課程設(shè)計(jì)硫酸物料及熱量衡算

本設(shè)計(jì)生產(chǎn)能力10萬(wàn)噸/年，按年開車7200h計(jì)算，可知硫酸車間每小時(shí)硫酸的生產(chǎn)量為： =本次設(shè)計(jì)采用以每小時(shí)的生產(chǎn)產(chǎn)量為基準(zhǔn)進(jìn)行計(jì)算物料衡算以每小時(shí)硫酸的生產(chǎn)量為基準(zhǔn)。熱量衡算以0°C作為計(jì)算的溫度基準(zhǔn)。爐氣成分SO：10.40%；O：7.30%；N：82.30%。222爐氣水分含量0.183mol干爐氣進(jìn)酸濃度干燥塔進(jìn)酸濃度93%；出酸濃度±92.5%。吸收塔進(jìn)酸濃度98%；出酸濃度98.3%。轉(zhuǎn)化率及吸收率一次轉(zhuǎn)化率92%；二次轉(zhuǎn)化率99%；吸收率99%。干燥塔及循環(huán)槽的物料衡算進(jìn)干燥塔氣體成分SO: 2O: ——2N: ——2HO:2進(jìn)干燥塔氣體成分如表3.1所示。表3.1進(jìn)干燥塔爐氣成分項(xiàng)目kmol/hkg/hm3/h%SO2144.409241.663242.6710.40O101.363243.522268.207.302N21142.7031995.6025596.4882.301388.4644480.7231107.34100.00干燥塔出口氣體含水量設(shè)出干燥塔氣體中含水量為 0.1g/cm3，則干燥塔出口氣體含水量為： 吸收塔循環(huán)酸與干燥塔循環(huán)酸對(duì)串酸量設(shè)：93%硫酸一98%硫酸串酸量x(kg/h)；98%硫酸一93%硫酸串酸量為y(kg/h)。TOC\o"1-5"\h\z由HO平衡得：4573.62+20%=24.08% (3-1)2由SO3平衡得：80%y=75.92% (3-2)x (3-3)將式(3-3)代入式(3-1)：4573.62+20%y=24.08%y=85006.47kg/hx=89596.81kg/h循環(huán)酸量由于塔直徑未確定，故而按酸濃度差計(jì)算循環(huán)酸量。入塔酸濃度：93%HSO，比重：1.7974g/cm3，溫度：50C，酸量：Xms/h，出塔酸濃24度：92.5%干燥塔吸水量=4573.62-3.11=4570.51kg/h由物料平衡得X解得X=470.21ma/h 采用481m3/h的酸泵，分兩個(gè)240.5的泵并聯(lián)使用。表3.2干燥塔循環(huán)酸槽物料衡算表進(jìn)物料(kg/h)出物料(kg/h)從干燥塔冷卻器來(lái)92.5%HSO24846594上塔循環(huán)93%H2SO485117098%硫酸—93%硫酸串酸量85006.4793%硫酸—98%硫酸串酸量89596.81E931600E940767干燥塔及其循環(huán)槽的熱量衡算(1)干燥塔的熱量衡算①爐氣帶入熱量Q1word文檔可自由復(fù)制編輯SO帶入熱量：q= kJ/hQ=n*t差*CpO帶入熱量：q二 kJ/h22N帶入熱量：q= kJ/h23HO帶入熱量：q二 kJ/h24Q=q+q+q+q=2129230.31kJ/h11234②水的冷凝熱Q 42°C時(shí)水的冷凝熱為2406kJ/kg2Q2③入塔酸帶入熱Q 50C93%HSO的熱焓為1=78.7kJ/kg3 2 4 1Q3= kJ/h④93%酸稀釋熱Q4Q'nxQ'nx17860n+1.7983x4.1868式中：Q式中：Q'—稀釋熱,kJ/kmolHSO；24n—對(duì)于ImolHO所用水的摩爾水。2對(duì)于濃度為C的硫酸,1當(dāng)稀釋到濃度為C對(duì)于濃度為C的硫酸,1當(dāng)稀釋到濃度為C2時(shí)，放出的熱量按下式計(jì)算:Q2-Qnx17860 nx17860—2 —1 n+1.7983n+1.798321x4.1868式中：式中：Q'-Q'—每molHSO放出的熱量,kJ/kmol；2 1 2 4n、n—濃度分別為C、C時(shí)每molHSO所含水的摩爾數(shù)。2 1 2 1 2 493%HSO-92.5%HSO2 4 2 47/1893/98二7/1893/98二0.41QQ1'二04^x4?1868二13883(kJ/kmo1)7.5/1892.5/987.5/1892.5/98二0.44Q'二Q'二0.44x17860x4.1868二14699(kJ/kmol)2 0.44+1.7983Q'-Q'=14699-13883=816&J/kmol)21Q4=⑤爐氣帶出熱Q(t⑤爐氣帶出熱Q(t=47C)5SO帶出熱量：q=144.4021O帶出熱量：q=101.3622N帶出熱量：q=1142.702340.66=275951.29kJ/h140630.92kJ/h=1565556.14kJ/hHO帶出熱量：q=3.1124Q5=q1+q2+q3+q4=1987068.66⑥出塔酸帶出熱QHO帶出熱量：q=3.1124Q5=q1+q2+q3+q4=1987068.66⑥出塔酸帶出熱Q和酸溫64930.31kJ/hkJ/h?Q1+Q2+Q3+Q4-Q=2129230.31+11004130+66513734+6591182.55-1987068.66=84251207.6KJ/h則：出塔酸的熱焓I= 98.4KJ/kg查表3.3通過(guò)內(nèi)插法得：93%HSOI=98.4kJ/kg時(shí)的溫度為t=60^o24硫酸濃度%(質(zhì)量)熱含量(kJ/kg)40°C60C80C9263.296.3130.29362.4951299858.289.21219957.487.9118.9表3.3硫酸的熱含量表(2)干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算從干燥塔冷卻器來(lái)的92.5%HSO帶入熱Q2 4 1Q=1從98%酸循環(huán)系統(tǒng)串來(lái)的98.3%HSO帶入熱Q2 4 2Q=2式中：79.34為98.3%HSO的熱焓(kJ/kg)。24③混合熱Q3由98.5%HSO、2492.5%HSO兩種濃度的硫酸，混合成93%HSO。2 4 2 47.5/18二 二0.4492.5/98%二^7983x4'1868二146血/稠)1.5/1898.5/98二0.0830.083x178600.083+1.7983x4.1868二3299(kJ/kmol)n二衛(wèi)18二0.413 93/98仇二04^x4-1868二1388血/kmo1)kmol/hkmol/hkmol/hm=850062Q=(m+m7xq—mxq—mxq3 1 2 3 1 1 2 2=2522313.6kJ/h上塔酸帶出熱Q4Q= kJ/h4串往98%酸循環(huán)槽的93%HS0帶出熱Q245Q= kJ/h5式中：78.38為93%HSO的熱焓(kJ/kg)。24從干燥塔冷卻器來(lái)的硫酸溫度由熱量平衡得：Q+Q+Q=Q+Q1 2 3 4 5846594 +6744376+2522313.6=66714704.6+7022597846594 64470612I=76.15kJ/kg查表3.3通過(guò)內(nèi)插法得：92.5%HSO的溫度為t=47°C。24即干燥塔冷卻器出口酸溫為47C，進(jìn)口酸溫60C。干燥塔的熱量衡算及循環(huán)酸槽的熱量衡算結(jié)果分別見表3.4和表3.5。表3.4干燥塔熱量衡算表項(xiàng)目進(jìn)口熱kJ/h項(xiàng)目出口熱kJ/h爐氣帶入熱Q]2129230.31爐氣帶出熱Q51987068.66水的冷凝熱Q211004130出塔酸帶出熱Q6684251207.6入塔酸帶入熱Q66513734.393%硫酸稀釋熱Q4入塔總熱量工86238276.3出塔總熱量工86238276.3

表3.5干燥塔循環(huán)酸槽的熱量衡算表項(xiàng)目帶入熱kJ/h項(xiàng)目帶出熱kJ/h92.5%HS0帶入熱Q2 4 164468133.1上塔酸帶出熱Q466714704.698.5%HS0帶入熱Q2 4 2674437693%HS0帶出熱Q2 4 57022597混合熱Q332522313.6帶入總熱量工73737301.6帶出總熱量工73737301.6吸收塔及其循環(huán)槽的物料衡中間吸收塔物料衡算(1)進(jìn)塔氣體成分SO:144.4011.55kmol/h2SO:144.40 132.85kmol/h30:101.36 34.94kmol/h2N:1142.70kmol/h2中間吸收塔進(jìn)出氣體成分分別見表3.6和表3.7。表3.6進(jìn)中間吸收塔氣體成分項(xiàng)目kmol/hkg/hm3/hSO211.55739.33285.87SO3132.8510627.842976.99O234.941117.95781.78N21142.7031995.6025596.481322.0444480.7229641.12(1)吸收S0量3132.85(3)出塔S0量3132.85表3.7出塔氣體成分項(xiàng)目SOSOON2322kmol/h11.551.3334.941142.701190.52上塔酸量G為了便于管理，循環(huán)酸泵仍選用與干燥塔相同的酸泵(260m3/h)酸濃：98%，比重：1.8023g/cm3，溫度：54CG=481出塔酸量866903+131.52 =877427.9kg/h出塔酸濃出塔酸中含SO= 3相當(dāng)于出塔酸濃98.3%HSO。24中間吸收塔物料衡算結(jié)果如表3.8所示。表3.8中間吸收塔物料平衡表進(jìn)物料(kg/h)出物料(kg/h)98%HSO2446859898.54%HSO24479119進(jìn)塔SO氣體10627.84出塔SO3氣體106.4479225.84479225.4最終吸收塔物料衡算(1)進(jìn)塔氣體成分SO:144.40 1.44kmol/h2SO:144.40( ) 10.11kmol/h3O:34.936 29.88kmol/h2N:1142.70kmol/h2最終吸收塔進(jìn)出氣體成分分別見表3.9和表3.10。表3.9進(jìn)最終吸收塔氣體成分項(xiàng)目kmol/hkg/hm3/hSO21.4492.4232.36SO310.11808.64226.50O229.88956.22668.69N21142.7031995.6025596.481184.1333852.8826523.93(2)吸收SO量(吸收率為99%)3

10.10810.0kmol/h10.10810.0kmol/h⑶出塔SO量310.108表3.10出最終吸收塔氣體成分項(xiàng)目SOSOON2322kmol/h1.440.1029.881142.701174.12(4)上塔酸量G為了便于管理，吸收塔仍采用481m3/h酸泵，上塔酸量同中間吸收塔。酸濃：98%,比重：1.8023g/cm3，溫度：54C。G=481(5)出塔酸量+10.0(6)出塔酸濃出塔酸中含SO= 3相當(dāng)于出塔酸濃98.12%HSO。24最終吸收塔物料衡算結(jié)果如表3.11所示。表3.11最終吸收塔物料平衡表進(jìn)物料(kg/h)出物料(kg/h)98%HSO2498.12%HSO24進(jìn)塔SO氣體808.64出塔SO3氣體8.0867714.94吸收循環(huán)槽物料衡算吸收循環(huán)槽物料衡算結(jié)果如表3.12所示。表3.12吸收循環(huán)槽物料衡算表進(jìn)物料(kg/h)出物料(kg/h)中吸塔排管98.3%HSO24877427.9上中間吸收塔98%HSO24吸收塔排管98.12%HSO24上最終吸收塔98HSO2493%塔串來(lái)93%HSO2485057.1串去93%塔98%HSO2480717.5

產(chǎn)成品98%HSO2424534.0E 1830191 E18390643.4.1中間吸收塔熱量衡算(1)進(jìn)塔氣體帶入熱量Q(160C)1SO帶入熱量：q=11.55221SO帶入熱量：q=132.848O帶入熱量產(chǎn)成品98%HSO2424534.0E 1830191 E18390643.4.1中間吸收塔熱量衡算(1)進(jìn)塔氣體帶入熱量Q(160C)1SO帶入熱量：q=11.55221SO帶入熱量：q=132.848O帶入熱量2N帶入熱量：q=1142.70式中43.21、2q=34.9363455.098、29.852、43.21=49907.55KJ/hQ=n*t差*Cp731992.48KJ/h104283.96KJ/h3298974.90KJ/h

分別為0?100C溫度內(nèi)SO、228.876SO、O、N的平均熱32容(kJ/(kmol?K))。KJ/hQ=q+q+q+q=4185158.89(2)入塔酸帶入熱Q2入塔酸溫55C，濃度98%HSO，熱焓:24=38157935KJ/hI=81.43kJ/kgQ=4685982(3)吸收反應(yīng)熱Q3=18445943KJ/hQ=105213式中：7013為50C時(shí)98%HSO吸收氣體SO的吸收反應(yīng)熱(kJ/kg243 H2O)。(4)98%HSO濃縮為98.3%HSO的濃縮熱Q2 4 2 4 44758684.6KJ/h4式中：37.26及18.589分別為98%及99%HSO的積分稀釋熱(kJ/kg )。24 H2O⑸出塔氣體帶出熱量Q(t二60。041.826=28985.42KJ/hQ=n*t差41.826=28985.42KJ/hQ=n*t差*Cp4068.04KJ/h61723.53KJ/h1955388.24KJ/h、28.525分別為0?60°C溫度時(shí)SO、SO、0、23221SO帶出熱量：q=1.3332O帶出熱量：q=34.93623N帶出熱量：q4=1142.70式中41.826、50.978、29.446kJ/(kmol?K)oQ=q+q+q+q=2050165.23KJ/h(6)出塔酸帶出熱"q6Q=Q+Q+Q-Q-Q612345=51468008.5KJ/hN2的熱容(7)出塔酸溫

N2的熱容出塔酸熱焓I= 查表3.3,然后通過(guò)內(nèi)插法得出塔酸溫為77.01。中間吸收塔物料衡算結(jié)果如表3.13所示。表3.13中間吸收塔熱量衡算表項(xiàng)目進(jìn)口熱量J/h項(xiàng)目出口熱量kJ/h進(jìn)塔氣體帶入熱量Q14185158.89濃縮熱Q44758684.6入塔酸帶入熱Q238157935出塔氣體帶入熱量Q552050165.23吸收反應(yīng)熱Q318445943出塔酸帶出熱Q6656492365.7入塔總熱量工60789036.9出塔總熱量工60789036.9最終吸收塔熱量衡算（1）進(jìn)塔氣體帶入熱量Q（18）SO帶入熱量：SO帶入熱量：2SO帶入熱量O帶入熱量：2N帶入熱量：式中43.21、q=1.44 43.21=6222.24KJ/h1q=10.1155706.10KJ/h2q=29.8889191.80KJ/h3q=1142.70 3298974.90KJ/h455.098、29.852、28.876分別為0?180°C溫度內(nèi)SO、SO、0、N的平均熱容（J/（kmol?K））。Q=q+q+q+q=3450095.04kJ/h入塔酸帶入熱Q2入塔酸溫55C，濃度98%HSO，熱焓：I=81.43kJ/kg24Q=866906.3 =70592180kJ/h2吸收反應(yīng)熱Q3q=800— 1402600kJ/h3式中：7013為50C時(shí)98%HSO吸收氣體SO的吸收反應(yīng)熱(kJ/kg)。TOC\o"1-5"\h\z24 3 H2O(4)98%HSO濃縮為98.12%HSO的濃縮熱Q2 4 2 4 4Q=866906.3一 1903474kJ/h4式中：37.26及18.589分別為98%及99%HSO的積分稀釋熱（kJ/kg ）。24 H2O⑸出塔氣體帶出熱量Q（t二60C）5SO帶出熱量：q=11.55221SO帶出熱量：SO帶出熱量：q=11.55221SO帶出熱量：q=0.132O帶出熱量：q=34.93623N帶出熱量：q=1142.7024305.87KJ/h61723.53KJ/h1955388.24KJ/h式中41.826、50.978、29.446、28.525分別為0?60°C溫度時(shí)SO、SO、0、N的熱2322容kJ/(kmol?K)。Q=q+q+q+q=2046403.05KJ/h51234(6)出塔酸帶出熱Q6Q=Q+Q+Q-Q-Q612345=71494999KJ/h(7)出塔酸溫出塔酸熱焓I= 82.39KJ/h查表3.3，然后通過(guò)內(nèi)插法得出塔酸溫為57.5C。最終吸收塔熱量衡算結(jié)果如表3.14所示。表3.14最終吸收塔熱量衡算表項(xiàng)目進(jìn)口熱量kJ/h項(xiàng)目出口熱量kJ/h進(jìn)塔氣體帶入熱量Q]3450095.04濃縮熱Q41903474入塔酸帶入熱q270592180出塔