1、3 物料、热量及设备的计算3.1 设计计算条件连续生产时间为 335 天，年产 80 万 t/a 硫酸。 冶炼烟气的主要成分：SO 2：9.0%，O 2：8.0%，N 2：83.0%。工序采用一转一吸，转化率 99%，吸收率 99.95%。3.2 干吸工序工艺计算进入吸收塔成为 H2SO4 的 SO3 量=1026.10 99% 99.95%=1015.33kmol/h硫酸产量=1015.33 （98/1000 ）=99.502 （t/h） （100%H 2SO4）或 8 105t/a (100%H2SO4)干燥塔处理的气体量：Vd= （m 3/h）ybQ98104.2式中：QH 2SO4 的
2、产量（100%H 2SO4 计）b气体中 SO2 的浓度 （%）y硫的利用率 （%）由 Q= =99.502（t/h ） ，b=9.0%，y=99%X99.95%,352480得 Vd= =255383.7（m 3/h）95.0.9142气体含水量：B=18/22.4 VdPwi（kg/t 100%H 2SO4）式中：Pw在一定温度下饱和水蒸汽压（Pa） ；Pi干燥塔入口的操作压力（Pa）P大气压力（Pa ）Vd处理的干燥气体量（m 3/h）（kg/t 100%H 2SO4）6.17259.25873.94.218B表 3-1 电除雾出口气体成分项目 Kmol/h Kg/h m3/h %SO2
3、 1026.10 65670.4 22984.53 9.0O2 912.08 29186.56 2043.70 8.0N2 9462.88 264960.64 211968.47 83.0 11401.06 359817.60 255383.70 100.0H2O 958.87 17259.66 21478.69 表 3-2 转化进口气体成份项目 Kmol/h Kg/h m3/h %SO2 1026.10 65670.40 22984.53 7.9O2 1091.04 69826.75 24439.25 8.4N2 10871.47 695773.73 243519.64 83.7 12988
4、.61 831270.89 290943.42 100.0H2O 1.616 2909 36.20 3.3 干燥塔及其循环槽的物料衡算3.3.1 干燥塔入口炉气成分1 净化工序补加空气量：干燥塔入口补加空气量=290943.42-255383.70=35559.72（m 3/h）2 干燥塔入口炉气含水量：设补加空气全部在电除雾之后加入，空气温度20，相对湿度 50%。由湿气图查得含水量 6.7（g）/ 干空气（m 3） ，则补加空气带水量：35559.72 0.0067=238.25（kg/h）干燥塔入口炉气总含水量：17259.66+238.25=17497.91（kg/h） （或 972.
5、11kmol/h）3.3.2 干燥塔出口气体带水量干燥后指标：水分0.1g/m 3则干燥后气体含水量= （kg/h）094.2.9041.3.3.3 循环酸量由于塔径还未确定，故按酸浓度差计算。入塔酸：浓度：93.00%，比重：1.7993，温度：50，酸量： （m 3/h） 。出塔酸：92.7%x干燥塔的吸水量=17497.9129.09=17468.82 （kg/h）由物料平衡得： %7.92)8.1746079.1(%93107. x解得： 2999.983.3.4 干燥系统各塔串酸量1 吸收塔循环酸与干燥塔循环酸对串酸量。设：93% 硫酸98% 硫酸为 （kg/h） ；98%硫酸 93
6、%硫酸串酸量为 1（kg/h ）x y由 H2O 平衡得： 17468.82+19.59% 1=24.08% （3-1）yx由 SO3 平衡得： 80.41% 1=75.92% （3-1）= 1.055 1 （3-3）将（3-3 ）式代入（3-1 ）17468.82+19.59% 1=0.2408 1.055 1yy得： 1=300440.63（kg/h） =316964.86（kg/h ）yx2 吸收塔循环酸与 104.5%H2SO4 塔循环酸对串酸量104.5%吸收 SO3 量=1015.33 30%=304.60（kmol/h） （或=24368kg/h）产品 104.5H2SO4 为
7、29850.8kg/h，其中：SO 3：24368kg/h ，H 2O：4197.77kg/h设： 105%酸98% 酸串酸量为 （kg/h）z98%酸105% 酸串酸量为 2（kg/h）y由 H2O 平衡得：0.1959 2=0.1469 +4197.77 （3-4）由 SO3 平衡得：0.8041 2+24368=0.8531 +24368 （3-5）z2=1.061 （3-6）z将（3-6 ）代入（3-4 ）式得：0.1959 1.06 =0.1469 +4197.77z=69094.55（kg/h） 2=1.06 69094.55=73240.22（kg/h）z y3.3.5 干燥塔循
8、环酸槽的物料衡算干燥塔循环酸槽的物料衡算见表 3-3表 3-3 干燥塔循环酸槽物料衡算表进物料（kg/h） 出物料（kg/h）从干燥塔冷却器来 92.7%H2SO4 5337387.63 上塔循环 93%H2SO4 5320863.4098%串来 98.5%H2SO4 300440.63 去 98%酸循环酸 316964.865637828.26 5637828.263.4 干燥塔及其循环槽的热量衡算3.4.1 干燥塔的热量衡算1. 炉气带入热量 Q1（t=40）SO2 带入热量：q 1=1026.10 40 41.57=1706199.08 （KJ/h ）O2 带入热量： q2=1091.0
9、4 40 29.37=1281753.80 （KJ/h）N2 带入热量：q 3=10871.47 40 28.45=123717.86 （KJ/h）H2O 蒸汽带入热量：q 4=972.11 40 32.716=1272142.03 （KJ/h ）式中： 41.57，29.37，28.45，32.716 分别为 040时 SO2,O2,N2,H2O 的摩尔热容，KJ/(kmol k)Q1= q1 +q2 +q3 +q4=16631827.77（KJ/h）2. 水的冷凝热 Q2水在 40时冷凝热为 24.6（KJ/kg）Q2=(17497.9129.094) 24.6=429732.87（KJ/
10、h）3. 入塔酸带入热量 Q350 93% H2SO4 的热焓 I1=78.7（KJ/kg）Q3=2999.98 1.7993 1000 78.7=4248118984. 93%酸稀释热 Q4Q= 186.79.0n式中：Q稀释热（J/mol H 2SO4）n对于 1mol 硫酸所用水的摩尔数对于浓度为 C1 的硫酸，当稀释到浓度为 C2 时，放出热量按下式计算：Q2Q 1= 4.18687983.1607983.602n式中：Q 2Q 1每摩尔 H2SO4 放出的热量（J）n2 n1浓度分别为 C2 C1 时每摩尔 H2SO4 所含水的摩尔数93.00% H2SO492.70% H 2SO4
11、= =0.41198/37Q1= （KJ/kmol）1390860=2n42/7Q2= （KJ/kmol）4.983.1.Q2Q 1=1440313900=503（KJ/kmol）Q4= （KJ/h）27053605. 炉气带出热量 Q5（t=45）SO2 带出热量：q 1=1026.10 45 41.64=1922706.18（KJ/h ）O2 带出热量：q 2=1091.04 45 29.295=1438290.76（KJ/h）N2 带出热量：q 3=10871.47 45 28.5=13942660.28（KJ/h）H2O 蒸汽带出热量：q 4=972.11 45 32.74=14322
12、09.66（KJ/h ）式中：41.64，29.395，28.51，32.74 分别为 045时 SO2，O 2，N 2，H 2O 的摩尔热容，KJ/(kmol k)Q5=q1+q2+q3+q4=18735866.88（KJ/h）6. 出塔酸带出热量 Q6 和酸温Q6=Q1+Q2+Q3+Q4Q 5=450842954.76（KJ/h）则出塔酸的热焓：I 2= 84.45（KJ/kg ）17468.2083.95查表知：92.7% H 2SO4 I2=84.45（KJ/kg）时的温度 t=72.763.5 干燥塔循环槽的热量衡算1) 从干燥塔冷却器来的 92.7% H2SO4 带入热量Q1=53
13、37387.63 I （kg/h）2) 从 98%酸循环系统串来 98.5% H2SO4 带入热量Q2=300440.63 79.34=23836959.58（KJ/h）3) 混合热由 98.5% H2SO4，92.7% H2SO4 两种浓度的 H2SO4，混合成 93% H2SO4。n1= ，q 1= （KJ/kmol ）9.08/7.9310386.7930n2= ，q 2= （KJ/kmol ）35 29548n3= ， q3= （KJ/kmol）4./ 140m1=5337387.63 0.927 1/98=50487.33m2=300440.63 0.985 1/98=3019.73
14、Q3=（m 1+m2） 13900m 1 q1m 2 q2=6629109.66（KJ/h）4)上塔酸带出热 Q4Q4=5337387.63 78.38=418344442.44（KJ/h）5) 串往 98%酸循环槽的 93% H2SO4 带入热 Q5=25091087.99 （KJ/h ）6) 从干燥塔冷却器来的硫酸温度由热量平衡得： Q1+Q2+Q3=Q4+Q5即：5337387.63 I+23836959.58+6629109.66=418344442.44+25091087.99所以 I=77.37（KJ/kg）从表中查出，92.7%的硫酸热焓为 77.37（KJ/kg）的温度 t=4
15、9.283.6 发烟硫酸塔及其循环槽的物料平衡1) 105%塔物料计算从转化出口气体成分：SO 2：10.26 kmol/h， O2：583.12 kmol/hSO3：1015.84 kmol/h，N 2：10871.47 kmol/h进塔气量为总气量，吸收率：40%60%进塔气温：160，进塔酸温：50，出塔气温：60，进塔酸浓：104.5%H2S进塔气量合计：12480.69（kmol/h）2) 105%塔吸收 SO3 的量，设 105%塔吸收率为 46%，则：1015.84 46%=467.29（kmol/h ） （或=37382.9 kg/h）3) 出塔气体成分SO2：10.26 km
16、ol/h ，O 2：583.12 kmol/hSO3：548.55 kmol/h ，N 2：10871.47 kmol/h4) 循环酸量104.5% H2SO4，比重：1.876，含 SO3=85.31% ，设循环酸量为 （kg/h） ，酸x浓度差一般为 0.1%0.3%，本设计取 0.12%，即出塔酸浓度为 104.62%。104.62% H2SO4，含 SO385.4%由 SO3 平衡得：=0.8549.73825.0x= （kg/h） （或 2909m3/h）x4.579301.5.105%循环槽物料平衡105%循环槽物料衡算如表 3-4 所示表 3-4 物料平衡情况表进物料（kg/h）
17、 出物料（kg/h）105%塔下来 104.6%H2SO4 5495285.9上塔 104.5%H2SO4 5457903.498%吸收塔串来 98.5%H2SO4 73240.22串去 98%塔 104.5% H2SO4 69094.55产品 104.5% H2SO4 29850.85568526.12 5556848.753.7 发烟硫酸塔及其循环槽3.7.1 105%塔热量衡算气体带入热 Q1，进入塔气体温度 t=160SO2 带入热量：q 1=10.26 160 43.21=70933.54（KJ/h ）SO3 带入热量：q 2=1015.84 160 55.06=8949144.06
18、（KJ/h ）O2 带入热量：q 3=583.12 160 29.85=2784981.12（KJ/h）N2 带入热量：q 4=10871.47 160 28.88=50234888.58（KJ/h）气体带入热量总计：Q 1=62039947.30（KJ/h）式中：43.21，55.06，29.85，28.88 分别为 0160时 SO2,SO3,O2,N2 的平均摩尔热容，KJ/(kmol k)3.7.2 循环带入热 Q2塔酸温度 t=50，进塔酸的焓 I=72.01（KJ/kg）循环酸带入热量：Q 2=5457903 72.01=393032595（KJ/h）3.7.3 吸收反应热 Q3S
19、O3 冷凝热：按式 SO3（气）SO 3（液） ， H=502（KJ/kg）则 SO3 冷凝放出热量为 Q31 =37382.9 502=18766215.8（KJ/h）SO3 吸收反应热：按式 SO3（液）20.52%游离 SO3 发烟硫酸Q32 =467.29 23.03 1000=10761688.7（KJ/h）式中：23.03 为 60下液体 SO3 溶解到 20.52%游离 SO2 发烟硫酸中放出的热量，Q3= Q31 +Q32 =29527904.5（KJ/h）3.7.4 气体带出塔热量 Q4出塔气温 t=60SO2 带出热量： 10.26 60 41.83=25750.55（KJ
20、/h）SO3 带出热量： 548.55 60 50.978=1675864.13（KJ/h）O2 带出热量： 583.12 60 29.445=1030198.10（KJ/h）N2 带出热量：10871.47 60 28.525=18606520.91（ KJ/h）气体带出热量总计：Q 4= q1 +q2 +q3 +q421338333.69（KJ/h ）式中：41.83，50.978，29.445，28.525 分别为 060时 SO2,SO3,O2,N2 的平均摩尔热容，KJ/(kmol k)3.7.5 酸出塔带出热 Q5Q5= Q1+Q2+Q3Q 4=463262113.1（KJ/h ）
21、3.7.6 出塔酸温出塔酸热焓= （KJ/h ）30.849.3724.59016kgh/5 IKJ，）出 塔 酸 量 （ ）（出 塔 酸 带 出 的 热 量从热焓表中查出，出塔酸温为：t=59.183.8 105%循环槽热量衡算1. 塔下来酸带入热量：Q 1=463262113.1（KJ/h）2. 串入 98% H2SO4 带入热量 Q2=73240.22 79.34=5810879.06（KJ/h ）式中：79.34 为 50时 98% H2SO4 的热焓（KJ/kg）3. 混合热 Q31）98.5% H2SO4100% H 2SO4 的吸热（KJ/h）79.016)9.7(.705.98
22、式中：27.926 为 98.5% H2SO4 的积分稀释热（KJ/kg）100% H2SO4 浓缩到 104.5% H2SO4 所吸收的溶解热为：（KJ/h）.83)5.(981.310.式中：16.035 为 20%游离 SO3 发烟硫酸稀释到 100% H2SO4 时放出的热量（KJ/molSO 3） 。3718.8 为 98.5% H2SO4 浓缩到游离 SO3 的发烟硫酸共吸收的热量。Q31 =（2014626.79）+（11803.99）=2026430.78（KJ/h）2）104.62% H 2SO4 稀释到 104.5% H2SO4 稀释热Q32 = （KJ/h ）39.576
23、0109.10/6.985式中:0.419 为游离 SO3 20.52%发烟硫酸稀释热（KJ/mol SO 3）混合热：Q 3= Q31 + Q32 =20431178.61（KJ/h）4上塔酸带出热 Q4Q4=275117374.2（KJ/h）5. 104.5% H2SO498%罐串酸带出热Q5=69094.55 72.01=4975498.55（KJ/h）式中：72.01 为 50时 104.5%硫酸热焓（KJ/kg）6. .产品 104.5% H2SO4 带出热：Q6=29850.8 72.01=2149556.1（KJ/h）式中：72.01 为 50时 104.5%硫酸热焓（KJ/kg
24、）7 105.5% H2SO4 冷却器需要出去热量：Q=Q1+Q2+Q3Q 4Q 5Q 6=207261741.9（KJ/h ）3.9 发烟硫酸吸收塔的计算1. 拟采用三块板泡沫塔（淋降式） ，钢制，选用参数如下：气体量：12480.69 22.4=279567.46（m 3/h） （或 77.66m3/S）进塔气温 160，出塔气温 60筛板小孔按菱形（等边三角形）排列：下部第一块筛板小孔直径 8mm，孔间距 17mm自由截面 So(1)=90.7% 2=20.0%)178(上部二块筛板小孔直径 6mm，空间距 13mm，自由截面 So(2)=90.7% 2=19)136(淋洒酸量：1892
25、.52m 3/h，空塔气速（平均）2.8m/s塔径 D= =6.54（m） （采用 ）208.75.91m602. 筛板孔数塔截面 F=0.785 6.62=34.19(m2)自由截面 So(1)=34.19 20.0%=6.839（m 2）So(2)=34.19 19.3%=6.599（m 2）小孔数：n 1= 个，n 2= 个157308.75.396271408.75.96孔眼操作气速：下部筛板 W= （m/s ）.4.上部筛板 W= （m/s ）2017596筛板一般用厚度 5mm 的 A3 钢板制作，分层加固在外壳上3. 塔高从实际角度，应分段累加，则：塔下部空间：4500mm除沫层：800mm板间距：3750 2=7500mm塔上部空间：600mm板上部空间：1600mm合计：15000mm
