物料、热量及设备的计算 ---合成硫酸
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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H 2SO 4的SO 3量=1026.10⨯99%⨯99.95%=1015.33kmol/h 硫酸产量=1015.33⨯（98/1000）=99.502（t/h ）（100%H 2SO 4）[或8⨯105t/a (100%H 2SO 4)]
干燥塔处理的气体量：
V d =
y
b Q ⨯⨯⨯⨯981000
4.22 （m 3/h ）
式中：Q ——H 2SO 4的产量（100%H 2SO 4计） b ——气体中SO 2的浓度 （%） y ——硫的利用率 （%）
由Q=335
24800000⨯=99.502（t/h ），b=9.0%，y=99%X99.95%,
得Vd=9995
.099.009.0981000
4.22502.99⨯⨯⨯⨯⨯=255383.7（m 3/h ）
气体含水量：B=18/22.4Vd Pw
Pi P Pw
⨯--⨯（kg/t 100%H 2SO 4）
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 ）
∴66.172597.25538373.79573
.74.2218=⨯-⨯=B （kg/t 100%H 2SO 4）
表3-1电除雾出口气体成分
项目 Kmol/h Kg/h m 3/h % SO 2 1026.10 65670.4 22984.53 9.0 O 2 912.08 29186.56 2043.70 8.0 N 2 9462.88 264960.64 211968.47 83.0 ∑ 11401.06 359817.60 255383.70 100.0 H 2O
958.87
17259.66
21478.69
——
表3-2 转化进口气体成份
项目 Kmol/h Kg/h m 3/h % SO 2 1026.10 65670.40 22984.53 7.9 O 2 1091.04 69826.75 24439.25 8.4 N 2 10871.47 695773.73 243519.64 83.7 ∑
12988.61
831270.89
290943.42
100.0
H 2O
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972.11kmol/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=094.2942.2909431000
1
.0=⨯（kg/h ）
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：x （m 3/h ）。出塔酸：92.7% 干燥塔的吸水量=17497.91－29.09=17468.82（kg/h ） 由物料平衡得：
%7.92)82.1746810007993.1(%9310007993.1⨯+⨯⨯=⨯⨯⨯x x
解得：=x 2999.98
3.3.4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x （kg/h ）；98%硫酸～93%硫酸串酸量为y 1（kg/h ） 由H 2O 平衡得： 17468.82+19.59%⨯y 1=24.08%⨯x （3-1） 由SO 3平衡得： 80.41%y 1=75.92%x （3-1）
x= 1.055y1 （3-3）
将（3-3）式代入（3-1）
17468.82+19.59%y1=0.2408⨯1.055y1
得：y1=300440.63（kg/h）x=316964.86（kg/h）
2 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29850.8kg/h，其中：SO3：24368kg/h，H2O：4197.77kg/h 设：105%酸——98%酸串酸量为z（kg/h）
98%酸——105%酸串酸量为y2（kg/h）
由H2O平衡得：0.1959y2=0.1469z+4197.77 （3-4）由SO3平衡得：0.8041y2+24368=0.8531z+24368 （3-5）
y2=1.061z（3-6）
将（3-6）代入（3-4）式得：
0.1959⨯1.06z=0.1469z+4197.77
z=69094.55（kg/h）y2=1.06⨯69094.55=73240.22（kg/h）
3.3.5干燥塔循环酸槽的物料衡算
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 5320863.40 98%串来98.5%H2SO4 300440.63 去98%酸循环酸 316964.86 ∑5637828.26∑5637828.26
3.4 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：q1=1026.10⨯40⨯41.57=1706199.08 （KJ/h）
O2带入热量：q2=1091.04⨯40⨯29.37=1281753.80 （KJ/h）
N2带入热量：q3=10871.47⨯40⨯28.45=123717.86 （KJ/h）
H2O蒸汽带入热量：q4=972.11⨯40⨯32.716=1272142.03 （KJ/h）
式中：41.57，29.37，28.45，32.716分别为0~40℃时SO2,O2,N2,H2O的摩尔热容，KJ/(kmol· k)
Q1= q1 +q2 +q3 +q4=16631827.77（KJ/h）