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1、摘 要本设计是关于年产1万吨十二烷基苯磺酸钠车间SO3合成工段初步设计。十二烷基苯磺酸钠是目前使用最为广泛的洗涤类表面活性剂，而三氧化硫是合成十二烷基苯磺酸钠的重要原料，同时三氧化硫是重要的化工原料，应用广泛。根据设计任务查阅了大量文献，并结合毕业实习工厂的实际生产要求，对SO3合成工段进行了初步的设计。本设计是十二烷基苯磺酸钠生产中的一部分，根据设计要求进行了厂址选择和生产制度制定，在对现有工艺路线进行详细对比的基础上，确定了以硫磺为原料生产SO3的工艺路线，着重对SO3转化塔、SO3冷却器进行了初步设计，并围绕其进行了物料衡算、热量衡算和设备计算，并对设备进行了选型。对SO3合成工段的自动
2、控制，生产安全，环境保护，三废处理，供电，供水等配套设施等进行了设计。编制了年产1万吨十二烷基苯磺酸钠车间SO3合成工段初步设计的设计说明书，完成了工艺流程图、车间平立面布置图及主体设备装配图的绘制。关键词：硫；SO3；合成工段；初步设计；AbstractThe design is about a preliminary design section of an annual output of 10,000 tons twelve alkylbenzene sulfonate SO3 synthesis workshop. Sulfur trioxide is an important ch
3、emical raw material, widely used. Sulfonation of the design is part of the production, focusing on the SO3 conversion tower, SO3 cooler to carry out a preliminary design and carried out around its simple material balance and heat balance, and equipment selection. Finally, in accordance with design r
4、equirements based on the design issues, site selection, design and production-scale system, raw materials and product specifications, process to determine routes, auxiliary equipment selection, floor automation, production safety, environmental protection, waste disposal, power supply，water supply a
5、nd other supporting facilities such as thedesign. The ultimate process map was Completed, shop-ping facade and the main equipmentlayout were drawing as sembly.Key words: Sulfur; SO3; work section; Preliminary Design;目 录摘 要Abstract第1章 总 论11.1 概述11.1.1 选题的意义及作用11.1.2 国内外研究现状及发展前景11.2 设计依据21.3 厂址选择21.3
6、.1 厂址选择的原则21.3.2 方案比较21.4设计规模和生产制度31.4.1设计规模31.4.2生产制度31.5综合经济分析31.5.1原料特点41.5.2 原料规格41.5.3原料贮存、运输及安全性资料41.5.4产品规格41.6综合经济技术指标4第2章 工艺计算与设计52.1 SO3合成反应的原理及特点62.2工艺路线的选择72.3工艺流程概述72.4工艺流程示意图82.5物料衡算82.5.1物料衡算的意义和作用82.5.2物料衡算92.6热量衡算92.6.1热量衡算的意义102.6.2热量衡算的步骤14第3章 设备选型183.1 选型原则183.2关键设备选择18第4章 设备一览表2
7、5第5章 车间设备布置设计255.1车间设备的布置原则255.2设计要求255.3车间设备平面布置的原则265.4车间设备立面图布置原则26第6章 自动控制276.1主要的控制原理276.2自控水平与控制点27第7章 安全及环境保护287.1三废产生情况287.2三废处理情况28第8章 公用工程298.1供水及排水工程设计298.1.1生产、生活给排水设计298.1.2消防水系统298.1.3节水措施298.2 供电308.2.1照明供电308.2.2照明控制方式308.3 通风318.4 供暖31结束语32参考文献33结束语34第1章 总 论1.1 概述1.1.1 选题的意义及作用十二烷基苯
8、磺酸钠因生产成本低、性能好，因而用途广泛，是家用洗涤剂用量最大的合成表面活性剂，也生产一部分镁、钙等无机盐及三乙醇胺等有机胺盐。十二烷基苯磺酸钠，由直链烷基苯（LAB）用三氧化硫或发烟硫酸磺化生成烷基磺酸，再中和制成。而三氧化硫是一种十分重要的精细化工初级产品，广泛用于有机合成中，可制备各种磺酸及磺酸盐，也可直接接磺化有机产品，引入磺酸基。因此三氧化硫在这一领域有着广泛的应用和广阔的市场。90年代至今是三氧化硫磺化装置引进和国内开发同步发展的时代，三氧化硫磺化技术也从洗涤剂行业向石油、化工等行业扩展1。1.1.2 国内外研究现状及发展前景 三氧化硫的工业化生产方法主要有发烟硫酸蒸馏冷凝法和纯二
9、氧化硫、纯氧直接高温催化转化法，烟道气提纯法，硫酸尾气处理法。发烟硫酸蒸馏冷凝法：加热发烟硫酸，将溶解的三氧化硫，蒸发解吸收三氧化硫，制得气体，经冷凝得液体三氧化硫2。烟道气提纯法：将起始二氧化硫浓度为50%60%的混合烟气用空气稀释到12%进入转化系统,采用“3+1”两转两吸流程制酸,Topse与Chemetics 公司合作开发了采用含铯催化剂的“4+2”两转两吸流程以加工二氧化硫浓度为40%用空气稀释到 18%的烟气。传统的三氧化硫生产工艺中，二氧化硫的催化氧化采用的是钒系催化剂，反应温度在300450。由于二氧化硫的氧化是可逆、放热反应，通常采用多段绝热中间冷却工艺，以提高总的转化率，这
10、显然增加了转化工序的复杂程度；同时，低浓度二氧化硫气体较难实现转化的自热平衡，增加了制酸难度。由于钒系催化剂的时空收率不高，催化剂和反应器的投资相对较高3。随着绿色化学和化工的发展，人们对采用新的催化剂在低温下催化氧化二氧化硫工艺进行了研究，新工艺主要是处理烟道气、硫酸厂尾气、锅炉排放气中的低浓度二氧化硫。中科院山西煤化所、大连化物所对活性焦吸附氧化法脱除烟道气中的二氧化硫工艺进行了研究。加拿大waterloo大学对活性炭催化剂低温催化氧化二氧化硫新工艺进行了研究4。 在这次设计中主要完成了该设计内容在国内外的相关研究现状，主要拟采用的方法，并对之进行了相关的比较，选择了本设计中拟采用的方法，
11、在设计过程中队厂址选择进行了相关的选择调研和分析，依旧相关要求完成了厂址的选择，并进行了物料衡算，热量衡算，设备计算，并进行了设备的选型，还对车间的布置进行了相应设计，在公用工程以及三废的处理上结合本次设计的世界情况进行了相关的考量和设计。1.1.3 设计依据本次设计是按照齐齐哈尔大学化学工程与工艺专业下达的毕业设计任务书和齐齐哈尔大学本科生毕业设计（论文）工作手册，根据在大庆东昊表活剂分公司毕业实习时的所见、所听、通过自己的思考和总结，查阅了大量的中外文资料，充分利用网络资源，了解到国内外氨合成的发展状况及其发展趋势，经过反复论证分析之后而完成的。1.2 厂址选择1.2.1 厂址选择的原则一
12、般要求符合城市规划或工业区域规划；尽可能节约占地面积，少占或不占良田耕地；企业生产所需的资源能够落实， 原料燃料及辅助材料的供应经济合理；有充足可靠的水源和电源；交通运输条件比较方便经济，不污染环境，不破坏文物古迹，不妨碍文化旅游及其他精神文 明建设；对拟建项目留有适当发展馀地。地质条件较好，施工难度小，建设投资省；项目建成投产後，经济效益良好。正确的选择厂址是保障化工生产的重要前提。化工厂的选择应根据城市规划和工业区的要求，按经批准的设计计划任务书指定的地理位置选择厂址。选择厂址应综合分析与权衡厂址的地形条件以及有关的自然和经济资料，进行多方案的技术经济、安全可行性的比较，合理选择，作到安全
13、可靠。以下是厂址选择的基本原则5： 土地面积与外形，能满足根据生产工艺流程特点合理布置建筑物、构筑物的需要，即厂区总图的要求。 地形应力求平坦而略有坡度(一般以不超过千分之五至十为宜)，以减少土地平整的土方工程量，有利于厂区排水和运输。 有良好的工程地质条件，厂址不应设在有滑坡、断层、泥石流、岩溶、地下水位过高，有强烈地震以及地基上承载力低于0.1MPa的地区。 应尽可能接近水源地，并便于污水的排放和处理。 应靠近主要原料燃料的供应源，靠近动力供应中心，并有利于和有关联企业的协作。1.2.2 方案比较根据以上原则和依据，本设计厂址初步拟定大庆高新技术产业开发区。大庆高新区于1992年4月动工建
14、设，同年11月被国务院批准为国家级高新区。城区功能较为完善。共开发建设了31.04平方公里，建筑面积达913万平方米。新城区集产业功能与城市功能于一体，道路、给水、排水、供热、供电、供汽、通讯等基础设施实现了“七通一平”，具备了承载“大高外”项目的条件。大庆高新区主体区与大庆市东城区连接在一起，成为大庆市中心城的重要部分，全市最大的金融商贸中心和农产品批发市场、家具市场、医院、建筑装饰材料市场等生产要素市场建在高新区内，辖区实现了净化、绿化、亮化、美化，道路畅通。一个融产业发展、创新孵化、商业贸易、科研教育、医疗卫生、居住生活、休闲娱乐等多功能为一体的科技产业新区已具有一定规模6。表1-1 黑
15、龙江大庆市基本自然条件一览表序号名称指标1地理条件处于平原，海拔160.5米2水文嫩江、松花江3极端最高气温37.44极端最低气温-4056年平均气压年平均相对湿度0.098 Mpa63.178年平均降雨量雷暴日440mm32.5天/年910最大积雪深度基本雪压60mm0.30 kN/m211最大冻土深度186m1213全年主导风向平均风速西北风3.8m/s1.3 设计规模和生产制度1.3.1 设计规模以硫磺为原料年产10000吨的十二烷基苯磺酸钠SO2合成的初步设计，年开工天数300天，即开工7200小时每年。1.3.2 生产制度三班两倒同时要求员工要树立“安全第一”的思想，自觉接受安全教育
16、，学习安全知识，提高技术水平，保证生产的安全性。生产中要严格执行安全操作规程，避免各类事故发生。要严格按照工艺要求进行操作，并按规定对设备，管道，现场指示仪表进行巡回检查，以便及时发现安全隐患并处理。生产岗位员工必须按规定穿戴劳动保护用品。车间安全员工要切实履行职责，随时检查安全生产制度，落实情况，制止违章操作和冒险作业。电器和机械设备故障应有专业人员排除，非专业人员严禁自己动手处理。厂区内原则上禁止动用明火，需要动火时要请示领导并做好安全工作7。1.4 原料规格及特点1.4.1 原料特点本设计采用硫磺为原料。通过硫磺燃烧生成SO2。在许多工业过程中也会产生二氧化硫。主要应用于杀虫剂、制冷剂、
17、试剂、溶剂、杀菌剂、漂白剂和还原剂、硫酸的前体等。同时，SO2对人体具有毒性，在大气中，二氧化硫会氧化而成硫酸雾或硫酸盐气溶胶，是环境酸化的重要前驱物。大气中二氧化硫浓度在0.5ppm以上对人体已有潜在影响；在13ppm时多数人开始感到刺激；当大气中二氧化硫浓度为0.21ppm，烟尘浓度大于0.3mg/m3时，可使呼吸道疾病发病率增高，慢性病患者的病情迅速恶化8。1.4.2 原料规格硫磺的含量在99.99%左右，从燃硫炉出来的炉气大约为700，SO2体积比为7%。表1-2 原料规格一览表固体硫磺空气 温度含量（V/V，%）99.999%93% 7001.4.3 原料贮存、运输及安全性资料硫化物
18、属于危险品，运输和贮存均应考虑其特性。铁路运输时应严格按照铁道部危险货物运输规则中的危险货物配装表进行配装。采用钢瓶运输时必须戴好钢瓶上的安全帽。钢瓶一般平放，并应将瓶口朝同一方向不可交叉；高度不得超过车辆的防护栏板，并用三角木垫卡牢。严禁与易燃物或可燃物、氧化剂、还原剂、食用化学品等混装混运。1.4.4 产品规格 液硫在燃烧炉中燃烧生成SO2后，进入转化塔，经过四层催化剂的转化，转化率最后达到97%，出来的SO3和剩余的SO2进入冷却器冷却。表1-3 进入转化塔产品规格气体 SO2 空气 SO3含量（体积比，%） 7 93 01.5 综合经济技术指标技术经济是人类社会进行物质生产过程是不可以
19、缺少的两方面，任何技术的社会实践都离不开经济；而任何技术的好坏与否，脱离了经济效益的标准都是无法判断的。技术经济是技术生产方面的经济问题，技术经济分析是对不同技术政策、技术方案、技术措施进行经济效果的评定、论证和预测，力求技术上先进和经济上合理相结合，为确定对发展最有利的技术提供科学依据和最佳方案，也是技术经济分析的基本任务。起根本目的就是是每一项工程，每一个企业都用尽量少的物质消耗生产出更多符合社会需求的合格产品，取得最大的使用价值，从而实现最大经济效益。对建设1万吨十二烷基苯磺酸钠装置的建厂指标进行了估算，其原料、公用工程需用量如下：表1-5 经济指标一览表项目指标 价格十二烷基苯磺酸钠
20、t 硫磺 t/h电 kWh汽 th10000 2100142.4 16001072 0.71596 200第2章 工艺计算与设计2.1 SO3合成反应的原理及特点反应原理：S+O2SO2 2SO2 + O2 2SO3硫磺先经融硫炉熔融，然后液硫经气化同空气中的氧气反应生成SO2。硫的气化是利用另一部分硫的燃烧放出的热来完成的。硫蒸汽再和空气混合，使氧化反应趋于完全。SO3的工业制法是接触法。SO2在400至600的温度下，用负载在硅藻土上的含氧化钾或硫酸钾（助催剂）的五氧化二钒作为催化剂，将二氧化硫用氧气氧化为三氧化硫。该反应的特点是：反应放热量大，反应迅速，转化率高。反应特点：反应迅速，转化
21、率高。放热反应，反应放出大量的热。可逆反应，故压力对反应速率有影响。需要控制压力变化。2.1.1 磺化工艺中 SO3合成工艺简介磺化装置的转化塔装有4层V2O5催化剂。从燃硫炉出来的混合气体(SO2约占气体总体积的7)大约650左右，经过转化塔的顶端被冷却到435，原料气进入第一层催化剂床层后，SO2在催化剂的作用下大部分转化为SO3，转化率可达到71.9由于反应是放热反应，混合气体的温度升高到560，一般控制温度不超过600。温度升高虽可提高反应速度，但平衡转化率将会降低，同时温度过高也会降低催化剂的使用寿命和催化活性9。 在第一床层和第二床层之间的反应气体通过换热器冷却，温度降至445 ，
22、该温度即第二层催化剂的入口温度。通常换热器用冷空气作为冷却介质来冷却来自第一床层出口的气体。反应后混合气体的温度由445 升高至489.3 ，SO2的转化率达到94.6。由于经过第二床层反应后的温升相对较小，同时炉气中的氧含量也逐渐降低，因此在第二床层与第三床层间利用冷激风冷却同时提高氧含量，促使反应过程向产物方向发展。温度由489.37 冷却到440 后，进入第三层催化剂10。反应后的混合气体的温度升高至445.13 ，此时SO2的转化率达到97.5。在第三床层与第四床层间同样补充干燥的空气进行冷却，冷却到425后，进入第四层催化剂，SO2的转化率达98。反应后的混合气体的温度升高至425.
23、83。该热量有多种用途：可用于11单元的硅胶(或分子筛)干燥剂的再生，也可以用来发生蒸汽或在合成洗涤剂厂用于合成洗衣粉装置干燥的热风。 2.1.2 工艺路线的选择 发烟硫酸蒸馏冷凝法加热发烟硫酸，将溶解的三氧化硫，蒸发解吸收三氧化硫，制得气体，经冷凝得液体三氧化硫11。 PEA 工艺PEA Process Engineering Associates 公司推出了一种两段式硫酸生产工艺12,其特点是SO2排放几乎为零。该工艺也可处理浓度低、波动大的SO2该工艺分两段：第一段是接触段，SO2气体冷却净化后在一单层催化转化器中转化,转化率 65%70%,可生产HSO95%98%的硫酸、SO32%的发
24、烟酸，剩余气体进入第二段;第二段是一种游离改进NO工艺即以前的铅室法或塔式法工艺，SO在此几乎完全转化，生成 HSO76%的硫酸13。该工艺与标准两转两吸工艺相比具有压力损失小，产量高,酸纯度高的优点。 高浓度二氧化硫烟气转化的三转三吸随着富氧冶炼技术的迅猛发展，人们对高浓度二氧化硫气体制酸方法进行了研究。1991年建成的国外某铜冶炼厂将起始二氧化硫浓度为50%60%的混合烟气用空气稀释到12%进入转化系统,采用“3+1”两转两吸流程制酸，Topse与Chemetics 公司合作开发了采用含铯催化剂的“4+2”两转两吸流程以加工二氧化硫浓度为40%用空气稀释到 18%的烟气14。然后对烟气采用
25、吸附利用的方法进行收集进行制酸。随着绿色化学和化工的发展，人们对采用新的催化剂在低温下催化氧化二氧化硫新工艺进行了研究，新工艺主要是处理烟道气、硫酸厂尾气、锅炉排放气中的低浓度二氧化硫。中科院山西煤化所、大连化物所对活性焦吸附氧化法脱除烟道气中的二氧化硫工艺进行了研究。加拿大waterloo大学对活性炭催化剂低温催化氧化二氧化硫新工艺进行了研究。2.3 工艺流程概述将片状硫磺倒入融硫槽，利用夹套蒸汽加热融化（130150），液体硫磺通过液硫输送泵经过滤器送到液硫恒位槽中，液硫恒位槽中的液硫通过过滤器，防止泵和阀的结渣堵塞，然后由液下泵经流量计计量送入硫磺燃烧炉中。融化的硫磺与燃烧空气逆向进入燃
26、烧炉中，然后落在耐火球上，燃硫率接近100%。从燃烧器中出来的SO2气体温度在700左右，体积浓度大约为7%（V/V）。在到达SO2/ SO3转化器的催化剂层前，SO3气体通过内置冷却器被冷却到约420。塔内装有四层五氧化二钒催化剂。借助安装在第一与第二层催化剂之间的中间冷却器，以及在其它层之间注入骤冷空气，可将反应温度控制在最佳温度范围内。转化塔出口SO2气转化率约为97%，操作温度420450。通过两台串联的冷却器将SO3/空气（SO3和空气的混合气体）约420冷却到45左右15。2.4 工艺流程示意图 该图为工艺流程示意图图2-1 工艺流程图2.5 物料衡算2.5.1 物料衡算的意义和作
27、用物料衡算是通过每一道工序的物料变化情况进行平衡计算，从而得到在正常生产情况下各股物料的量。通过物料平衡，在已知产品生产任务情况下算出所需原材料、生成的副产物及废物等的生成量；或者在已知原材料投放情况下算出产品、副产物及废物量。此外，通过物料衡算，不仅可算出原材料消耗定额，并在此基础上作出能量平衡，算出动能消耗定额，算出生产过程所需热量或冷量，同时为设备选型和计算提供依据16。物料衡算的结果直接关系到生产成本和车间运输量，对工厂技术经济指标有举足轻重的影响。2.5.2 物料衡算年产10000吨十二烷基苯磺酸钠：M=348.48 g/mol磺化转化率为99.9%，生产过程中计有2%的损失，生产过
28、程中十二烷基苯和三氧化硫的进料比为1:1.05。则可计算年需要的三氧化硫量为3.078107 molSO2在转化塔内反应生成SO3转化率为97%计损耗为0.5%进入转化塔时SO2的气浓为7%（V/V）通过以上的转化率可以算出实际情况的全年物料的消耗量n(SO2)=3.198107 moln(O2)=1.594107 mol 燃硫炉计算S在燃硫炉内燃烧生成SO2转化率大于99.9%损耗为0.5%则有 S消耗为3.205107 molO2消耗为3.205107 mol表2-1 燃硫炉物料平衡表入口出口（SO2kmol/h）硫磺氧气SO24.434.434.43年产300天即7200小时每小时的SO
29、3消耗的摩尔量为每小时的SO2消耗的摩尔量为 转化塔计算转化塔的各层转化率为一层转化率为：60%二层转化率为：90%三层转化率为：95%四层转化率为：97%第一层物料入口 转化率为60%出口第二层物料入口n2(SO2)=1.772 kmol/hn2(SO3)=2.658 kmol/h 转化率为90%出口n2(SO2)=4.43 kmol/h(1-90%)=0.443 kmol/hn2(SO3)=4.43 kmol/h90%=3.987 kmol/h第三层物料入口n3(SO2)=0.443 kmol/hn3(SO3)=3.987 kmol/h 转化率为95%出口n3(SO2)=4.43(1-95
30、%)=0.2215 kmol/hn3(SO3)=4.4395% =4.2085 kmol/h第四层物料入口n4(SO2)=0.2215 kmol/hn4(SO3)=4.2085 kmol/h 转化率为97%出口n4(SO2)=4.43(1-97%)=0.1329 kmol/hn4(SO3)=4.4397% =4.2971 kmol/h表2-2 转化塔物料平衡表转化塔层数 入口（kmol/h） 出口（kmol/h） SO2 SO3 SO2 SO3一层 4.43 0.00 1.772 2.658二层 1.772 2.658 0.443 3.987三层 0.443 3.987 0.2215 4.20
31、85四层 0.2215 4.2085 0.1329 4.29712.6 热量衡算2.6.1 热量衡算的意义与步骤同物料衡算一样，能量衡算也是化工计算中一种基本计算，它不仅对生产工艺条件的确定、设备设计是不可缺少的，且在实际生产中分析生产问题、评价技术经济效果等方面的工作也是很需要的。对于新设计的车间，能量衡算的主要目的是为了确定设备的热负荷。而对于已经投产的车间，进行能量衡算是为了更加合理的利用能量，进而从技术上、管理上制定出节能的措施，以最大限度降低单位产品的能耗。在化工生产中，能量衡算概括起来应用于以下几个方面：确定功率：如流体输送、搅拌、过滤、粉碎等单元操作中所需功率。确定热量或冷量：如
32、蒸发、蒸馏、冷凝、冷却、闪蒸等所需热量或冷量。确定供热速率或放热速率：如化学反应中，由于热效应（使体系温度的上升或下降）需确定的一个合适温度。确定节能措施：充分利用余热，降低总能耗而采取相应措施。分析各股物料之间热平衡关系必须根据各股物料走向及变化具体分析热量间关系，然后借助热平衡建立各热量之间的数学关系式。热量衡算步骤如下：收集数据 必须弄清过程中存在的热量形式，从而确定需要收集的物性数据，要注意数据的准确性，以保证结果的可靠性。标绘能量衡算示意图。确定衡算范围。选定计算基准。列出输入输出热量平衡表。2.6.2各设备的热量衡算(1) 转化塔的热量计算 转化塔顶部的第一个小换热器SO2与空气的
33、混合气进入转化塔的入口温度是700 ，出口温度是420 SO2比定压热容Cp(SO2 ) = 0.502 kJ/(kg)，体积浓度为7%空气的比定压热容Cp(空气)=0.9375 kgSO3比定压热容Cp(SO3)= 0.567 kJ/( kg)由公式Q=CmT (2-1)Q(混合气)=Q(空气)+Q(SO3) 转化塔第一层催化剂入口温度450 ，n(SO2)=4.43 kmol/h，转化率为60%出口n(SO3)=2.658 kmol/h，n(SO2)=1.772 kmol/hSO3比定压热容Cp(SO3)= 0.567 kJ/( kg)空气的比定压热容Cp(空气)= 1.009 kJ/(
34、kg)则由2SO2 + O2 = 2SO3在450时SO2转化为SO3的反应热为98712 kJ/kmol则 Q(450, SO2SO3) = 2.658 kmol/h98712 kJ/kmol=2.547105 kJ/h从入口到出口的温差设为x，SO3气体温度升高吸收的热量为Q(SO3) = m SO3CpSO3T (2-2)= 2.658 kmol/h80 g/mol0.567 kJ/( kg) x =120.567x剩余的SO2升高到出口温度时吸收的热量为Q(SO2) = m SO2CpSO2=1.772 kmol/h64 g/mol0.502 kJ/( kg) x =53.37x在转化
35、中消耗的氧气量为N(氧气)=2.658 kmol/h / 2 =1329 kmol/h空气从入口到出口吸收的热量为N(空气)= (4.43kmol/h / 7%)- 4.43kmol/h =58.86 kmol/hQ(空气)=(n空气 n氧气)M空气T=(58.86 kmol/h-1.329 kmol/h)29 g/mol1.009 kJ/(kg) x=1683.29xSO2转化放出的热量用来给剩余气体升高温度则Q(总) =Q(SO2) +Q(SO3) +Q(空气)2.547105kJ/h =120.567x +53.37x+1683.29x得：x =137.14 所以出口温度为450 +13
36、7.14=587.14 转化塔顶部的第二个小换热器入口温度587.14 出口温度450 出口m(SO3)=2.658 kmol/hm(SO2) = 1.772 kmol/hM(SO3) = 2.658 kmol/h 80 g/mol =212.64 kg/hm(SO2) = 1.772 kmol/h 64 g/mol 113.41 kg/hm(空气) = 1664.272 kg/h则换热器需要换热的总量为Q(总) =Q(SO2) +Q(SO3) +Q(空气)=212.64kg/h0.567kJ/(kg)+113.41g/h0.502kJ/(kg)+1164.2721.009kJ/(kg)(58
37、7.14-450)=1.854105 kJ 转化塔第二层催化剂入口温度450 ，n(SO3) =2.658 kmol/h，n(SO2)=1.772 kmol/h，转化率90%出口n(SO3) =3.987 kmol/h，n(SO2)=0.443 kmol/hSO2SO3的反应热为Q(450，SO2SO3) = mCp T=(3.987-2.658)kmol/h98712kJ/kmol=1.312105 kJ/h从入口到出口的温差设为x，SO3气体温度升高吸收的热量为Q(SO3) = m Cp T=3.987 kmol/h80 g/mol0.567 kJ/( kg) x=180.85xSO2气体
38、温度升高吸收的热量为Q(SO2) = mCp T=0.443 kmol/h64 g/mol0.502 kJ/( kg) x=14.23x消耗氧气n(氧气) = (3.987-2.658) / 2 =0.6645 kmol/hn空气=1643 kg/hQ(空气) = m Cp T= 166.88125 kmol/h29 g/mol1.009 kJ/( kg) x =4883.11x空气温度升高吸收的热量为Q(450, SO2SO3) = Q(SO3) + Q(SO2) + Q(空气)1.312105 kJ/h=180.85x + 14.23x +1657.79x得：x =70.81 出口温度为4
39、50+70.81=520.81 转化塔第一段空气激冷第三层、第四层催化剂采用空气冷激的方法 降温过程第二层催化剂出口温度520.81 ，n(SO3) = 3.987 kmol/h，n(SO2)=0.443 kmol/h，N(空气)=1643 kg/h第三层催化剂入口温度440 用空气冷激的方法使混合气体由521.54 冷却到440 ，放热量为Q(放热量) = Q(SO3) + Q(SO2) + Q(空气)=3.987800.567+0.443640.502+1643291.009=149730.43 KJ/h=1.497105 kJ/h空气入口温度为20 ，冷激空气用量Q(放热量)= Q(吸热
40、量)1.497105 kJ/h = n(空气)29 g/mol1.009 kJ/( kg) (440-20)得：n(空气)=12.18 kmol/h 转化塔第三层催化剂在第三层催化剂作用下SO2转化为SO3的反应热为Q(440，SO2SO3) =(4.2085 kmol/h -3.987 kmol/h)98712 kJ/mol =2.186104 kJ从入口到出口的温差设为x ，SO3气体温度升高吸收的热量为Q(SO3) =4.2085 kmol/h80 g/mol0.567 kJ/( kg) x =190.898xSO2气体温度升高吸收的热量为Q(SO2) =0.2215 kmol/h64
41、g/mol0.502 kJ/( kg)x =7.116x消耗的氧气用量N(氧气)=0.2215 kmol/h/2 =0.11075 kmol/hM(空气) =1639.456 kg/h+12.1829=1992.68kg/hQ(空气)=2010.6xSO2转化为SO3的反应热使混合气体温度升高Q(440, SO2SO3) = Q(SO3) + Q(SO2) + Q(空气)2.186104kJ=180.898x + 7.1164x +2010.6x得：x =9.898 则出口温度为449.9 转化塔第二段激冷空气要达到生产目标，转化塔出口SO3的量为n(SO3)=4.2971 kmol/hSO3
42、出口的气体浓度为5.4%第三层出口为449.9 ，第四层出口为440 加入激冷空气使混合气体温度下降，温度设为xSO3气体温度降低放出的热量为Q(SO3) =4.208 kmol/h80 g/mol0.567 kJ/( kg) 9.9= 190.879.9SO2气体温度降低放出的热量为Q(SO2) =0.64875 kmol/h64 g/mol0.502 kJ/( kg)9.9=7.119.9原有的空气温度降低放出的热量为Q(空气)=1992.681.009 kJ/( kg)9.9= 201069.9新补充的空气升高温度吸收的热量为Q(新空气)=(190.87+7.116+2010.6)9.9
43、=21865.06 J/h则原有混合气体与新空气之间热量平衡Q(新空气)= Q(SO3) + Q(SO2) + Q(空气)21865=1.00929n420n=1.779 kmol/h 转化塔第四层催化剂入口温度440 ，n(SO2)=0.221 kmol/h，n(SO3)=4.208 kmol/h，m(空气)=1992.68 kg/h出口n(SO2)=0.1329 kmol/h，n(SO3)=4.2971 kmol/h，SO2转化为SO3的反应热为Q(405，SO2SO3) =(4.2971 kmol/h -4.2085 kmol/h)98712 kJ/mol =8745.9 kJ从入口到出口的温差设为x ，SO3气体温度升高吸收的热量为Q(SO3) =4.2971 kmol/h80g/mol0.567kJ/( kg) x = 194.72xSO2气体温度升高吸收的热量为Q(SO2) =0.1329 kmol/h64g/mol0.502 kJ/( kg)x 4.27x消耗的氧气用量n(氧气)=(4.2971 kmol/h -4.2085 kmol/h)/ 2=0.0443 kmol/hQ(
