年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)

年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)/NUMPAGES119年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)學(xué)生姓名：學(xué)號(hào)：學(xué)院：系名：專業(yè)：指導(dǎo)教師：年月年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)摘要硫酸是最重要的基礎(chǔ)化工原料之一，主要用于制造磷肥及無機(jī)化工原料，其次作為化工原料廣泛應(yīng)用于有色金屬的冶煉、石油煉制和石油化工、橡膠工業(yè)以及農(nóng)藥、醫(yī)藥、印染、皮革、鋼鐵工業(yè)的酸洗等。本設(shè)計(jì)以硫磺為原料生產(chǎn)硫酸，因?yàn)橐粤蚧菫樵仙a(chǎn)硫酸不需凈化，大大簡(jiǎn)化了工藝過程，節(jié)省投資費(fèi)用，且產(chǎn)品質(zhì)量高。本設(shè)計(jì)完成了年產(chǎn)20萬噸硫酸生產(chǎn)車間工藝設(shè)計(jì)，介紹了硫酸生產(chǎn)的主要方法和成熟的工藝流程。主要內(nèi)容包括原料熔硫工段、焚硫轉(zhuǎn)化工段、干吸工段及主要設(shè)備的選擇、環(huán)保措施等。完成了化工設(shè)計(jì)的各個(gè)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，達(dá)到了設(shè)計(jì)目標(biāo)。經(jīng)分析，設(shè)計(jì)技術(shù)可靠，經(jīng)濟(jì)合理。在設(shè)計(jì)過程中，還重點(diǎn)對(duì)廢水處理進(jìn)行了分析。關(guān)鍵詞：硫酸；硫磺制酸；焚燒爐；轉(zhuǎn)化塔

TheProductionProcessDesignoftheWorkshopforSulfuricacidwithanAnnualOutputof200,000TonsAbstractSulfuricacidisoneofthemostimportantbasicchemicalrawmaterials,mainlyusedinthemanufactureofphosphatefertilizerandinorganicchemicalrawmaterials,asachemicalrawmaterial,itiswidelyusedinnon-ferrousmetalsmelting,petroleumrefiningandpetroleumchemicalindustry,rubberindustry,aswellaspesticides,pharmaceuticals,printinganddyeing,leatherpicklingofironandsteelindustry.Thisdesignisusedsulfuricacidasrawmaterialtoproductsulfur,thusitproductssulfurwithoutpurification,theprocessisgreatlysimplifiedtosaveinvestmentcostsandgainhighproductquality.

Itisanannualoutputof200,000tonsofsulfuricacidproductionplantprocessdesign,introducesthemainmethodsofsulfuricacidproductionandmatureprocess.Themaincontentsincludetherawmaterialsulfurmeltingsection,andburningsulfurconversionsection,dryingandabsorptionsectionandthemajorequipmentsselection,environmentalprotectionmeasures.Itcompletesvariouslinksofthechemicalengineeringdesign,andachievesthedesignobjectives.Throughtheanalysisofthedesign,designtechnologyisreliable,andthedesigniseconomicalandreasonable.Inthedesignprocess,itisalsofocusingonwastewatertreatment.

Keywords:Sulfuricacid;ProducingSulfuricAcidbySulfur;Thestoveofsulfur;Conversiontower第PAGEIV頁，共66頁目錄TOC\o"1-1"\t"標(biāo)題2,1,標(biāo)題3,1"\h\u93951引言 1161971.1概述 1132841.2全球硫酸工業(yè)概況 120991.3我國工業(yè)概況 1141251.4硫酸的性質(zhì) 27998 224068 331475 57632 630702 621087 713792硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成 7274731.5硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝 816846硫磺為原料 821981以硫鐵礦含伴生硫鐵礦為原料 98015冶煉煙氣和其它原料 934641.6低濃度二氧化硫氣體的處理 943181.7硫酸污水處理 10214511.8二氧化硫尾氣 10162372工藝流程 11199002.1快速熔硫與液硫過濾工段 1191822.2轉(zhuǎn)化工段 1256二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基本原理 1326904 1497602.3吸收工段 2229633吸收流程配置的方式 2331135吸收工段的流程 2325843吸收工段主要工藝指標(biāo)分析 2442532.4廢熱回收工藝 24223672.5關(guān)于低溫位熱能回收工藝 25117193物料衡算 26211773.1設(shè)計(jì)要求： 26130103.2物料衡算 263946 261512 26135213.3熱量衡算 292906 2920131 297695[23]（標(biāo)況下） 2923075 2911014主要設(shè)備的設(shè)計(jì)與選型 3846854.1焚硫爐 3830114.2轉(zhuǎn)化塔 3866994.3干吸塔 4038494.4氣體換熱器 41242904.5空氣鼓風(fēng)機(jī) 44306974.6循環(huán)吸泵 4559634.7廢熱鍋爐 45115704.8過熱器和省煤器 46135744.9設(shè)備一覽表 4740695車間布置 48315905.1車間布置的任務(wù) 4928075.2車間布置的基本原則 4946105.3車間布置設(shè)計(jì)的一般要求 49252585.4車間布置 5237355.5裝置的組成部分 5353285.6布置方案 53309965.7

設(shè)備布置

54267976安全與環(huán)保 542926.1安全 543238 542908 5530046.2環(huán)保 5513448 5520651 5623152 56191417經(jīng)濟(jì)核算 57147337.1概述 57132587.2能耗分析

588065

7.3節(jié)能措施

586417.4經(jīng)濟(jì)核算 591735 5921274 60327357.4.3備用費(fèi)用 60114577.4.4專項(xiàng)費(fèi)用 6149187.4.5產(chǎn)品單位成本 61175287.4.6流動(dòng)資金 62161277.4.7投資回收期 6212277設(shè)計(jì)總結(jié) 6222818參考文獻(xiàn) 6320579致謝 66第108頁，共66頁1引言1.1概述近十幾年以來，我國硫酸工業(yè)得到很大的發(fā)展，重要的標(biāo)志之一是硫酸工程設(shè)計(jì)項(xiàng)目多、質(zhì)量好、技術(shù)水平高、經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益顯著。我國自行設(shè)計(jì)、自己建設(shè)的中、小型硫酸工程遍及全國，還承擔(dān)了許多大型硫酸工程設(shè)計(jì)。此外，從國外引進(jìn)了一些先進(jìn)的硫酸技術(shù)。硫酸工程設(shè)計(jì)的進(jìn)步，大大改變了我國硫酸工業(yè)的技術(shù)狀況[1]。硫酸工程設(shè)計(jì)因采用的原料不同其形式各異，工藝過程和設(shè)備須與所用的原料相匹配。以前我國以硫鐵礦生產(chǎn)硫酸為主體，在今相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)期內(nèi)，這種情況不會(huì)有較大的變化；以重有色冶金工業(yè)的冶煉煙氣生產(chǎn)硫酸，是我國硫酸工業(yè)的重要組成部分；隨著硫磺供應(yīng)的增加,愈來愈多的新建工程從治理環(huán)境、生產(chǎn)簡(jiǎn)便和經(jīng)濟(jì)角度考慮，選用以硫磺生產(chǎn)硫酸；以石膏、磷石膏為原料生產(chǎn)硫酸、聯(lián)產(chǎn)水泥的工程，也有新的發(fā)展。一般情況下，以硫鐵礦制酸工藝較復(fù)雜些，硫磺制酸過程簡(jiǎn)便些[2]。1.2全球硫酸工業(yè)概況硫酸是傳統(tǒng)的無機(jī)基本化工原料，自18世紀(jì)中葉工業(yè)化生產(chǎn)以來，隨著染料、炸藥工業(yè)的興起而迅速發(fā)展，現(xiàn)今隨化肥工業(yè)、石油化工、有色冶金、紡織和輕工業(yè)、國防工業(yè)及其它有關(guān)工業(yè)的發(fā)展而不衰[2]。硫酸工藝技術(shù)和裝備、材料不斷演變和進(jìn)步，特別是近年來以環(huán)境保護(hù)和能源利用為中心的變革，使硫酸工藝和裝備有了很大的變化，如改革工藝回收了90％以上的反應(yīng)熱產(chǎn)生蒸汽用于發(fā)電，除自用外并向裝置外供電，成為應(yīng)用清潔生產(chǎn)工藝的能源企業(yè)，其中MECS和Outolec等熱回收工藝是目前流行的技術(shù)。目前世界各國硫酸工程都趨向于大型化發(fā)展，全球的硫酸有50％用于磷酸生產(chǎn)，還有一些用于鎳的生產(chǎn)，這些工業(yè)部門的大型化要求配套的硫酸工程也大型化。有色冶煉工程的大型化也需配套的冶煉煙氣制酸工程大型化?？傊?，這些工業(yè)部門生產(chǎn)大型化帶動(dòng)了硫酸工程的大型化[3]。1.3我國工業(yè)概況我國國民經(jīng)濟(jì)連續(xù)不斷增長(zhǎng)，特別是磷復(fù)肥工業(yè)和有色冶金工業(yè)的蓬勃發(fā)展帶動(dòng)了硫酸工業(yè)迅速發(fā)展。進(jìn)入2l世紀(jì)以來，建成了許多大型的以硫磺或硫鐵礦為原料的生產(chǎn)裝置，一些中、小型企業(yè)得到了改造，也朝大型化方向發(fā)展。以冶煉煙氣為原料的硫酸工程與大型銅、鎳等有色金屬冶煉配套建設(shè)，相應(yīng)建設(shè)大型的硫酸裝置。在此期間建成的大型企業(yè)總生產(chǎn)能力占全國總生產(chǎn)能力50％以上，其中以硫磺制酸較多，冶煉煙氣制酸次之[4]。在建和待建項(xiàng)目建成后，大型硫酸裝置將成為我國硫酸工業(yè)的主體，順應(yīng)了硫酸工業(yè)發(fā)展的需要。通過研制和創(chuàng)新，新工藝、新設(shè)備、新材料亦得到應(yīng)用和推廣，我國硫酸工業(yè)的技術(shù)水平有了較大的進(jìn)步。對(duì)硫酸需求的增加，主要靠增加以硫磺為原料生產(chǎn)的硫酸和充分回收冶煉煙氣中的SO2生產(chǎn)硫酸來解決，并逐步形成了較大生產(chǎn)能力，但以硫鐵礦為原料生產(chǎn)硫酸的能力仍很大。硫鐵礦制酸技術(shù)復(fù)雜，裝置建設(shè)投資較高，再加上礦山的勘探、采選和建設(shè)等的投資，發(fā)展硫鐵礦制酸的總投入較大。21世紀(jì)以來，我國在自主創(chuàng)新建設(shè)大批硫酸裝置的同時(shí)，也引進(jìn)了先進(jìn)的硫酸裝置、關(guān)鍵設(shè)備、催化劑、熱回收技術(shù)和裝備等，促進(jìn)了我國硫酸工業(yè)技術(shù)和裝備水平的提高[5]。1.4硫酸的性質(zhì)（1）理化常數(shù)[6]性狀：無色無味澄清粘稠油狀液體；成分/組成：濃硫酸98.0%(濃)<70%(稀)；密度：98%的濃硫酸1.84g/mL；摩爾質(zhì)量：98g/mol；物質(zhì)的量濃度：98%的濃硫酸18.4mol/L；相對(duì)密度：1.84；沸點(diǎn)：338℃；溶解性：與水和乙醇混溶；凝固點(diǎn)：無水酸在10℃，98%硫酸在3℃時(shí)凝固。（2）溶解放熱濃硫酸溶解時(shí)放出大量的熱，因此濃硫酸稀釋時(shí)應(yīng)該“酸入水，沿器壁，慢慢倒，不斷攪”若將水倒入濃硫酸中，溫度將達(dá)到173℃，導(dǎo)致酸液飛濺，造成安全隱患。硫酸是一種無色黏稠油狀液體，是一種高沸點(diǎn)難揮發(fā)的強(qiáng)酸，易溶于水，能以任意比與水混溶。（3）共沸混合物（熔點(diǎn)：10℃）沸點(diǎn)：290℃（100%酸），沸點(diǎn)：338℃（98.3%酸）但是100%的硫酸并不是最穩(wěn)定的，沸騰時(shí)會(huì)分解一部分，變?yōu)?8.3%的濃硫酸，成為338℃（硫酸水溶液的）共沸混合物。加熱濃縮硫酸也只能最高達(dá)到98.3%的濃度。（4）吸水性它是良好的干燥劑，用以干燥酸性和中性氣體，如CO2，H2，N2，NO2，HCl，SO2等，不能干燥堿性氣體，如NH3，以及常溫下具有還原性的氣體，如H3S吸水是物理變化過程。吸水性與脫水性有很大的不同：吸收原來就有游離態(tài)的水分子，水分子不能被束縛。將一瓶濃硫酸敞口放置在空氣中，其質(zhì)量將增加，密度將減小，濃度降低，體積變大，這是因?yàn)闈饬蛩峋哂形?。?）脫水性[7]脫水指濃硫酸脫去非游離態(tài)水分子或脫去有機(jī)物中氫氧元素的過程。1)脫水性簡(jiǎn)介就硫酸而言，脫水性是濃硫酸的性質(zhì)，而非稀硫酸的性質(zhì)，濃硫酸有脫水性且脫水性很強(qiáng)。2)可被脫水的物質(zhì)物質(zhì)被濃硫酸脫水的過程是化學(xué)變化的過程，反應(yīng)時(shí)，濃硫酸按水分子中氫氧原子數(shù)的比(2:1)奪取被脫水物中的氫原子和氧原子或脫去非游離態(tài)的結(jié)晶水，如五水合硫酸銅(CuSO4·5H2O)。3)炭化可被濃硫酸脫水的物質(zhì)一般為含氫、氧元素的有機(jī)物，其中蔗糖、木屑、紙屑和棉花等物質(zhì)中的有機(jī)物，被脫水后生成了黑色的炭。濃硫酸如：C12H22O1112C+11H2O4)黑面包反應(yīng)在200mL燒杯中放入20g蔗糖，加入幾滴水，水加適量，攪拌均勻。然后再加入15mL質(zhì)量分?jǐn)?shù)為98%的濃硫酸，迅速攪拌。觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象?？梢钥吹秸崽侵饾u變黑，體積膨脹，形成疏松多孔的海綿狀的炭，還會(huì)聞到刺激性氣味氣體。C12H22O1112C+11H2OC+2H2SO4(濃)→CO2↑+2SO2↑+2H2O5)絡(luò)合反應(yīng)將SO3通入濃H2SO4中，則會(huì)有“發(fā)煙”現(xiàn)象。H2SO4+SO3→H2S2O7(亦寫為H2O·SO3·SO3)（2）強(qiáng)氧化性1)跟金屬反應(yīng)①常溫下濃硫酸能使鐵、鋁等金屬鈍化。②加熱時(shí)，濃硫酸可以與除金、鉑之外的所有金屬反應(yīng)，生成高價(jià)金屬硫酸鹽，本身一般被還原成二氧化硫。Cu+2H2SO4(濃)CuSO4+SO2↑+2H2O2Fe+6H2SO4(濃)Fe2(SO4)3+3SO2↑+6H2O在上述反應(yīng)中，硫酸表現(xiàn)出了強(qiáng)氧化性和酸性。2)非金屬反應(yīng)熱的濃硫酸可將碳、硫、磷等非金屬單質(zhì)氧化到其高價(jià)態(tài)的氧化物或含氧酸，本身被還原為二氧化硫。在這類反應(yīng)中，濃硫酸只表現(xiàn)出氧化性。C+2H2SO4(濃)CO2↑+2SO2↑+2H2OS+2H2SO4(濃)3SO2↑+2H2O2P+5H2SO4(濃)2H3PO4+5SO2↑+2H2O3)跟其他還原性物質(zhì)反應(yīng)濃硫酸具有強(qiáng)氧化性，實(shí)驗(yàn)室制取硫化氫、溴化氫、碘化氫等還原性氣體不能選用濃硫酸。H2S+H2SO4(稀)→S↓+SO2↑+2H2O2HBr+H2SO4(稀)→Br2↑+SO2↑+2H2O2HI+H2SO4(稀)→I2↓+SO2↑+2H2O（3）難揮發(fā)性制氯化氫、硝酸等（原理：高沸點(diǎn)酸制低沸點(diǎn)酸）如，用固體氯化鈉與濃硫酸反應(yīng)制取氯化氫氣體。NaCl(固)+H2SO4(濃)→NaHSO4+HCl↑(常溫)2NaCl(固)+H2SO4(濃)Na2SO4+2HCl↑(加熱)再如，利用濃鹽酸與濃硫酸可以制氯化氫氣體。酸性：制化肥，如氮肥、磷肥等2NH3+H2SO4→(NH4)2SO4Ca3(PO4)2+2H2SO4→2CaSO4+Ca(H2PO4)2穩(wěn)定性：濃硫酸與亞硫酸鹽反應(yīng)Na2SO3+H2SO4→Na2SO4+H2O+SO2↑（4）強(qiáng)酸性純硫酸是無色油狀液體，10.4°C時(shí)凝固。加熱純硫酸時(shí)，沸點(diǎn)290°C，并分解放出部分三氧化硫直至酸的濃度降到98.3%為止，這時(shí)硫酸為恒沸溶液，沸點(diǎn)338°C。無水硫酸體現(xiàn)酸性是給出質(zhì)子的能力，純硫酸仍然具有很強(qiáng)的酸性，98%硫酸與純硫酸的酸性基本上沒有差別，而溶解三氧化硫的發(fā)煙硫酸就是一種超酸體系了，酸性強(qiáng)于純硫酸[8]。（1）可與多數(shù)金屬（比銅活潑）和絕大多數(shù)金屬氧化物反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和水。（2）可與所含酸根離子對(duì)應(yīng)酸酸性比硫酸根離子弱的鹽反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和弱酸。（3）可與堿反應(yīng)生成相應(yīng)的硫酸鹽和水。（4）可與氫前金屬在一定條件下反應(yīng)，生成相應(yīng)的硫酸鹽和氫氣。（5）加熱條件下可催化蛋白質(zhì)、二糖和多糖的水解。（6）能與指示劑作用，使紫色石蕊試液變紅，使無色酚酞試液不變色[9]。相對(duì)密度即單位體積硫酸的重量與同體積4℃水的重量之比。相對(duì)密度與密度在概念上是不同的，密度即單位體積硫酸的質(zhì)量，g/cm3。但對(duì)于同一條件下的同一硫酸的相對(duì)密度與密度在數(shù)值上是同一的[10]。硫酸相對(duì)密度是溫度與酸濃度的函數(shù)。當(dāng)固定溫度，硫酸的相對(duì)密度隨濃度升高而升高。當(dāng)固定硫酸濃度，相對(duì)密度則隨溫度升高而下降。此屬于一般的變化規(guī)律。此外當(dāng)酸濃度在0～100%范圍內(nèi)，在任何溫度下，以98.3%濃度下的相對(duì)密度為最大。當(dāng)硫酸濃度屬于發(fā)煙酸范圍時(shí)，以含游離SO3在50%～65%濃度下的相對(duì)密度為最高。SO3%游離量低于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3%增加而升高。游離SO3%高于此區(qū)域，相對(duì)密度隨游離SO3量增加而下降。液體硫酸轉(zhuǎn)變?yōu)楣腆w硫酸時(shí)的溫度稱為結(jié)晶溫度。結(jié)晶溫度隨硫酸濃度不同而變化，其變化關(guān)系是不規(guī)則的[11]。市場(chǎng)上幾種常見硫酸品種的結(jié)晶溫度如表1-1所示：表1-1常用硫酸和發(fā)煙硫酸的結(jié)晶溫度硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃硫酸濃度%（重量）結(jié)晶溫度℃10.0－4.7100+10.37176.0－22.2游離SO310－1.593.0－27.0游離SO320+2.598.5+1.8游離SO365－0.35掌握了硫酸結(jié)晶溫度具有下述意義：（1）了硫酸貯存輸送提供了防止發(fā)生凍酸的溫度控制依據(jù)；（2）為了確定產(chǎn)品濃度范圍提供了依據(jù)；（3）對(duì)處于不正常情況下發(fā)生的酸凍結(jié)原因分析提供了理論依據(jù)。熱容指在不發(fā)生相變又不發(fā)生化學(xué)反應(yīng)和無其它功能的條件下，單位硫酸溫度升高或降低1℃時(shí)，所引起的熱量變化。以摩爾為單位，即摩爾熱容[kJ/（mol·K）]，以質(zhì)量千克為單位即為比熱[kJ/（mol·K）]。從實(shí)驗(yàn)上得知，將同一種濃度的硫酸從0升高到1與從99升到100所需要的熱量是不同的[12]。可見不同的溫度下有不同的熱容，為了使用上的方便，在工程計(jì)算中采用平均熱容。熱焓是指某一單位重量（kg）的硫酸在某一溫度下含有的熱量。熱焓是狀態(tài)函數(shù)，它的變化由始態(tài)和終態(tài)決定，與中間過程無關(guān)。硫酸的沸點(diǎn)蒸氣壓和蒸氣組成H2O－SO3為二元系統(tǒng)，其溶液具有恒沸狀態(tài)的性質(zhì)，這種性質(zhì)在硫酸水溶液的濃縮、SO3吸收以及濃硫酸用作干燥劑等方面有著極其重要的意義。溶液的沸點(diǎn)隨H2SO4含量的增加而升高。當(dāng)濃度達(dá)到98.3%時(shí)達(dá)最大值（336.8℃），此后則下降，至100%H2SO4時(shí)為296.2℃。發(fā)煙硫酸的沸點(diǎn)，則隨SO3（游離）百分含量的增大而下降，直降至44.7℃。常壓下加熱濃縮稀硫酸，當(dāng)酸濃達(dá)到98.3%時(shí)，液面上的氣相組成與液相組成達(dá)到相同，即使繼續(xù)加熱蒸發(fā)，液相組分不變，這時(shí)沸點(diǎn)（338.8℃）稱恒沸點(diǎn)。這說明在常壓下只能將稀硫酸濃縮到98.3%，成為理論上的濃縮濃度。但在生產(chǎn)操作中為了經(jīng)濟(jì)性和減少硫酸損失，通常只是將稀硫酸濃縮至92%～95%[13]。根據(jù)相平衡原理，硫酸液面上應(yīng)有相應(yīng)的氣體成分。上述的加熱濃縮稀硫酸及加熱蒸發(fā)游離SO3，相應(yīng)的氣相成分以H2O和SO2為主。而在常壓低溫范圍內(nèi)，硫酸液面上氣相組分，則以H2SO4為主，其量用總蒸氣壓表示。各種溫度下不同濃度硫酸的總蒸氣壓，可有下式計(jì)算：㏒p＝A-B/T式中p—蒸氣壓，Pa；T—絕對(duì)溫度，K；A、B—與酸濃度有關(guān)的常數(shù)。當(dāng)溫度一定時(shí)，硫酸液面上的總蒸氣壓隨硫酸濃度升高而降低，且在98.3%時(shí)總蒸氣壓最低。當(dāng)酸濃超過98.3%時(shí)，總蒸氣壓隨濃度的升高（游離SO3%增加）而增大。如表1-2所示：表1-2各種濃度硫酸的A、B常數(shù)值H2SO4%204060809098.3100A8.9228.8448.8419.2939.2559.7809.805B22682299245830403390421139141.5硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝硫磺為原料進(jìn)口硫磺可充分利用世界硫資源，以補(bǔ)充我國硫資源的不足，其前提是世界上要有多余的硫磺供應(yīng)。硫磺進(jìn)口量的多少受多種因素影響，但硫的供應(yīng)總量和需求總量基本上平緩地上升，即使年我國進(jìn)口硫磺達(dá)占世界硫磺貿(mào)易量的，也未出現(xiàn)總體上生產(chǎn)和供應(yīng)小于需求的態(tài)勢(shì)。上述資料可能有局限性，不夠全面，但可看出在世界范圍某些地區(qū)的變化和世界總量的變化是有區(qū)別的。拿我國的情況看，年硫鐵礦制酸，硫磺制酸僅幾十萬噸年礦制酸減少到，硫磺制酸升至其中礦制酸改為硫磺制酸的量?jī)粼黾恿耸澜缌虻南M(fèi)，而其余增加的硫磺制酸大部分用于增產(chǎn)磷肥，并且主要是以產(chǎn)抵進(jìn)，這樣就減少了國外磷肥的生產(chǎn)，即減少了國外硫的消費(fèi)量。所以，我國使世界硫磺消費(fèi)凈增加量實(shí)際低于進(jìn)口硫磺的增加量[14]?？傮w上世界硫磺供應(yīng)略有富余，但年以來世界硫磺的價(jià)格逐漸抬高，目前硫磺生產(chǎn)主要地區(qū)是美國、加拿大、中東、前蘇聯(lián)，世界硫磺貿(mào)易最大進(jìn)口國是中國占最大出口地區(qū)是加拿大和中東總和。硫磺貿(mào)易中所占份額最大的是加拿大、中東出口方和中國進(jìn)口方，因中東不穩(wěn)定的局勢(shì)和費(fèi)用上漲，加拿大隨之漲價(jià)的可能性也是存在的，受影響最大的是我國。目前的高價(jià)位應(yīng)該能促使我國硫磺制酸增長(zhǎng)的勢(shì)頭下降。以硫鐵礦含伴生硫鐵礦為原料硫鐵礦是我國的自有資源，從我國這個(gè)人口，大國的安全和經(jīng)濟(jì)發(fā)展考慮，保持一定規(guī)模的硫鐵礦采選能力和硫鐵礦制酸能力是需要的。同時(shí)，從我國硫鐵礦資源狀況上考慮又應(yīng)該節(jié)約使用，恰當(dāng)?shù)乩脟獾牧蛸Y源。我國已是國際市場(chǎng)中重要的一員，因而特別需要研究和把握好國際市場(chǎng)，為硫酸的長(zhǎng)期發(fā)展?fàn)幦∮欣麠l件，硫鐵礦制酸可以起到重要的調(diào)節(jié)、平衡作用。如果將硫鐵礦制酸改為硫磺制酸，將凈增加世界硫磺的消費(fèi)需求，維持現(xiàn)有硫鐵礦原料能力并穩(wěn)步增長(zhǎng)不但對(duì)國家經(jīng)濟(jì)安全有利，而且可以穩(wěn)定世界硫磺市場(chǎng)，反過來對(duì)我國進(jìn)口硫磺有利，總體上對(duì)我國硫酸工業(yè)的長(zhǎng)期發(fā)展有利。穩(wěn)定和發(fā)展硫鐵礦制酸要重視發(fā)展硫鐵礦礦源和發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置。發(fā)展硫鐵礦礦源包括后備資源的勘探、資源開發(fā)利用的規(guī)劃和評(píng)價(jià)、資源合理利用的研究、技術(shù)開發(fā)、礦山建設(shè)、提高生產(chǎn)能力和技術(shù)水平等。發(fā)展硫鐵礦制酸生產(chǎn)裝置包括工藝技術(shù)和裝備水平的提高、減少環(huán)境污染、解決礦渣的綜合利用、大型化等[15]。要本著節(jié)約資源的觀點(diǎn)，礦山和硫酸廠都要考慮在充分利用中、高品位礦的同時(shí)如何利用好低品位礦，提高資源的綜合利用率。冶煉煙氣和其它原料冶煉煙氣主要是有色金屬硫化礦物冶煉時(shí)產(chǎn)生的含二氧化硫煙氣，冶煉煙氣制酸實(shí)際是冶煉廠的副產(chǎn)品，是隨著冶金工業(yè)的發(fā)展而發(fā)展。我國冶煉煙氣制酸發(fā)展迅速，已形成較大的生產(chǎn)能力，其硫酸產(chǎn)量占全國總產(chǎn)量的左右。石膏、磷石膏是我國硫酸原料潛在的硫資源，目前已有口以上的工業(yè)生產(chǎn)能力[16]，但近期大規(guī)模發(fā)展的條件還不夠成熟。我國煤炭中所含的硫也是潛在的硫資源，目前燃煤煙氣脫硫主要采用拋棄法，回收這部分硫的開發(fā)研究和工業(yè)化應(yīng)該加緊進(jìn)行。1.6低濃度二氧化硫氣體的處理德國魯奇公司80年代開發(fā)的物理吸收法吸收二氧化硫的工藝，經(jīng)過改進(jìn)已在液體二氧化硫的生產(chǎn)中使用,這種方法使用Selexol溶液(聚乙二醇二甲醚)作為吸收劑。美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司開發(fā)了使用DBBP(丁基膦酸二丁酯)作吸收劑的方法。DBBP選擇性吸收劑對(duì)二氧化硫的吸收容量大且解吸溫度低，蒸氣壓力和粘度都較低，腐蝕性小，而且是一種阻燃劑[17]。丹麥托普索公司開發(fā)的濕法硫酸工藝成功地用于從有色金屬冶煉廢氣中回收二氧化硫，這種工藝不使用吸收劑或化學(xué)藥劑，不產(chǎn)生廢水和廢渣，特別適用于處理二氧化硫濃度低于5%的氣體(也可用于處理SO2濃度高的氣體)，二氧化硫的轉(zhuǎn)化率可達(dá)99.3%～99.5%，生成的三氧化硫與氣體中的水蒸汽結(jié)合為硫酸蒸汽，并在WSA冷凝塔中冷凝成酸，產(chǎn)品硫酸濃度可達(dá)98%。美國孟山都環(huán)境化學(xué)公司與CalgonCarbon公司合作開發(fā)了Centaur工藝，采用活性炭將二氧化硫吸附氧化生成三氧化硫并與水結(jié)合成硫酸。然后用水將硫酸從活性炭上洗滌下來，成為稀硫酸。這種方法與德國魯奇公司過去開發(fā)的Sulfacid工藝相似，但Centaur活性炭的催化活性比其它活性炭高一倍。該法具有設(shè)備少、熱能利用好、二氧化硫排放量低等特點(diǎn)。對(duì)于硫磺制酸裝置，產(chǎn)生的稀硫酸可以代替補(bǔ)充水加入吸收系統(tǒng)；對(duì)于有色金屬冶煉廠，稀硫酸可用于礦石的浸提。這種方法甚至可以與一轉(zhuǎn)一吸流程合并使用，取代兩轉(zhuǎn)兩吸工藝。與兩轉(zhuǎn)兩吸比較，一轉(zhuǎn)一吸加Centaur尾氣處理工藝具有二氧化硫排放數(shù)量少，使用設(shè)備少、造價(jià)低、壓力降小、熱量回收率高及可以避免開、停車時(shí)造成環(huán)境污染等特點(diǎn)。這種方法的缺點(diǎn)是產(chǎn)生的硫酸濃度低，尾氣中含有水蒸汽，會(huì)形成煙羽[18]。1.7硫酸污水處理硫酸生產(chǎn)過程中含有SO3、H2SO4、As、Hg、懸浮物等有毒害物質(zhì)。我們必須加入一定量的Ca(OH)2、FeSO4、PAM等凈水藥劑來凈化污水。流程見圖1-1：圖1-1污水處理流程1.8二氧化硫尾氣《大氣污染物綜合排放國家標(biāo)準(zhǔn)(GB16297—1996)限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為960mg/m3。受二氧化硫平衡轉(zhuǎn)化率的限制，無論是以硫磺還是硫鐵礦和冶煉煙氣為原料，尾氣中必定含有一定量的二氧化硫。硫磺制酸工藝過程比較簡(jiǎn)單，操作條件與設(shè)計(jì)條件較為吻合，進(jìn)轉(zhuǎn)化工序的二氧化硫濃度和氧硫比較為穩(wěn)定，采用兩轉(zhuǎn)兩吸工藝制酸尾氣較容易達(dá)標(biāo)排放[19]。2工藝流程工藝上一般采用快速熔硫、液硫機(jī)械過濾、機(jī)械霧化焚硫技術(shù)，較多地采用“3+2”兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，并采用中壓鍋爐和省煤器回收焚硫和轉(zhuǎn)化工序的廢熱，產(chǎn)生中壓過熱蒸汽。將澄清的熔融硫送入焚硫爐與空氣霧化后于爐內(nèi)焚化，產(chǎn)生高溫二氧化硫爐氣，經(jīng)余熱鍋爐使?fàn)t氣溫度降至650～680℃，進(jìn)入轉(zhuǎn)化器，本設(shè)計(jì)采用一次轉(zhuǎn)化通過一、二、三段觸媒，二次轉(zhuǎn)化通過四、五次觸媒。換熱方式一次轉(zhuǎn)化采用外部換熱，二次轉(zhuǎn)化的四、五段間采用空氣冷激。2.1快速熔硫與液硫過濾工段熔硫工序一般采用快速熔硫和液硫機(jī)械過濾工藝，其中關(guān)鍵設(shè)備一是快速熔硫槽，二是液硫過濾器。固體硫磺經(jīng)熔融，濾去固體雜質(zhì)后，存于熔硫槽，維持熔硫溫度在130~145℃之間，熔硫貯槽的空間溫度在115℃以上。由泵將熔硫打入硫磺霧化噴嘴，與經(jīng)過干燥的空氣混合而入爐燃燒。燃燒的空氣是由鼓風(fēng)機(jī)送入硫酸干燥塔，使水分含量降低到0.1g/m3以下，再經(jīng)過除沫后送至焚硫爐和轉(zhuǎn)化器。近年來為了節(jié)能，新設(shè)計(jì)的焚硫系統(tǒng)把鼓風(fēng)機(jī)改設(shè)在干燥塔之后，使每噸酸能耗可降低10%左右。在焚硫爐產(chǎn)生的爐氣，溫度在800～1000℃，SO2濃度在12%左右，經(jīng)廢熱鍋爐冷卻到430℃左右，進(jìn)入爐氣過濾器，濾去雜質(zhì)后與空氣混合，使溫度和SO2濃度都達(dá)到合適范圍后進(jìn)入轉(zhuǎn)化塔[12]。為了防止雜質(zhì)在過濾槽內(nèi)沉降，在過濾槽內(nèi)增設(shè)了攪拌器，這樣幾乎所有固體雜質(zhì)都可在液硫過濾器內(nèi)除去，從而大大減輕了過濾槽的清理難度并延長(zhǎng)了清理周期。對(duì)于采用機(jī)械過濾工藝的裝，在熔硫槽后再設(shè)自然沉降槽的意義不大，一是因?yàn)槌两禃r(shí)間短，大部分的固體雜質(zhì)還是要帶人過濾槽內(nèi)并在液硫過濾器中除去二是增加了土建、設(shè)備和廠房的投資三是流程加長(zhǎng)，操作程序增多，運(yùn)行費(fèi)用增加。出熔硫槽的液體硫成直接進(jìn)人過濾槽，由過濾泵送人葉片式液硫過濾器過濾。為了防止停泵時(shí)液硫過濾器出口管道內(nèi)的液硫返流人液硫過濾器，破壞過濾器內(nèi)的濾餅，同時(shí)也為了操作工人的安全，過濾后的液硫最好不要直接送人液硫儲(chǔ)雄，而是先流人一低位中間槽，再由液硫泵送人液硫儲(chǔ)旅儲(chǔ)存。如果熔硫槽為多臺(tái)，也可將過濾槽分為兩臺(tái)就近布置，以增加整個(gè)熔硫裝置操作的靈活性。為節(jié)約用地，過濾槽、助濾槽和中間槽可以采用方形平底結(jié)構(gòu)，并設(shè)計(jì)成一個(gè)整體，將葉片式過濾器布置在平臺(tái)上，下部留有足夠空間，以方便出渣和液硫排放。2.2轉(zhuǎn)化工段轉(zhuǎn)化一般采用進(jìn)口催化劑、“3+1”兩次轉(zhuǎn)化工藝、“Ⅰ-Ⅱ”換熱流程。也有個(gè)別裝里采用國產(chǎn)催化劑、“3+2”兩次轉(zhuǎn)化工藝。總轉(zhuǎn)化率均要求達(dá)到99.8%以上，一些裝置要求轉(zhuǎn)化率達(dá)到99.83%以上，放空尾氣中SO2含量低于700mg/m3。由于要求較高的轉(zhuǎn)化率，一般催化劑的裝填盆較大。轉(zhuǎn)化工序流程如圖2-1：1—一段省煤器;2—五段省煤器;3,7—省煤器;4—轉(zhuǎn)化器;5—第二換熱器;6—第三換熱器;8—焦炭過濾器圖2-1轉(zhuǎn)化工序流程圖二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的基本原理二氧化硫轉(zhuǎn)化反應(yīng)的方程式從上述反應(yīng)方程式可以看出SO2轉(zhuǎn)化反應(yīng)的特點(diǎn)，這個(gè)反應(yīng)為可逆、體積縮小、放熱的反應(yīng)[13]。了解到這些特點(diǎn)我們可以確定一些具體的數(shù)學(xué)模型。平衡轉(zhuǎn)化率：根據(jù)定義可以用下式表示：XT=(2-1)反應(yīng)平衡常數(shù)Kp=(2-2)將（2-1）和（2-2）合并，便可以得到平衡轉(zhuǎn)化率與平衡常數(shù)的關(guān)系式。XT==(2-3)為了便于計(jì)算，我們把氧的平衡分壓PO2換成SO2和氧的起始濃度。氧的平衡分壓：P（）=(2-4)將(4)式代入(3)則可得， XT=若要計(jì)算XT,我們可以用試差法求解。式中：P（）——二氧化硫的平衡分壓；P（）——三氧化硫的平衡分壓；P（）——氧氣的平衡分壓；XT——平衡轉(zhuǎn)化率（%）；Kp——反應(yīng)平衡常數(shù)；a——二氧化硫的起始濃度（體積%）；b——氧的起始濃度（%）；P——?dú)怏w總壓力（大氣壓atm）。前面我們對(duì)硫酸工藝已有所了解，但各種操作有其自身的因素而定。轉(zhuǎn)化工藝的操作條件主要有三個(gè)：轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度、轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度以及轉(zhuǎn)化器的通氣量[20]。這就是轉(zhuǎn)化操作的“三要素”，下面我們分述各個(gè)條件的選擇理由。（1）轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫度1）轉(zhuǎn)化反應(yīng)的溫升情況轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中放出的熱量，使氣體溫度升高，它與氣體中二氧化硫含量有關(guān)。每段轉(zhuǎn)化后氣體溫度升高情況可以用下式計(jì)算：t＝t0+λ(XT-X0)式中：t——出觸媒層的氣體溫度，℃；t0——進(jìn)觸媒層的氣體溫度，℃；XT——出觸媒層的轉(zhuǎn)化率；X0——進(jìn)觸媒層的轉(zhuǎn)化率；λ——絕熱系數(shù)，由轉(zhuǎn)化反應(yīng)過程中初始反應(yīng)的氣體濃度決定的，相當(dāng)于轉(zhuǎn)化率從0增加到100%的氣體溫度升高的度數(shù)。λ＝10.2a/Cv式中：a——SO2的初始濃度，%；Cv——平均溫度下與轉(zhuǎn)化率XT＝0.5時(shí)的氣體平均熱容量，卡/米3·℃。采用平均溫度為500℃，轉(zhuǎn)化率為50%時(shí)，計(jì)算的二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系如表2-1所示：表2-1二氧化硫濃度與λ值的關(guān)系SO2濃度%λSO2濃度%λSO2濃度%λ25961731027838872001130341178226123285145925213506把λ值代入即可計(jì)算出一定的二氧化硫濃度和一定的轉(zhuǎn)化率下，絕熱反應(yīng)過程中它溫度升高值。二氧化硫氣體的反應(yīng)熱，即沒有移走，也沒有損失，全部用于加熱觸媒和反應(yīng)氣體本身。這個(gè)過程稱為絕熱反應(yīng)過程。氣體的溫度升高，所列數(shù)據(jù)值叫絕熱溫升值。知道這些值可以幫我們判斷轉(zhuǎn)化率和溫度的數(shù)值是否正確。我們知道了已知溫差如何求轉(zhuǎn)化率的方法。反過來，我們知道轉(zhuǎn)化率就可以求出溫差。運(yùn)用這種方法，在一段出口溫度不準(zhǔn)超過600℃情況下，不同二氧化硫的進(jìn)氣濃度，以平衡時(shí)的轉(zhuǎn)化率算出一段進(jìn)口的最高允許溫度見列表2-2：表2-2不同二氧化硫濃度下轉(zhuǎn)化器一段進(jìn)口的最高允許溫度進(jìn)氣濃度SO2%5677.58910一段進(jìn)口最高允許溫度℃4994704534454414284212)轉(zhuǎn)化反應(yīng)的最適宜溫度根據(jù)前面我們所述的轉(zhuǎn)化反應(yīng)和觸媒的特性，選擇轉(zhuǎn)化操作的溫度，應(yīng)考慮以下幾個(gè)要求：a.要保證能獲得較高的轉(zhuǎn)化率。b.要保證在較快的反應(yīng)速度下進(jìn)行轉(zhuǎn)化，以盡量減少觸媒用量，或在一定量的觸媒下能獲得最大的生產(chǎn)能力。c.要保證轉(zhuǎn)化溫度控制在觸媒的活性溫度范圍之內(nèi)，即應(yīng)該將轉(zhuǎn)化反應(yīng)溫度控制在觸媒的起燃溫度之上，耐熱極限溫度之下。平衡轉(zhuǎn)化率與反應(yīng)速度對(duì)溫度的關(guān)系是矛盾的，所以必須根據(jù)較高的轉(zhuǎn)化率，又要有較快的反應(yīng)速度的兩全齊美的原則來選擇一個(gè)最適宜的操作溫度。對(duì)于一定組分的進(jìn)層都有一定的溫度使反應(yīng)速率最快，這個(gè)溫度條件稱為最適宜溫度。這個(gè)溫度可以用下式來計(jì)算：T適=式中：XT——轉(zhuǎn)化率，%；a——二氧化硫的濃度，%；b——氧的濃度，%。我們?nèi)绻言谀骋环N進(jìn)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?，F(xiàn)在我們可以看一下進(jìn)氣組分在某種觸媒下溫度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系圖，如圖2-2：圖2-2溫度轉(zhuǎn)化率圖從圖中看出，平衡溫度較適宜溫度高。但在溫度越高低平衡轉(zhuǎn)化率和實(shí)際轉(zhuǎn)化率差數(shù)愈小，這主要是因?yàn)楦邷叵碌姆磻?yīng)速度較低溫時(shí)快，靠近平衡時(shí)反應(yīng)速度變慢直到平衡時(shí)速度等于零。我們要在較低的溫度下以較高的反應(yīng)速度進(jìn)行，同時(shí)有較高的轉(zhuǎn)化率。這就要求我們?cè)诜磻?yīng)時(shí)移走能量。（2）轉(zhuǎn)化反應(yīng)的進(jìn)氣濃度進(jìn)入轉(zhuǎn)化器的二氧化硫濃度是控制轉(zhuǎn)化操作中最重要的條件之一，它的波動(dòng)將引起溫度、轉(zhuǎn)化率和系統(tǒng)生產(chǎn)能力的變化。下面著重介紹幾個(gè)問題的影響：1).進(jìn)氣中二氧化硫濃度與溫度的關(guān)系：這個(gè)問題我們已在選擇溫度時(shí)作了解釋，這里作圖以便更清楚地了解其相互關(guān)系。如圖2-3：圖2-3不同二氧化硫濃度下轉(zhuǎn)化率每變化1%溫度升高的關(guān)系2).進(jìn)氣中二氧化硫濃度與轉(zhuǎn)化率的關(guān)系：從表2-3中我們可以看出，通過第一次吸收在氣體中除去了SO3，氧硫比值大大提高，突破了原來的平衡關(guān)系，使轉(zhuǎn)化率達(dá)到99%以上。表2-3各段爐氣SO2/O2比值同轉(zhuǎn)化率的關(guān)系項(xiàng)目一次轉(zhuǎn)化二次轉(zhuǎn)化進(jìn)出出進(jìn)出出轉(zhuǎn)化率%60809699.5氣體組成SO293.71.872.020.4050.011O28.66.055.185.645.244.67SO3-5.557.46微1.631.99O2/SO20.9551.632.772.7812.84.44O2/SO2+SO30.9550.6550.5552.782.572.33N282.484.785.692.592.893.4.進(jìn)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(huì)增加，但轉(zhuǎn)化率會(huì)下降。進(jìn)氣的SO2濃度同生產(chǎn)能力的關(guān)系見表2-4：表2-4進(jìn)氣的SO2濃度與產(chǎn)酸量轉(zhuǎn)化率之間的關(guān)系二氧化硫濃度%產(chǎn)酸量的增加%總轉(zhuǎn)化率%7.0097.07.56.396.18.011.894.98.516.793.39.020.090.54).進(jìn)氣中SO2濃度的適宜范圍：在生產(chǎn)中控制的SO2的指標(biāo)，除應(yīng)考慮上述幾個(gè)關(guān)系外，還要考慮環(huán)境保護(hù)和排放標(biāo)準(zhǔn)，另外還要考慮生產(chǎn)系統(tǒng)的可能性，觸媒用量，設(shè)備的費(fèi)用。因此控制二氧化硫濃度指標(biāo)是一個(gè)極其重要的綜合性的技術(shù)。對(duì)SO2進(jìn)氣濃度的選擇，我們應(yīng)綜合考慮。我根據(jù)硫酸的原料來源等情況選擇二氧化硫的進(jìn)氣濃度為9%。下面介紹我的選擇理由，主要從二氧化硫轉(zhuǎn)化率角度考慮。a.二氧化硫濃度同生產(chǎn)能力的影響：二氧化硫濃度低能加快反應(yīng)速度，但用的原料氣增加，生產(chǎn)能力受鼓風(fēng)機(jī)的影響也會(huì)下降。濃度過高也會(huì)如此。b.二氧化硫濃度對(duì)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)的影響：當(dāng)a=8.5～9%時(shí)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)最底。但二氧化硫濃度在1%內(nèi)變動(dòng)對(duì)生產(chǎn)經(jīng)費(fèi)并無多大的影響。c.最終轉(zhuǎn)化率同相對(duì)成本的關(guān)系：我們用硫磺制得二氧化硫最終轉(zhuǎn)化率97.5～98%時(shí)，生產(chǎn)成本較低，有尾氣回收裝置，轉(zhuǎn)化率可以減小到96～96.5%。表2-5原料氣組成不變(a=0.09)時(shí)優(yōu)化結(jié)果ti-1tixi431.55880.735531.55640.8095015190.893461472.50.947451454.60.963根據(jù)以上情況和理由，我確定工藝流程操作參數(shù)二氧化硫濃度為9.0%，氧氣濃度為8.6%，最終轉(zhuǎn)化率99.5%左右。（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(jì)算而得：V標(biāo)=G酸×22.4/(98·XT·η吸·C進(jìn))V實(shí)=V標(biāo)式中：V標(biāo)——標(biāo)準(zhǔn)狀況下的通氣量，m3/h；V實(shí)——實(shí)際情況下的通氣量，m3/h；G酸——硫酸產(chǎn)量，kg/h；XT——轉(zhuǎn)化率，取0.995；η吸——吸收率，取0.99975；C進(jìn)——SO2進(jìn)氣濃度，0.09；H出——鼓風(fēng)機(jī)轉(zhuǎn)化段出口負(fù)壓，Pa；t——實(shí)際平均溫度，℃。工藝參數(shù)確定前面我們已對(duì)二氧化硫轉(zhuǎn)化三氧化硫的各段參數(shù)定了一個(gè)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(dòng)使用設(shè)計(jì)所確定的操作參數(shù)或依靠經(jīng)驗(yàn)改變操作參數(shù)都比較盲目。這就要求使整個(gè)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)操作狀態(tài)下優(yōu)化操作問題。在優(yōu)化操作時(shí)，首先建立模擬真實(shí)過程的數(shù)學(xué)模型，利用現(xiàn)場(chǎng)操作數(shù)據(jù)，對(duì)實(shí)際操作狀況做出評(píng)價(jià)，然后在評(píng)估基礎(chǔ)上以實(shí)際換熱條件作為約束，使用復(fù)合型優(yōu)化方法，以產(chǎn)量作為優(yōu)化目標(biāo)，尋求能使現(xiàn)存系統(tǒng)操作最優(yōu)的各主要操作系數(shù)。當(dāng)然這項(xiàng)工作應(yīng)該是經(jīng)常性的，這樣才能使反應(yīng)系統(tǒng)始終處于最優(yōu)的操作狀態(tài)。二氧化硫催化氧化生成三氧化硫?yàn)榉艧岱磻?yīng)且可逆，所以我們選定經(jīng)驗(yàn)動(dòng)力學(xué)方程式如下：R=(2-5)對(duì)于國產(chǎn)S101型催化劑，當(dāng)t＜470℃或x＞0.60時(shí)，k1=。當(dāng)t＜470℃且x＞0.6時(shí)，我們?nèi)1=。內(nèi)擴(kuò)散對(duì)宏觀動(dòng)力學(xué)的影響，可用內(nèi)擴(kuò)散效率因子表示ξ=（2-6）式中：D為SO2或SO3氣體的相擴(kuò)散系數(shù)，一般為0.44cm2/s。實(shí)際反應(yīng)速率為R·ξ,因此各段反應(yīng)床層的空時(shí)為：τi=·dx/(R·ξ)(2-7)各床層按絕熱過程處理ti=ti-1+λ(xixi-1)(2-8)以上式中：xi-1、xi——i段進(jìn)、出氣轉(zhuǎn)化率；ti-1、ti——i段進(jìn)、出氣溫度，℃；a、b——原料氣中SO2、SO3的組成；k1——反應(yīng)速率常數(shù)；kp——反應(yīng)平衡常數(shù)；R——反應(yīng)速率，kmol/m3·s；D——SO2的有效擴(kuò)散系數(shù)，cm2/s；ξ——內(nèi)擴(kuò)散效率因子；λ——床層絕熱溫升；τi——i段床層的空時(shí)，s。對(duì)實(shí)際過程進(jìn)行評(píng)價(jià)時(shí)，首先采用各段進(jìn)出氣溫度及各段轉(zhuǎn)化率等現(xiàn)場(chǎng)操作參數(shù)，由式（2-8）確定存在熱損失及其他少量副作用反應(yīng)時(shí)的實(shí)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（2-8），可客觀地求出實(shí)際反應(yīng)過程中各段反應(yīng)溫度隨轉(zhuǎn)化率的變化關(guān)系。如果熱損失為5%，此時(shí)絕熱模擬溫升值應(yīng)比正常值低5%。由于各段的熱損失不同及副反應(yīng)的存在情況下不同，然后利用（式2-7），在計(jì)算機(jī)上數(shù)值積分可得到各段反應(yīng)床層的實(shí)際空時(shí)。在處理總氣量基本不變的情況下，也就相當(dāng)于求出各段床層填充的催化劑體積。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。由于整個(gè)反應(yīng)系統(tǒng)總阻力基本保持不變，故反應(yīng)系統(tǒng)總處理氣量可認(rèn)為是定值。這時(shí)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(yīng)為V1=τ1(1y)V0。其他各段不用冷激氣，Vi=ViV0這樣在調(diào)整操作條件時(shí)，y值變化情況存在比較性。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(shí)對(duì)下面幾個(gè)問題沒有影響，流動(dòng)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(yīng)的存在情況及各換熱情況等。這些問題可以看成與調(diào)整參數(shù)前相似，這樣就可以將一定總處理氣量下的最終轉(zhuǎn)化率與原料氣中二氧化硫含量乘積作為優(yōu)化目標(biāo)，將各段進(jìn)氣溫度作為優(yōu)化參數(shù)，使用上述模擬真實(shí)過程的數(shù)學(xué)模型，同樣使用式（2-8）及式（2-7），計(jì)算各段有效催化劑能夠?qū)崿F(xiàn)的任務(wù)。得到調(diào)整后的操作參數(shù)的最終轉(zhuǎn)化率。一段從ti-1、xi-1出發(fā)，對(duì)式（2-7）進(jìn)行數(shù)值積分，直到空時(shí)達(dá)到τi=Vi/(V0·(1y))為止。V取決于ti及ti-1。其它各段數(shù)值積分到τi=Vi/V0為止。因?yàn)槭剑?-5）中反應(yīng)速率是以正反應(yīng)速率的形式表示的。在調(diào)整操作參數(shù)時(shí)，反應(yīng)速率以正值迅速下降至負(fù)值的方式，接近甚至超越平衡的限制，故在此時(shí)數(shù)值積分求取的τi的迭加值會(huì)越來越小，而永遠(yuǎn)達(dá)不到各段有效催化劑空時(shí)限制，因此在數(shù)值積分時(shí)，反應(yīng)速率出現(xiàn)負(fù)值時(shí)，就立即終止此段的計(jì)算是十分必要的。因此實(shí)際過程中反應(yīng)只要能越來越慢地接近平衡，而不會(huì)超越它。2.3吸收工段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。三氧化硫被吸收后與其中的水化合成硫酸，其反應(yīng)式如下：nSO3+H2OH2SO4+(n-1)SO3+89247J由此反應(yīng)可知，隨著SO3與水量比例的變化，可以生成各種濃度的硫酸。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。硫酸吸收SO3氣體的過程大體按下述五個(gè)步驟進(jìn)行：（1）氣體中的三氧化硫從氣相主體中向界面擴(kuò)散；（2）穿過界面的三氧化硫在液相中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散；（3）與三氧化硫起反應(yīng)的水分，在液相主體中向反應(yīng)區(qū)擴(kuò)散；（4）三氧化硫和水在反應(yīng)區(qū)進(jìn)行化學(xué)反應(yīng)；（5）生成的硫酸向液相主體擴(kuò)散。事實(shí)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(dòng)力越大，吸收速度就越快。一般把被吸收的三氧化硫數(shù)量和原來氣體中三氧化硫的總數(shù)量之百分比稱為吸收率。η＝(ab)/a·100%式中，η—吸收率，%；a—進(jìn)吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol；b—出吸收裝置的三氧化硫數(shù)量，mol。在實(shí)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。與此同時(shí)取出循環(huán)酸作為產(chǎn)品酸。對(duì)濃硫酸而言，選擇98.3%的濃硫酸作為吸收酸時(shí)，盡可能使氣相中SO3的吸收率達(dá)到最完全的程度。濃度過高、過低均不適宜。吸收酸的濃度低于98.3%H2SO4時(shí)，酸液面上的SO3的平衡分壓較低，當(dāng)氣體中SO3分子向酸液表面蒸發(fā)并擴(kuò)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(xì)小的硫酸溶滴。溶滴酸霧很難完全分離，通常隨尾氣帶走或排入大氣。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。酸霧形成量越大，SO3將主要以酸霧形式而損失。吸收酸的濃度高于98.3%時(shí)，液面上水蒸氣平衡分壓接近于零，而SO3的平衡分壓較高。吸收酸濃度越大，溫度越高，SO3平衡分壓越大，氣相中的SO3不能完全吸收，使吸收塔排出氣體中的SO3含量增加，隨后在大氣中形成酸霧。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。轉(zhuǎn)化后的氣體溫度也應(yīng)低一點(diǎn)好，否則易形成酸霧。轉(zhuǎn)化器一般控制在120℃左右，而酸溫一般控制在60～70℃。吸收流程配置的方式濃硫酸吸收三氧化硫氣體一般在塔設(shè)備中進(jìn)行。吸收三氧化硫是放熱過程，隨著吸收過程的進(jìn)行，吸收酸的溫度也隨著升高。為使循環(huán)酸的溫度保持一定，必須使之通過冷卻設(shè)備，以除去在吸收過程中增加的熱量。每個(gè)吸收塔除應(yīng)有自己的循環(huán)酸貯槽外，還應(yīng)有輸送酸的泵（酸泵）。因此，吸收工序的設(shè)備應(yīng)有吸收塔、酸槽、泵和冷卻器組成。吸收工段的流程轉(zhuǎn)化氣依次通過濃硫酸吸收塔，用98.3%H2SO4濃硫酸吸收SO3后，氣相中SO3含量為0.021%～0.4%。然后由濃硫酸的吸收塔出口引至尾氣處理部分或直接經(jīng)過捕沫后放空。各塔噴淋用硫酸均由塔的上部進(jìn)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。吸收SO3的硫酸從塔底引出時(shí)，其濃度可以提高了。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(jìn)行串酸，必要時(shí)加入補(bǔ)充水。吸收工段主要工藝指標(biāo)分析吸收塔的操作氣速問題：填料塔的空塔氣流速度設(shè)計(jì)通常取0.6～0.7m/s。但填料塔是一種比較穩(wěn)定適應(yīng)操作氣體氣速范圍較大的設(shè)備，而且由于設(shè)計(jì)所用塔內(nèi)填料面積是富裕的，所以塔的負(fù)荷可以有較大的波動(dòng)而不致于影響干燥指標(biāo)。實(shí)際生產(chǎn)中由于增產(chǎn)需要，空塔氣速可提高到0.7～1.0m/s。循環(huán)酸酸溫的影響：硫酸對(duì)設(shè)備的腐蝕能力與硫酸的溫度、濃度有很大的關(guān)系。在干吸工段所選用的酸泵大多數(shù)是國內(nèi)生產(chǎn)的鑄鐵或不銹鋼泵。這些材料的耐蝕性能在很大程度上取決于酸溫的高低。酸泵的使用壽命的影響因素有：一是硫酸對(duì)酸泵金屬材料的腐蝕，二是硫酸粘度對(duì)酸泵運(yùn)轉(zhuǎn)的關(guān)系，而這兩個(gè)關(guān)系與酸溫有直接的影響和聯(lián)系。干燥酸溫在45℃左右，而吸收溫度可以在45～48℃?？傊蛩岬乃釡厣邥?huì)使硫酸的腐蝕能力增強(qiáng)，還會(huì)使硫酸的粘度下降，造成酸泵潤(rùn)滑不良，因此控制干吸工序循環(huán)槽內(nèi)的酸溫在40℃以下，對(duì)酸泵的使用壽命有很重要的影響。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。尾氣中常帶有酸霧，但入塔氣溫高也帶來一些問題，大量顯熱帶入塔內(nèi)，使出塔酸溫過高，大大加劇了酸管道的腐蝕，同時(shí)也增加了濃酸冷卻的負(fù)荷，使淋酸溫度過高，也影響吸收率，一般控制在140℃～160℃之間。2.4廢熱回收工藝為了充分利用液硫燃燒熱和轉(zhuǎn)化反應(yīng)熱生產(chǎn)3.82MPa、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(tái)高溫過熱器，在轉(zhuǎn)化器第三段之后、氣體進(jìn)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。對(duì)于兩次轉(zhuǎn)化工藝，一般在第四段出口增設(shè)一臺(tái)中溫過熱器。廢熱回收的汽水系統(tǒng)流程簡(jiǎn)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。爐水從汽包引出，沿下降管流人鍋殼，經(jīng)鍋殼中的列管加熱后產(chǎn)生汽水混合物，再由鍋殼頂部上升管送回汽包，經(jīng)汽水分離后的爐水繼續(xù)循環(huán)，飽和蒸汽則從汽包頂部引出，先后經(jīng)低溫過熱器和高溫過熱器加熱到450℃后送往用戶。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(jìn)口溫度通過爐氣副線來調(diào)節(jié)。其實(shí)高、低溫過熱器可設(shè)蒸汽旁通管，進(jìn)二段的爐氣溫度由高溫過熱器蒸汽旁通閥自動(dòng)調(diào)節(jié)，而高溫過熱器出口過熱蒸汽溫度由低溫過熱器蒸汽旁通調(diào)節(jié)閥自動(dòng)調(diào)節(jié)。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(shí)正常運(yùn)行時(shí)蒸汽系統(tǒng)無需噴水。不噴水可以保證蒸汽品質(zhì)和高溫過熱器管內(nèi)不結(jié)垢，從而保證高溫過熱器的長(zhǎng)期換熱效果及使用壽命。對(duì)于配套透平鼓風(fēng)機(jī)和汽輪發(fā)電機(jī)組的裝置，不噴水也可保證蒸汽透平和汽輪機(jī)不結(jié)垢，因而保證其長(zhǎng)期運(yùn)行效率。2.5關(guān)于低溫位熱能回收工藝大多數(shù)硫酸廠的SO3吸收反應(yīng)熱由冷卻水帶走而損失掉，少數(shù)硫酸廠用于加熱鍋爐給水、工業(yè)用水、生活用水。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。低溫位熱能回收技術(shù)在國際上已開發(fā)應(yīng)用多年。美國孟莫克公司開發(fā)的熱回收系統(tǒng)HRS（HeatRecoverySystem）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(yù)熱器等組成。將熱回收塔作為兩轉(zhuǎn)兩吸流程的第一吸收塔，塔底部流出的（H2SO4）99.5%~99.9%、溫度200~220℃(視鍋爐壓力而定)的硫酸經(jīng)換熱稀釋，將（H2SO4）控制在99.0%后回流至熱回收塔下部第二段。從最終吸收塔循環(huán)系統(tǒng)引來的（H2SO4）98.5%、溫度約80℃的硫酸進(jìn)人熱回收塔上部第一段，以確保較高的吸收率。為了嚴(yán)格控制進(jìn)人熱回收塔的酸濃度，采用新型無電極環(huán)形電導(dǎo)分析儀。為了及時(shí)發(fā)現(xiàn)可能出現(xiàn)的鍋爐泄漏，在鍋爐上裝有聲波測(cè)漏儀。另外安裝了腐蝕監(jiān)測(cè)儀，以測(cè)量酸循環(huán)系統(tǒng)中不銹鋼試件電化學(xué)腐蝕產(chǎn)生的電流。采用HRS技術(shù)需引進(jìn)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。就我國目前的技術(shù)水平和制造水平，開發(fā)我國自己的HRS技術(shù)的時(shí)機(jī)已經(jīng)成熟。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(fù)肥生產(chǎn)所需要的。采用HRS技術(shù)，每生產(chǎn)1t硫酸可回收約0.5t低壓蒸汽，并相應(yīng)減少70%左右的干吸部分循環(huán)水量，從而相應(yīng)減少循環(huán)水站的投資費(fèi)用和運(yùn)行費(fèi)用。在超大型硫磺制酸裝置布置時(shí)最好考慮預(yù)留HRS的位置，待條件成熟后，再進(jìn)行技術(shù)改造[21]?？梢詫⒌谝晃账米鳠峄厥账囊徊糠郑杂茫℉2SO4）98%硫酸噴淋，以確保較高的吸收率，后建的熱回收塔只建高溫吸收部分。3物料衡算3.1設(shè)計(jì)要求：設(shè)計(jì)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(biāo)準(zhǔn)》(GB16297—1996)限定二氧化硫最高允許排放質(zhì)量濃度為960mg/m3，吸收率≥99.95%。3.2物料衡算本設(shè)計(jì)的硫酸產(chǎn)量為每年98.8%的H2SO4200000t，則H2SO4的產(chǎn)量為：Y=年產(chǎn)量（t）×1000/（生產(chǎn)日×24）=200000×98.8%×1000/（300×24）=27444.45kg/h取一小時(shí)為基準(zhǔn)根據(jù)關(guān)系式：S→H2SO4；可得S的量為27444.45kg→8961.45kg；硫磺的含硫量為96%，則需要硫磺的量為9334.84kg。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(duì)其優(yōu)化?，F(xiàn)在通過這些數(shù)據(jù)計(jì)算各段物料組成[22]。（1）標(biāo)準(zhǔn)通氣量本設(shè)計(jì)的硫酸產(chǎn)量為每年98.8%的H2SO4200000t則產(chǎn)酸量為==27444.45kg/h進(jìn)轉(zhuǎn)化工序a=0.09,b=0.086，總轉(zhuǎn)化率x=0.995，吸收率η=0.99975,進(jìn)轉(zhuǎn)化器標(biāo)準(zhǔn)氣量以1小時(shí)為基準(zhǔn)V標(biāo)=Y×22.4/(98·x·η吸·a)=69711.932m3標(biāo)=3112.20kmol進(jìn)入轉(zhuǎn)化器一段爐氣溫度為680℃，壓力為負(fù)壓10kPa。V實(shí)=V標(biāo)=270398.18m3=12071.35kmol爐氣成分:SO2=V標(biāo)×a=280.10kmol=17926.27kgO2=V標(biāo)×b=267.65kmol=8564.77kgN2=3112.20280.10267.65=2564.45kmol以實(shí)際生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，一般冷激爐氣為總量的16%左右。計(jì)算得爐氣分配表，見表3-1表3-1爐氣的分配比氣體進(jìn)轉(zhuǎn)化器一段爐氣/kmol冷激爐氣/kmolSO2280.1044.82O2267.6542.82N22564.45410.31合計(jì)3112.20497.95（2）物料衡算本設(shè)計(jì)選用兩轉(zhuǎn)兩吸流程，轉(zhuǎn)化階段共分五段，其中第一次轉(zhuǎn)化過程有三段，第二次轉(zhuǎn)化有兩段。進(jìn)轉(zhuǎn)化器SO2濃度為9%，O2濃度為8.6%，N2濃度為82.4%。一段轉(zhuǎn)化率為60%，二段轉(zhuǎn)化率為80%，三段轉(zhuǎn)化率為96%，四段轉(zhuǎn)化率為99.2%，五段轉(zhuǎn)化率為99.5%。第一次轉(zhuǎn)化:a.轉(zhuǎn)化器一段出口氣量轉(zhuǎn)化率為0.60SO2280.10×(10.6)=112.04kmolSO3280.10×0.6=168.06kmolO2267.65168.06/2=183.62kmolN22564.45kmolb.轉(zhuǎn)化器二段出口氣量轉(zhuǎn)化率達(dá)0.80SO2280.10×(10.80)=56.02kmolSO3280.10×0.80=224.08kmolO2267224.08/2=155.61kmolN22564.45kmolc.轉(zhuǎn)化器三段出口氣量轉(zhuǎn)化率為0.96SO2280.10×(10.96)=11.20kmolSO3280.10×0.96=268.90kmolO2267.65268.90/2=133.20kmolN22564.45kmol第一次SO3吸收率為99%,進(jìn)入第二次轉(zhuǎn)化:d.轉(zhuǎn)化器四段出口氣量轉(zhuǎn)化率達(dá)0.992SO2280.10×(10.992)=2.24kmolSO3280.10×0.992-(268.90×99%)=11.65kmolO2267.65280.10×0.992/2=128.72kmolN22564.45kmole.轉(zhuǎn)化器五段出口氣量轉(zhuǎn)化率達(dá)0.995SO2280.10×(10.995)=1.40kmolSO3280.10×0.995-(268.90×99%)=12.39kmolO2267.65280.10×0.995/2=128.3kmolN22564.45kmol第二次吸收，二次吸收的總吸收率為99.975%。出口氣體成分如表3-2：表3-2出口氣的分配比氣體SO2SO3O2N2氣量/kmol1.4012.39128.32564.45百分比％0.05200.4584.74094.7503.3熱量衡算熱量衡算的主要目的是為了確定設(shè)備的熱負(fù)荷，根據(jù)設(shè)備熱負(fù)荷的大小、所處理物料的性質(zhì)及工藝要求在選擇傳熱面積的型式、計(jì)算傳熱面積、確定設(shè)備的主要工藝尺寸。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(jìn)行的，所以車間物料衡算表是進(jìn)行車間熱量衡算的首要條件。[23]（標(biāo)況下）表3-3物質(zhì)的熱力學(xué)參數(shù)物質(zhì)溫度KS2986.657277.17236.7167.82923.7SO2298-296.8-300.1248.239.9SO3298-395.7-371.1256.850.7O22988.6800205.15229.4N22988.6700191.60929.1H2O298-285.83-237.17869.9175.291表3-4物質(zhì)的Cp參數(shù)一覽表[7]ABCD6.713-0.879E-64.170E-6-2.544E-95.6971.600E-2-1.185E-53.172E-97.5861.72E-2-1.893E-55.269E-97.440-0.324E-26.4E-6-2.790E-9衡算數(shù)據(jù)進(jìn)入轉(zhuǎn)化器時(shí)的氣體物質(zhì)的量：O2的物質(zhì)的量為547.75Kmol；N2的物質(zhì)的量為2564.45Kmol。反應(yīng)完畢出轉(zhuǎn)化爐各氣體的物質(zhì)的量：O2的物質(zhì)的量為267.65Kmol；N2的物質(zhì)的量為2564.45Kmol；SO2的物質(zhì)的量為280.10Kmol。計(jì)算過程對(duì)于有傳熱要求的設(shè)備，其熱平衡方程式為：式中：—物料帶入設(shè)備的熱量，kJ；—過程熱效應(yīng)，kJ；—物料離開設(shè)備所帶走的熱量，kJ；—加熱或冷卻設(shè)備所消耗的熱量，kJ；—設(shè)備向環(huán)境散失的熱量，kJ。1）快速熔硫工段a.的計(jì)算（物料帶入設(shè)備的熱量）（以0℃為基準(zhǔn)）①Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計(jì)算，則所得各物質(zhì)的Cp值見下表：表3-5物質(zhì)的Cp值一覽表單位：J/(mol·K)溫度A（）B（）140℃6.7046.997②各物質(zhì)的：JJJ其中雜質(zhì)的忽略不計(jì)。b.的計(jì)算（過程熱效應(yīng)）為焚燒爐中的過程反應(yīng)熱，作為反應(yīng)器設(shè)計(jì)時(shí)常以0℃作為基準(zhǔn)來進(jìn)行熱量衡算，在縮合反應(yīng)中由副反應(yīng)的發(fā)生，但發(fā)生的量少，反應(yīng)熱較小，故可以忽略不計(jì)，只以主反應(yīng)來計(jì)算[24]。據(jù)化學(xué)工程手冊(cè)得25℃時(shí)的各物質(zhì)的生成熱如下表所示：表3-625℃下各物質(zhì)的生成焓單位：kJ/mol溫度A（S）B（）C（）25℃277.170-296.8反應(yīng)式：在140是S的生成焓為J在140是的生成焓為JJc.的計(jì)算（物料離開設(shè)備所帶走的熱量）焚燒爐內(nèi)反應(yīng)生成二氧化硫，最終還有氧氣及氮?dú)馐Ｓ?，反?yīng)為放熱反應(yīng)但爐內(nèi)溫度保持在140℃作用。（以0℃為基準(zhǔn)）①Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計(jì)算則出料氣體中各物質(zhì)的Cp值見下表：表3-7物質(zhì)的Cp值一覽表單位：J/(mol·K)溫度A（）B（）C（）140℃6.7046.99710.507②各物質(zhì)的JJJJd.的計(jì)算有熱平衡方程式可得：因?yàn)樗杂梢陨蠑?shù)據(jù)可得J2）轉(zhuǎn)化工段反應(yīng)式：a.的計(jì)算（物料帶入設(shè)備的熱量）（以0℃為基準(zhǔn)）①Cp計(jì)算Cp的計(jì)算可以通過熱熔溫度關(guān)聯(lián)式來計(jì)算，則所得各物質(zhì)的Cp值見下表：表3-8物質(zhì)的Cp值一覽表單位：J/(mol·K)溫度A（）B（）C（）430℃6.7147.9897.356②各物質(zhì)的：JJJJJ其中