí)時(shí),空空氣過剩系數(shù)從氣過剩系數(shù)從12.4之間之間,爐氣出口溫度平均下降爐氣出口溫度平均下降10左右。左右。 返回返回空氣過剩系數(shù)空氣過剩系數(shù)11.21.41.61.822.22.4爐氣出口溫度爐氣出口溫度Tg(K)2033.6 1808.1 1636.5 1501.4 1392.5 1302.7 1227.4 1163.4爐氣出口溫度爐氣出口溫度tg()1760.1 1534.7 1363.0 1228.0 1119.1 1029.3954.1890.1任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5

30、 典型化工過程工藝計(jì)算21四、四、 計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量 例例5-5 5-5 試計(jì)算以硫磺為原料試計(jì)算以硫磺為原料, ,年產(chǎn)年產(chǎn)400kt400kt純硫酸的生產(chǎn)裝置中廢純硫酸的生產(chǎn)裝置中廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量。假設(shè)鍋爐給水壓力為熱鍋爐的產(chǎn)汽量。假設(shè)鍋爐給水壓力為3MPa3MPa的飽和水。取表的飽和水。取表5-35-3、5-55-5中空氣過剩系數(shù)為中空氣過剩系數(shù)為2.12.1、熱損失為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的、熱損失為標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)熱的1%1%的數(shù)據(jù)為的數(shù)據(jù)為計(jì)算基準(zhǔn)。計(jì)算基準(zhǔn)。 解解:以整個(gè)廢熱鍋爐為計(jì)算體系以整個(gè)廢熱鍋爐為計(jì)算體系,以以1mol進(jìn)入焚燒爐的硫磺為計(jì)進(jìn)入焚燒爐的硫磺為計(jì)算基準(zhǔn)算基準(zhǔn)

31、,由能量平衡方程可得由能量平衡方程可得: H水水+H氣氣=Q損、損、H水水=m(hghl) 21,dggTpTHncT氣氣氣213,1dggTip iTiHncT 氣或或任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算22四、四、 計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量 例例5-45-4由水蒸氣表查得由水蒸氣表查得3MPa3MPa飽和水、飽和蒸汽的焓飽和水、飽和蒸汽的焓: :hl =1008.3 kJ/kg hl =1008.3 kJ/kg 、hg =2804 kJ/kghg =2804 kJ/kgH H水水=m(hg=m(hghl)= m(28

32、04hl)= m(28041008.3)=1795.7m kJ1008.3)=1795.7m kJ計(jì)算爐氣溫度由計(jì)算爐氣溫度由990.11990.11降至降至420420的焓變。若采用將爐氣作為的焓變。若采用將爐氣作為整體計(jì)算的方法，則為了便于計(jì)算，可先將爐氣中各組分的整體計(jì)算的方法，則為了便于計(jì)算，可先將爐氣中各組分的molmol分率、分率、cp,icp,i中的各項(xiàng)系數(shù)值列于表中的各項(xiàng)系數(shù)值列于表5-65-6中，利用中，利用ExcelExcel計(jì)算出爐計(jì)算出爐氣的氣的cp,cp,氣再進(jìn)行計(jì)算。氣再進(jìn)行計(jì)算。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過

33、程工藝計(jì)算23四、四、 計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量 例例5-45-4 = 1.959105 J= 1.959102 kJ 組分組分mol%cp= a0+ a1T+ a2T-2+ a3T2a0a1a2a3N279.00%27.874.268E-0300O211.000%29.964.184E-03-1.674E+050SO210.000%43.431.063E-02-5.941E+050合計(jì)合計(jì)100.00%29.6564.895E-03-7.782E+04021693.15342,1263.26d10(29.6564.895 107.782 10)dggTpTHncTTTT氣氣氣

34、任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算24四、四、 計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量計(jì)算廢熱鍋爐的產(chǎn)汽量 例例5-45-4 H氣氣= 1.959 105 J= 1.959 102 kJ 當(dāng)鍋爐絕熱，即熱效率為當(dāng)鍋爐絕熱，即熱效率為100%時(shí)，鍋爐產(chǎn)汽量：時(shí)，鍋爐產(chǎn)汽量： m =1.959 102/1795.7=0.10907 kg/mol硫磺硫磺 折合成小時(shí)產(chǎn)汽量：折合成小時(shí)產(chǎn)汽量： mT =0.10907 1.8397 104 103/32=6.271 104 kg/h 若考慮熱損失，如取熱效率為若考慮熱損失，如取熱效率為90%時(shí)，則折合成小時(shí)產(chǎn)汽

35、量：時(shí)，則折合成小時(shí)產(chǎn)汽量： m T =6.271 104 90%= 5.644 104kg/h 返回返回任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算25五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 平衡溫距平衡溫距:就是指反應(yīng)器實(shí)際出口溫度就是指反應(yīng)器實(shí)際出口溫度(T)與實(shí)際組成所對(duì)應(yīng)的與實(shí)際組成所對(duì)應(yīng)的平衡溫度平衡溫度(T*)之間的差值，對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，氣體實(shí)際出口溫之間的差值，對(duì)于可逆放熱反應(yīng)，氣體實(shí)際出口溫度小于實(shí)際組成所對(duì)應(yīng)的平衡溫度，所以平衡溫距為度小于實(shí)際組成所對(duì)應(yīng)的平衡溫度，所以平衡溫距為:T=T*

36、T(5-11A)若為可逆吸熱反應(yīng)，則平衡溫距為若為可逆吸熱反應(yīng)，則平衡溫距為:T=TT*(5-11B) 通常情況下，為了能保證實(shí)際反應(yīng)設(shè)備有一定的反應(yīng)推動(dòng)力，通常情況下，為了能保證實(shí)際反應(yīng)設(shè)備有一定的反應(yīng)推動(dòng)力，從而能保證實(shí)際生產(chǎn)過程中有一定的反應(yīng)速率，一般要求反應(yīng)器從而能保證實(shí)際生產(chǎn)過程中有一定的反應(yīng)速率，一般要求反應(yīng)器最終出口處的平衡溫距在最終出口處的平衡溫距在1015左右，反應(yīng)器中其余各段催化左右，反應(yīng)器中其余各段催化劑床層出口的平衡溫距在劑床層出口的平衡溫距在20左右。左右。 考慮考慮:平衡溫距大小意味著什么平衡溫距大小意味著什么?任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料

37、、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算26五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算反應(yīng)前氣體中反應(yīng)前氣體中SO2摩爾百分比濃度為摩爾百分比濃度為a、O2摩爾百分比濃度為摩爾百分比濃度為b、則則N2為為100-a-b假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在SO3 各氣體的平衡分壓為各氣體的平衡分壓為:2SO1000.5TTaaxppax2O0.51000.5TTbaxppax3SO1000.5TTaxppax任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算27五、五

38、、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在SO3 或由或由KpKp表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo)表達(dá)式進(jìn)行推導(dǎo), ,將各分壓表達(dá)式代入即可得將各分壓表達(dá)式代入即可得 2O0.51000.5TTbaxppax333232323SOSOSOSOSOSOSOSOSOTnypxnnyypp3223222222SO0.5SOOSOSO0.50.50.5OSOOSOO11000.5(0.5)ppTTppTpppKKxppaxKKpppppp bax任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量

39、衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算28五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中不存在SO3 展開以上表達(dá)式展開以上表達(dá)式:1000.5(0.5)pTTpTKxaxKp bax2322220.5 (1)100()(0.52 )0pTpTpTpa pKxab pKxab pK xbpK假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中存在假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中存在SO3，設(shè)其摩爾百分比濃度為，設(shè)其摩爾百分比濃度為c 3212340TTTA xA xA xA3210.5(1)pAapK222100()pAacab

40、pK 23 (2000.5 )(0.52 )pAa ccab apK2224100pAca bpK任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算29五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中存在假設(shè)開始反應(yīng)時(shí)系統(tǒng)中存在SO3時(shí)時(shí)SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算函平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算函數(shù)數(shù)Public Function H2SO4XT(A, B, C, T, p) As Double二氧化硫氧化為三氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算二氧化硫氧化為三氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算A,B,C分別表示入

41、口氣體中二氧化硫分別表示入口氣體中二氧化硫,氧氣氧氣,三氧化硫的摩爾百分率三氧化硫的摩爾百分率Dim X0, ESP, KP, A1, A2, A3, A4, p0 As Double X0 = 0.7 ESP = 0.0001 p0 = p / 0.101325 KP = H2SO4KP(T) A1 = 0.5 * A 3 * (KP 2 * p0 - 1) A2 = A 2 * (100 - C - (A + B) * KP 2 * p0) A3 = A * (C * (200 - 0.5 * C) + A * KP 2 * p0 * (0.5 * A + 2 * B) A4 = 100

42、* C 2 - A 2 * B * KP 2 * p0 H2SO4XT = Newton3(X0, ESP, A1, A2, A3, A4)End Function任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算30五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡常數(shù)平衡常數(shù)Kp的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式的計(jì)算經(jīng)驗(yàn)公式 展開以上表達(dá)式展開以上表達(dá)式:lgKp=4812.3/T-2.8245lgT+2.28410-3T-7.02107T2+1.19710-10T3+2.23 (5-13A)當(dāng)反應(yīng)

43、溫度在當(dāng)反應(yīng)溫度在400700時(shí)時(shí),可采用簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)方程式可采用簡(jiǎn)化經(jīng)驗(yàn)方程式,如式如式(5-13B)。lgKp=4905.5/T4.6455(5-13B) 例例5-6 已知轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)、出氣體的各組分已知轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)、出氣體的各組分mol%如下如下 組分組分O2N2SO2SO3合計(jì)合計(jì)一段進(jìn)口氣體一段進(jìn)口氣體%11.00%79.00%10.00%0100.00%一段出口氣體一段出口氣體%7.96%81.70%3.52%6.83%100.00%試計(jì)算轉(zhuǎn)化爐一段中試計(jì)算轉(zhuǎn)化爐一段中SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率？的實(shí)際轉(zhuǎn)化率？分析：此類型的計(jì)算屬于物料衡算分析：此類型的計(jì)算屬于物料衡算,可假設(shè)某一進(jìn)口氣體量可

44、假設(shè)某一進(jìn)口氣體量,再由再由聯(lián)系組分即聯(lián)系組分即N2的摩爾組成計(jì)算出出口氣體量的摩爾組成計(jì)算出出口氣體量,然后由出口氣體中然后由出口氣體中SO3的含量計(jì)算出反應(yīng)掉的含量計(jì)算出反應(yīng)掉SO2的含量。的含量。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算31五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-6解解:以以100kmol進(jìn)口氣體為基準(zhǔn)進(jìn)口氣體為基準(zhǔn)則由聯(lián)系組分即則由聯(lián)系組分即N2的摩爾組成得一段出口氣量為的摩爾組成得一段出口氣量為: 22N ,N ,100 0.799

45、6.70 kmol0.8170n yny入入出出出口氣體中出口氣體中SO3量量: 33SOSO96.70 0.06836.60 kmolnn y出因因SO2反應(yīng)生成等量的反應(yīng)生成等量的SO3,故反應(yīng)掉的故反應(yīng)掉的SO2量也為量也為6.6kmol,則一段催化劑床層中則一段催化劑床層中SO2的轉(zhuǎn)化率為的轉(zhuǎn)化率為: x=6.6/10.00=0.6600=66.00% 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算32五、五、 計(jì)算計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算例例5-7 以表以表5-3

46、中空氣過剩系數(shù)為中空氣過剩系數(shù)為2.1時(shí)的數(shù)據(jù)為例時(shí)的數(shù)據(jù)為例,計(jì)算當(dāng)床層一計(jì)算當(dāng)床層一段進(jìn)口氣體溫度為段進(jìn)口氣體溫度為420、出口溫度不得超過、出口溫度不得超過610時(shí)時(shí),試計(jì)算試計(jì)算: (1)該段催化劑中該段催化劑中SO2的轉(zhuǎn)化率和一段出口氣體組成的轉(zhuǎn)化率和一段出口氣體組成?(2)對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距? 分析：此題中分析：此題中SO2轉(zhuǎn)化率的計(jì)算實(shí)際上屬于熱量衡算，此轉(zhuǎn)化率轉(zhuǎn)化率的計(jì)算實(shí)際上屬于熱量衡算，此轉(zhuǎn)化率通常是將反應(yīng)視為在絕熱條件下進(jìn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)化率。通常是將反應(yīng)視為在絕熱條件下進(jìn)行時(shí)對(duì)應(yīng)的最高轉(zhuǎn)化率。解：以解：以1m

47、ol SO2為計(jì)算基準(zhǔn)為計(jì)算基準(zhǔn) (1)計(jì)算該段催化劑中計(jì)算該段催化劑中SO2的轉(zhuǎn)化率和一段出口氣體組成的轉(zhuǎn)化率和一段出口氣體組成 假設(shè)一段轉(zhuǎn)化率為假設(shè)一段轉(zhuǎn)化率為x 物料衡算物料衡算 此過程計(jì)算較簡(jiǎn)單，現(xiàn)將進(jìn)出口物料量列于表此過程計(jì)算較簡(jiǎn)單，現(xiàn)將進(jìn)出口物料量列于表5-7中。中。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算33五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7表表5-7 反應(yīng)器一段進(jìn)出口物料明細(xì)表反應(yīng)器一段進(jìn)出口物料明細(xì)表 熱量衡算熱量衡算(方法一先反應(yīng)后

48、升溫方法一先反應(yīng)后升溫) 為便于計(jì)算為便于計(jì)算,現(xiàn)設(shè)計(jì)如圖現(xiàn)設(shè)計(jì)如圖5-36所示的所示的計(jì)算途徑。計(jì)算途徑。 組分組分一段入口一段入口一段出口一段出口mol數(shù)數(shù)mol%mol數(shù)數(shù)mol%N27.9079.007.907.90/(10.000.5x)O21.1011.001.100.5x( 1 . 1 00 . 5 x ) / (10.000.5x)SO21.0010.001.00 x(1.00 x)/(10.000.5x)SO300 xx/(10.000.5x)合計(jì)合計(jì)10.00100.0010.000.5x100.00考慮考慮:設(shè)計(jì)此途徑的條件是什么設(shè)計(jì)此途徑的條件是什么?- -hR=92.

49、253+2.352hR=92.253+2.35210-2T-43.78410-2T-43.78410-6T2+26.88410-6T2+26.88410-9T3-6.90010-9T3-6.90010-10-12T4 kJ/mol12T4 kJ/mol- -hR=101.342-9.25hR=101.342-9.2510103T kJ/mol (400700)3T kJ/mol (400700)*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算34五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7熱量衡算熱量衡算即：即：HR=H1+H2=0

50、）H1的計(jì)算的計(jì)算- -hR=92.253+2.352hR=92.253+2.35210102 2693.15-693.15-43.78443.78410106 6693.152693.152 +26.884 +26.88410109 9693.153-693.153-6.9006.90010101212693.154 693.154 =94.880kJ/mol =94.880kJ/mol H1= -94.880 x kJ H1= -94.880 x kJ ）H2H2的計(jì)算的計(jì)算 查得查得N2N2、O2O2、SO2SO2的恒壓摩爾熱容數(shù)據(jù)的恒壓摩爾熱容數(shù)據(jù), , 先分別計(jì)算先分別計(jì)算1mol

51、N21mol N2、O2O2、SO2SO2、SO3SO3由由t1=420t1=420升溫至升溫至t2=610t2=610的焓變的焓變h2ih2i，再乘，再乘上各自的物質(zhì)的量數(shù)相加，由上各自的物質(zhì)的量數(shù)相加，由ExcelExcel計(jì)算之值如表計(jì)算之值如表5-85-8所示。所示。 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算35五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7熱量衡算熱量衡算表表5-8 由由Excel計(jì)算的計(jì)算的N2、O2、SO2、SO3由由t1=420升溫至

52、升溫至t2=610的焓變的焓變 由表由表7-7得得: H2=63434.79+1715.37x J 由由HR=H1+H2=0得得: -94880 x+63434.79+1715.37x=0解得：解得：x=0.6809 T1T2J/molmol數(shù)數(shù)2列列3列列含含x值值2列列5列列N2焓變焓變5934.437.9046881.97 0.00O2焓變焓變6266.991.106893.69-0.50-3133.50SO2焓變焓變9659.131.009659.13-1.00-9659.13SO3焓變焓變14508.000.000.001.0014508.00 63434.79 1715.37任務(wù)任

53、務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算36五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7熱量衡算熱量衡算將將x值代入表值代入表5-7計(jì)算得一段出口氣體組成列于表計(jì)算得一段出口氣體組成列于表5-9中。中。 (2)計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距 實(shí)際生產(chǎn)過程中實(shí)際生產(chǎn)過程中,硫酸轉(zhuǎn)化通常在常壓下進(jìn)行硫酸轉(zhuǎn)化通常在常壓下進(jìn)行,此處取此處取p=1.1atm,此處利用自定義函數(shù)此處利用自定義函數(shù)H2SO4XT計(jì)算。計(jì)算。組

54、分組分一段入口一段入口一段出口一段出口mol數(shù)數(shù)mol%g數(shù)數(shù)mol數(shù)數(shù)mol%g數(shù)數(shù)N27.9079.00221.27.9081.78221.20O21.1011.0035.21.10.5x=0.75967.8624.31SO21.0010.00641.00 x=0.31913.3020.42SO3000 x=0.68097.0554.47合計(jì)合計(jì)10.00100.00320.4100.5x=9.6596100.00320.40任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程工藝計(jì)算37五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化

55、率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7(2)計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距利用自定義函數(shù)利用自定義函數(shù)H2SO4XT計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率 xT=0.7036 由表由表5-9一段出口氣體一段出口氣體SO2、O2、SO3的摩爾分率可計(jì)算出對(duì)的摩爾分率可計(jì)算出對(duì)應(yīng)的氣體分壓應(yīng)的氣體分壓,代入式代入式(5-8)對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)算式得：對(duì)應(yīng)的平衡常數(shù)計(jì)算式得： 332222SOSO0.50.50.5SOOSOO0.07057.255()0.0330 (0.0786 1.1)ppypJppypyp由式由式(5-13B)得對(duì)應(yīng)

56、的平衡溫度為得對(duì)應(yīng)的平衡溫度為: *4905.5890.91 Klg7.2554.6455T 平衡溫距為：平衡溫距為：T=TT=T* *T2=890.91T2=890.91883.15=7.76K883.15=7.76K考慮考慮: :此平衡溫距是否符合工藝要求此平衡溫距是否符合工藝要求?! ?! *單元5 典型化工過程工藝計(jì)算38五、計(jì)算五、計(jì)算SO2的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率的實(shí)際轉(zhuǎn)化率和平衡轉(zhuǎn)化率 SO2平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算平衡轉(zhuǎn)化率的計(jì)算 例例5-7(2)計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距計(jì)算對(duì)應(yīng)實(shí)際反應(yīng)條件下的平衡轉(zhuǎn)化率和平衡溫距結(jié)論結(jié)論:T=T*T2=7.76K不符合工藝要求不符

57、合工藝要求,一般要求在一般要求在1015,因此出口因此出口610 偏高偏高,重新假設(shè)重新假設(shè)t2=605,重復(fù)表重復(fù)表7-7以下內(nèi)容。以下內(nèi)容。 返回返回實(shí)際轉(zhuǎn)化率為實(shí)際轉(zhuǎn)化率為0.6623,0.6623,平衡溫距平衡溫距19.11,19.11,比較合適。比較合適。 *單元5 典型化工過程工藝計(jì)算39六、計(jì)算空氣過剩系數(shù)、六、計(jì)算空氣過剩系數(shù)、SO2轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化爐一段出口溫度之間轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化爐一段出口溫度之間的關(guān)系的關(guān)系 (1)物料衡算物料衡算 以以1molSO2為計(jì)為計(jì)算基準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)出口算基準(zhǔn)，將轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)出口氣體中各組分的物質(zhì)的量列于氣體中各組分的物質(zhì)的量列于如表如表7-10中。

58、中。表表7-10 含有含有、x項(xiàng)的一段進(jìn)項(xiàng)的一段進(jìn)出口氣體中各組分的物質(zhì)的量出口氣體中各組分的物質(zhì)的量明細(xì)表明細(xì)表 (2)熱量衡算熱量衡算 為便于計(jì)算為便于計(jì)算,采用與圖采用與圖7-12相相同的計(jì)算途徑同的計(jì)算途徑 組分組分入入 口口出出 口口N23.763.76O211 0.5xSO211xSO30 x合計(jì)合計(jì)4.764.760.5x若忽略反應(yīng)過程熱損失若忽略反應(yīng)過程熱損失,那么那么: HR=H1+H2=0 若考慮反應(yīng)過程熱損失若考慮反應(yīng)過程熱損失,那么那么: HR=H1+H2=Q損損或或 H1+H2=0 任務(wù)任務(wù)2 硫磺制酸過程物料、能量衡算硫磺制酸過程物料、能量衡算*單元5 典型化工過程

59、工藝計(jì)算40六、計(jì)算六、計(jì)算air過剩系數(shù)過剩系數(shù),SO2轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化爐一段出口轉(zhuǎn)化率和轉(zhuǎn)化爐一段出口T之間的關(guān)系之間的關(guān)系 (2)熱量衡算熱量衡算）H1的計(jì)的計(jì)算算 ）H2H2的計(jì)算的計(jì)算 11,R THx h 2142,1dTip iTiHncT 將出口氣體的將出口氣體的cp,i查出查出,將將ni、cp,i代入上式經(jīng)積分整理后得代入上式經(jīng)積分整理后得: H2=13.47(T2T1)+3.223103(T22T12)+4.267105(T21T11) +134.80(T2T1)+1.012102(T22T12)+1.674105(T21T11) +1.09(T2T1)+7.609103(T2

60、2T12)+6.272105(T21T11)x由由H1+H2=0經(jīng)整理后得經(jīng)整理后得:(101342-9.25T1)+1.09(T2-T1)-7.60910-3(T22-T12)-6.272105(T2-1-T1-1)x= 13.47(T2T1)+3.223103(T22T12)+4.267105(T21T11) +134.80(T2T1)+1.012102(T22T12)+1.674105(T21T11)轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)出口溫度一定情況下轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)出口溫度一定情況下,空氣過剩系數(shù)與空氣過剩系數(shù)與SO2轉(zhuǎn)化轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系率之間的關(guān)系轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)口溫度、轉(zhuǎn)化爐一段進(jìn)口溫度、SO2轉(zhuǎn)化率一定情況下