物料热量及设备的计算合成硫酸

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: 9.0%, Q: 8.0%, N: 83.0%工序采用一转一吸,转化率 99%吸U率99.95%.3.2 干吸工序工艺计算进入吸收塔成为 HSO 的 SO量=1026.10 99% 99.95%=1015.33kmol/h硫酸产量=1015.33 (98/1000)=99.502 (t/h ) (100%HSO)或 8 105t/a (100%HSO)枯燥塔处理的气体量：Vd=Q 22.4 1000(m/h)98 b y式中：QHSO的产量(100%bBO计)b气体中SO的浓

2、度(衿y硫的利用率(衿由 q=800000 =99.502 (t/h ), b=9.0%, y=99%X99.95%, 24 33599.502 22.4 10003,、98 0.09 0.99 0.9995得 Vd=255383.7 (m/h )气体含水量：B=18/22.4PwP Pi Pw式中：Pw-在一定温度下饱和水蒸汽压Pa;Pi枯燥塔入口的操作压力PaVd (kg/t 100%H2SO)P 大气压力PaVd处理的枯燥气体量n3/h 1822.47.7395 7.73255383.717259.66 (kg/t 100%H 2SO)表3-1电除雾出口气体成分工程Kmol/hKg/hm

3、/h%SO21026.1065670.422984.539.0Q912.0829186.562043.708.0N9462.88264960.64211968.4783.0工11401.06359817.60255383.70100.0KO958.8717259.6621478.69表3-2转化进口气体成份工程 Kmol/hKg/h甫/hSO1026.1065670.4022984.537.91091.0469826.7524439.258.410871.47695773.73243519.6483.712988.61831270.89290943.42100.0建O 1.616290936.

4、203.3枯燥塔及其循环槽的物料衡算3.3.1 枯燥塔入口炉气成分1净化工序补加空气量：枯燥塔入口补加空气量_ _ _ _ _ _.3.=290943.42-255383.70=35559.72(m/h )2枯燥塔入口炉气含水量：设补加空气全部在电除雾之后参加,空气温度20C,相对湿度50%由湿气图查得含水量 6.7 (g) /干空气(m),那么补加空气带水量： 35559.72 0.0067=238.25 (kg/h )枯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 枯燥塔出口气体带水量枯燥后指标：水分0

5、0.1g/m 3那么枯燥后气体含水量=-0L 290943.42 29.094 (kg/h )10003.3.3 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：50C,酸量：x(m/h).出塔酸：92.7%枯燥塔的吸水量=17497.91 -29.09=17468.82 (kg/h)由物料平衡得：解得：x 2999.983.3.4 枯燥系统各塔串酸量1吸收塔循环酸与枯燥塔循环酸对串酸量.设：93喻酸98喻酸为x (kg/h ); 98喻酸93喻酸串酸量为 y1 (kg/h )由 HO平衡得：17468.82+19.59%y1=24.08%

6、x(3-1 )由SO平衡得:80.41% y1=75.92%x(3-1 )(3-3)x = 1.055 y i将(3-3)式代入(3-1 )17468.82+19.59% y i=0.2408 1.055 y i得：y 1=300440.63 ( kg/h )x =316964.86 (kg/h )2吸收塔循环酸与104.5%HSO塔循环酸对串酸量104.5%吸US SO量=1015.33 30%=304.60 (kmol/h )(或=24368kg/h )产品 104.5H2SO为 29850.8kg/h ,其中：SO: 24368kg/h , HbO: 4197.77kg/h设：105%9

7、8喊串酸量为z (kg/h)98% 105施串酸量为y2 (kg/h )由 HO平衡得：0.1959 y 2=0.1469 z+4197.77(3-4 )由 SO平衡得：0.8041 y2+24368=0.8531 z +24368(3-5 )y 2=1.061 z(3-6)将(3-6)代入(3-4)式得：0.1959 1.06 z =0.1469 z+4197.77z=69094.55 (kg/h)y2=1.06 69094.55=73240.22 (kg/h)3.3.5枯燥塔循环酸槽的物料衡算枯燥塔循环酸槽的物料衡算见表3-3表3-3枯燥塔循环酸槽物料衡算表出物料kg/h 进物料kg/h

8、从枯燥塔冷却器来92.7%HSO上塔循环93%HSO5337387.635320863.4098琳来 98.5%HSO去98喊循环酸300440.63316964.86E 5637828.26E 5637828.263.4枯燥塔及其循环槽的热量衡算3.4.1 枯燥塔的热量衡算1.炉气带入热量 Qi t=4 0CSO带入热量：qi=1026.10 40 41.57=1706199.08(KJ/h )Q带入热量：q2=1091.04 40 29.37=1281753.80(KJ/h)(KJ/h )Nb 带入热量：q3=10871.47 40 28.45=123717.86HO蒸汽带入热量：q4=9

9、72.11 40 32.716=1272142.03(KJ/h)式中：41.57 , 29.37, 28.45, 32.716 分别为 040c 时 SO,O2,N2,H2.的摩尔热容, KJ/(kmol k)Q= q1 +q2 +q3 +q4=16631827.77 (KJ/h)2 .水的冷凝热Q水在40 c时冷凝热为24.6 (KJ/kg)Q2=(17497.91 29.094)24.6=429732.87 (KJ/h )3 .入塔酸带入热量Q50C 93% H2SO的热给 11=78.7 (KJ/kg )Q=2999.98 1.7993 1000 78.7=4248118984 . 93

10、%酸稀释热QQ=n 17860 4.1868 n 1.7983式中：Q稀释热(J/mol H 2SO)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G时,放出热量按下式计算：Q-Q= n2 17860 ni 17860 1 4,1868 n2 1.7983 n1 1.7983式中：Q Q每摩尔 HSO放出的热量(J)n 2 n 1浓度分别为C2 C1时每摩尔KSO所含水的摩尔数93.00% HzSOf 92.70% H2SO7/18n1=93/98=0.41Q= 0.41 17860 4.1868 13900 (KJ/kmol )0.41 1.79837.3/18n2 =

11、92.7/980.429c 0.429 17860Q=0.429 1.79834.186814403 (KJ/kmol)QQ=14403 13900=503 (KJ/kmol )Q=2999,98 7993 1000 503 27705363 (KJ/h )985 .炉气带出热量 Q (t=45C)SO带出热量：q1=1026.10 45 41.64=1922706.18 (KJ/h)Q带出热量：3=1091.04 45 29.295=1438290.76 (KJ/h)Nb带出热量：q3=10871.47 45 28.5=13942660.28 (KJ/h)KO蒸汽带出热量：q4=972.11

12、 45 32.74=1432209.66 (KJ/h)式中：41,64 , 29,395 , 28.51 , 32.74 分别为 045c时 SO, Q, N, KO的摩尔热容,KJ/(kmol k)Q=qi+q2+q3+q4=18735866.88 (KJ/h )6,出塔酸带出热量Q和酸温Q=Q+Q+Q+Q Q=450842954.76 ( KJ/h ),450842954.76那么出塔酸的热始:12= 84.45 (KJ/kg )5320863.40 17468.82查表知：92.7% H2SO I 2=84.45 (KJ/kg)时的温度 t=72.76 C3.5枯燥塔循环槽的热量衡算1)

13、从枯燥塔冷却器来的92.7% H2SO带入热量Q1=5337387.63 I (kg/h)2)从98喊循环系统串来98.5% H2SO带入热量Q=300440.63 79.34=23836959.58 (KJ/h)3)混合热由98.5% H2SO, 92.7% H2SO两种浓度的 HSO,混合成93% HSO7.3/180.429 17860n1= 0.429, q1= 4.1868 14403 ( KJ/kmol )92.7/980.429 1.79831.5 /180.083 17860n 2= 0.083, q2= 4.1868 3295 (KJ/kmol )98.5/980.083 1

14、.7983n3= 7/18 0,41, q 3= 0,41 17860 4.1868 13900 (KJ/kmol )93/980,41 1,7983m=5337387.63 0.927 1/98=50487.33m=300440.63 0.985 1/98=3019.73Q= (m+m) 13900m qi m q2=6629109.66 (KJ/h)4)上塔酸带出热QQ4=5337387.63 78.38=418344442.44 (KJ/h)5)串往98喊循环槽的93% HSO带入热 Q=25091087.99(KJ/h)6)从枯燥塔冷却器来的硫酸温度由热量平衡得：Qi+Q+Q=Q+Q即

15、：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%的硫酸热始为77.37 (KJ/kg)的温度t=49.28 C3.6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: 10.26 kmol/h , O2： 583.12 kmol/hSO3： 1015.84 kmol/h , N: 10871.47 kmol/h进塔气量为总气量,吸收率： 40% 60%104.5%HS进塔气温：160C,进塔酸温：50C,出塔气温：60C,进塔酸浓:

16、进塔气量合计：12480.69 (kmol/h)2) 105%塔吸收SO的量,设105猫吸收率为46%那么:1015.84 46%=467.29 (kmol/h )(或=37382.9 kg/h )3)出塔气体成分SO: 10.26 kmol/h , Q: 583.12 kmol/hSO: 548.55 kmol/h , Nb: 10871.47 kmol/h4)循环酸量 104.5% H2SO,比重：1.876,含SO=85.31% ,设循环酸量为x (kg/h),酸浓度差104.62%.般为0.1%0.3%,本设计取0.12%,即出塔酸浓度为104.62% H2SO,含 SO85.4%由S

17、O平衡得:0.853 37382.9x 37382.9=0.8545457.903 x =0.0013 x5457903.4 (kg/h )(或 2909m/h )5.105%循环槽物料平衡105%!环槽物料衡算如表3-4所示进物料kg/h 表3-4物料平衡情况表出物料kg/h 105猫下来 104.6%HSO5495285.9上塔 104.5%HSO5457903.498%K收塔串来 98.5%H2SO串去 98麻 104.5% H2SO69094.5573240.22产品 104.5% H2SO29850.8E 5568526.12E 5556848.753.7 发烟硫酸塔及其循环槽3.7

18、.1 105% 塔热量衡算气体带入热Q,进入塔气体温度 t=160 CSO带入热量：q1=10.26 160 43.21=70933.54 KJ/h SO带入热量：q2=1015.84 160 55.06=8949144.06 (KJ/h)Q 带入热量：q3=583.12 160 29.85=2784981.12 (KJ/h)Nb带入热量：q4=10871.47 160 28.88=50234888.58 (KJ/h)气体带入热量总计：Q=62039947.30 ( KJ/h )式中：43.21 , 55.06, 29.85, 28.88 分别为 0160 时 SO,SO3,O2,N2的平均摩

19、尔热容,KJ/(kmol k)3.7.2 循环带入热Q塔酸温度t=50C,进塔酸的给I=72.01 (KJ/kg)循环酸带入热量：Q=5457903 72.01=393032595 (KJ/h)3.7.3 吸收反响热QSO 冷凝热：按式 SO (气)f SQ (液),H=502 ( KJ/kg)那么 SO冷凝放出热量为 Q 1=37382.9 502=18766215.8 (KJ/h)SO吸收反响热：按式 SO (液)f 20.52%B离SO发烟硫酸Q 2=467.29 23.03 1000=10761688.7 (KJ/h)式中：23.03为60c下液体SO溶解到20.52%游离SO发烟硫酸

20、中放出的热量,Q= Q31+Q 2=29527904.5 (KJ/h)3.7.4 气体带出塔热量Q出塔气温t=60 CSO带出热量：10.2660 41.83=25750.55 ( KJ/h )SO带出热量：548.55 60 50.978=1675864.13 (KJ/h)Q带出热量：583.12 60 29.445=1030198.10 (KJ/h)Nb带出热量：10871.47 60 28.525=18606520.91 (KJ/h)气体带出热量总计：Q= q1 +q2 +q3 +q 421338333.69 (KJ/h)式中：41.83, 50.978, 29.445, 28.525

21、分别为 060c 时 SO,SO3,O2,N2 的平均摩尔热容,KJ/(kmol k)3.7.5 酸出塔带出热QQ= Q1+Q+QQ=463262113.1 (KJ/h)3.7.6 出塔酸温出塔酸热焰=-u463262113.184.30 (KJ/h)5457903.4 37382.9从热始表中查出,出塔酸温为：t=59.18 C3.8 105%循环槽热量衡算1 .塔下来酸带入热量：Q=463262113.1 (KJ/h)2 .串入 98% H2SO带入热量 Q2=73240.22 79.34=5810879.06 (KJ/h)式中：79.34 为 50c 时 98% HSO的热始(KJ/kg

22、 )3 .混合热Q1) 98.5% HzSO-100% H2SO 的吸热98%0 73240.22 ( 27.926)2021626.79 (KJ/h)式中：27.926为98.5% H2SO的积分稀释热(KJ/kg)100% HSO浓缩到104.5% H2SO所吸收的溶解热为：98.5100 73240.22 %8 ( 16.035)11803.99 (KJ/h)式中：16.035为20%宇离SO发烟硫酸稀释到100%HSO时放出的热量(KJ/molSQ)3718.8为98.5% H2SO浓缩到游离SO的发烟硫酸共吸收的热量.Q 1= ( 2021626.79 ) + ( 11803.99 ) =-2026430.78 (KJ/h)2) 104.62% H2SO 稀释到 104.5% H2SO 稀释热Q 2=5495285.998 104.62/1000.419 100022457609.39 (KJ/h)式中:0.419为游离SO 20.52%发烟硫酸稀释热(KJ/mol SO 3)混合热：Q= Q3 1+ Q3 2=20431178.61 ( KJ/h )4.上塔酸带出热QQ=275117374.2 (KJ/h)5. 104.5% H 2SO- 98%莓串酸带出热Q=69094.55 72.01=4975498.55 (KJ