2023年-年产万吨硫酸转化系统工艺设计.docx
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1、目录摘要:1ABSTRACT:1第一章文献综述2第二章工艺说明书42.1 概述42.1.1 产品规模和规格42.1.2 工艺方案叙述42.2 装置设计说明42.2.1 工艺原理42.2.2 工艺流程说明52.2.3 主要设备选型说明52.2.4 化工原材料规格及用量5第三章转化工序物料衡算与热量衡算63.1 转化工序流程示意图及简要说明63.2 确定各段进口温度及转化率63.2.1 温度与平衡转化率的关系63.2.2 最适宜温度与转化率的关系7323确定操作线73.2.4 各段进口温度及转化率83.3 转化工序物料衡算93.3.1 进转化器一段气体量及成分103.3.2 出一段气体量及成分10
2、3.3.3 出二段气体量及成分103.3.4 出三段气体量及成分103.3.5 出四段气体量及成分103.4 转化器各段的热量衡算123.4.1 转化一段反应热量和出口温度123.4.2 转化二段反应热量和出口温度143.4.3 转化三段反应热量和出口温度16确定转化器一段进口温度360气体经每层触媒后温度升高,计算式是:t = tQ+x-x公式(见化工工艺工程设计邹兰,阎传智编)公式(3.4)表3二氧化硫的浓度与人值的关系SO2浓度,%SO2浓度,%SO2浓度,%296731027838700113034178261232854595213506由上表查得,浓度为8%的S02对应的九值为22
3、6。操作线温度的确定:已知催化剂的起燃温度为360,使用的温度为400-580,考 虑到应使操作线尽量与最适温度曲线靠近,且出口温度在催化剂的使用温度范围内,取原 料气的进口温度为360C,四段操作线的斜率根据原理气里SO2的浓度差表得1/226。考 虑到原料气的预热过程是依次经过第一、第二、第三、第四换热器,对应于第四、第一、 第二、第三段反应器的冷却,所以如果考虑每个换热器的换热面积相当,则出口气体冷却 降温的温差应为第一段大于第二段,第二段大于第三段,按照这个原则,分别取第一段的 降温的温差为65,第二段的降温的温差为50,第三段的降温的温差为40,并且每一段转 化器的出口温度和转化率对
4、应的点都在平衡曲线和最佳温度曲线之间,由此估算得到四段 反应器的操作曲线。各段进口温度及转化率表4 一次转化分段转化率和温度段数二三四转化补81.8690.7195.1397.79进口温度汽360480450420由图2以及表4的数据可得:转化器第一段操作线方程:Z = 360 + 226(x0.8186)第二段操作线方程:1 = 480 + 226(%-0.90.71)第三段操作线方程;/ = 450+213(%-0.9513)第四段操作线方程;Z = 420+213()1.110.970.80.70.6昊0.50.4、7八/0.3/0.20. 1/03()0350400450500T550
5、600650700750图2四段反应过程的X-T关系图3.3 转化工序物料衡算本设计为24万吨/年硫酸转化系统工艺设计(以每小时计算),由=3478kmol24xl0711SQ =xx300x24 98 0.9779347.8xL = 4347.8/可得实际进气总量为 0.08为方便计算,本设计假设进气总量为lOOOkmol,故在最后的计算结果上需乘于系数4347.81000=4.3483.3.1 进转化器一段气体量及成分以lOOOkmol的进气总量为标准进行计算,已知SO2占8%, O2占10%, N2占82%Oi= 1000 x 0.1 = 1 OOkmol根(02)= 100 x 32
6、= 3200kg V(O2)= 100x 22.4 = 2240m3SOi = 1000 x0.08 = 80kmol m(so2)= 80x64 = 5120kgV(S02)= 80 x 22.4 = 1792m3N2 = 1000x0.82 = 820kmol m(N?)= 820x28 = 22960必 V(/v2)= 820x22.4 = 18368m33.3.2 出一段气体量及成分SOi = 80x(1-0.8186) = 14.512kmol SCh = 80 x 0.8186 = 65AkmolOi = 100-x65.488 = 67.256痴/ Ni = S20kniol 2
7、3.3.3 出二段气体量及成分SCh = 80 x 0.9071 = 72.568初N2 = 820kmolSO2 = 80x(1-0.9071) = 7.432切w/O2 = 100x 73.575 = 63.2U5kmol2334出三段气体量及成分502 = 80x(1-0.9513) = 3.896kmolSO3 = 80x0.9513 = 76.104kmolO2 = 100 - - x 76.104 = 61.94Skmol2N2 = 820At716/335出四段气体量及成分SO2 = 80x(1- 0.9779) = 1 .768Ztw/SCh = 80x0.9779 = 78.
8、232加H。2 = 100 X 78.232 = 60.884/ Nz = 820kmol2由以上计算汇总转化器物料衡算结果于表5表5转化器物料衡算结果进一段(Kmol)(Kg)(小V (%)SO2347.822261.87791.6802434.813913.69739.510n23565.499830.179864.182E4348136005.497395.2100出一段(进二段)SO263.0984038.31413.41.50so3284.74222779.46378.26.7702292.4299357.76550.46.95n23565.499830.179864.184.784
9、205.6136005.494206.1100出二段(进三段)SO231.9282043.4715.20.76SO3315.525242.17067.87.5302274.88795.16156.66.56n23565.499830.179864.185.144187.7135910.793803.6100出三段(进四段)SO216.9401084.1379.50.41SO3330.926472.07412.27.9102269.38619.26033.46.44n282099830.179864.185.244182.55136005.493689.1100出四段SO27.687492.01
10、72.20.18so3340.227212.27619.48.1402264.78471.25929.86.34n23565.499830.179864.185.344177.9136005.493585.513.4 转化器各段的热量衡算气体的摩尔热熔量可按下式求出t2J(25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2+0.861x10-8T3)6/TCp 5s02T2|(15.09 + 15.2x10-2T-120.7x10-6T2+3.62x10-8T3)6/7p4|(25.74 + 1.30x10-2T-3.86x10-6T2)6/TCp(n =t2j(27.18 + 0.5
11、91xl0-2T-0.338xl0-6T2)T713.4.1 转化一段反应热量和出口温度 进转化器第一段气体带入热量(以每小时气量计算)。已知进一段触媒层气体温度为360,所以可得各组分气体的平均摩尔热容:S02的平均摩尔热容:273+360J (25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2+0.861x10-8T3)67TCPs。?=44.71/(mo/K)273CpO2 =273+360j (25.74 + 1.30x10-2T-3.86x10-6T2)JT273360= 3O.8OAJ/(7w/K)N2的平均摩尔热容:270+360j (27.18 + 0.591 xW2T
12、-0.338 xW6T2)6/T270360= 29.78Q/(mo/K)故进一段气体每升高1所需热量为: SO2 所需热量:80x44.71 = 3576.865AJ 。2 所需热量:100x30.80 = 3079.5210 N2 所需热量:820x29.78 = 24423.06V Z所需总热量:31097.44V带入热量=31097.44 x 360 = 1H 88600V (2)已知出转化器第一段气体温度545所以可得各组分气体的平均摩尔热容:SO2的平均摩尔热容:273+545j (ZS + S.SxlOT-SS.lxlO-672+0.861 xW8T3)TCpSO2= q= 46
13、.84V I (mol K)SO3的平均摩尔热容:273+545j (15.09 +15.2x10-2T-120.7x10-6T2+3.62x10-8T3)JTCpSO3二q二 66.44AJ I mol K)。2的平均摩尔热容:273+545J (25.74 + 1.30*10-27_3 86*1072)CpO2=。= 31.59AJ /(mol- K)N2的平均摩尔热容:Cpn2270+545J (27.18 + 0.591 xlOT-OJSSxlOT2)270= 3029kJ / (3lK)故出一段气体每升高1所需热量为:S02 所需热量:14.512x46.84 = 679.8 IVS
14、03 所需热量:65.488x66.44 = 4351.3AJ 。2 所需热量:69.256x31.59 = 2124.44V N2所需热量:820x30.29 = 24841.87。Z所需总热量:31997.42V反应热摩尔反应热(2 = 101314.48-2.21x (273 + 452.5) = 99711.13U总反应热 Q= 65.488x 99711.13 = 6529882.15/一段出口温度t =6529882.15 + 1118860031997.42=553.7 C(4) 一段出口气体带出热量 0= 6529882.15 + 11188600 = 17718482.157
15、转化二段反应热量和出口温度进转化器第二段气体带入热量(以每小时气量计算)已知进二段触媒层气体温度为480,所以可得气体的平均摩尔热容:SO2的平均摩尔热容:CPs。?273+480j (25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2+0.861x10-8T3)T273480= 46A5kJ /(mol-K)SO3的平均摩尔热容:CPsO3 =273+480J (15.09 + 15.2x10-2T-120.7x10-6T2+3.62x10-8T3)6ZT273480=64.94AJ /(/ K)O2的平均摩尔热容:273+480j (25.74 + L30x10-2T-3.86xW
16、6T2)JT273480= 3132kJN2的平均摩尔热容:270+480j (27.18 + 0.591x10-2T-0.338x10-6T2)6/T270480故进二段气体每升高IC所需热量为:SO2 所需热量:14.512x46.15 = 669.77。SO3 所需热量:65.488x64.94 = 4252.85V 。2 所需热量:67.256x31.32 = 2106.394V N2 所需热量:820x30.12 = 24695.44V Z所需总热量:31724.45。带入热量= 31724.45 x 480 = 15227737V(2)已知出转化器第二段气体温度500 所以可得各组
17、分气体的平均摩尔热容: SO2的平均摩尔热容:273+500J (25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2 +0.861x10-8T3)JTCpSO2= 2-= 46.37V /(mol - K)SO3的平均摩尔热容:273+500j (15.09 + 15.2x10-2T-120.7xW6T2+3.62x10-8T3)TCpso3 = q= 65.42AJ / (mol - K)。2的平均摩尔热容:CpO2 =273+500j (25.74 + 1.30x10-2T-3.86x10-6T2)JT273500N2的平均摩尔热容:Cp$270+500j (27.18 +0.59
18、1 x10-2T-0.338 xW6T2)T270500= 30.17 kJ/(mol .K)故出二段气体每升高IC所需热量为:SO2 所需热量:7.432x46.37 = 344.64AJSO3 所需热量:72.568x65.42 = 4747.28V02 所需热量;63.2125x31.40 = 1985.050N2 所需热量:820x30.17 = 24740.58V所需总热量:31817.54AJ反应热摩尔反应热 Q = 10131448 2.21x(273 + 490) = 99628.250,总反应*& Q= (72.568 - 65.488) x 99628.25 = 70536
19、8.0 IV二段出 口 温度 t = 705368.01 + 15227737= 5Q() 8o。31817.54(4)二段出 口 气体带出热量 Q = 705368.01 + 15227737 = 15933105.01V转化三段反应热量和出口温度(1)进转化器第三段气体带入热量(以每小时气量计算)已知进三段触媒层气体温度为450所以可得各组分气体的平均摩尔热容:SO2的平均摩尔热容:Cp 5s02273+450j (25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2+0.861x10-8T3)6/T273450= 45,8kJ/(molK)SO3的平均摩尔热容:CPs03273+4
20、50J (15.09 +15.2x10-2T-120.7x10-6T2+3.62xW8T3)T273450=64.20R /K)CpO2的平均摩尔热容:273+450j (25.74 + 1.30x10-2T-3.86x10-6T2W273N2的平均摩尔热容:450270+450j (27.18 + 0.591 x 1 O-2 T - 0.338 x 1 O_6 T2)dT270=30.03AJ / (mol K)故进三段气体每升高1所需热量为:SO2所需热量:7.432x45.81=340.48SO3 所需热量:72.568x64.20 = 4658.770 。2所需热量:632125x31
21、.19 = 1971.70所需热量:820x30.03 = 24627.59。所需总热量:31598.54V带入热量=31598.54 x 450 = 14219342(2)出转化器第三段气体温度460 各组分气体的平均摩尔热容: SO2的平均摩尔热容:273+460f (25.74 + 5.8x10-2T-38.1x10-6T2+0.861x10-8T3)6/Tcps02=q460= 45.93kJCP。?Cpn2SO3的平均摩尔热容:273+460J (15.09 + 62x1()-27 izo/yxlCT6-+3 62*1。-873)打273。2的平均摩尔热容:460273+460j (
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- 2023 年产 硫酸 转化 系统 工艺 设计
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