课程设计硫酸物料及热量衡算

本设计生产能力10万吨/年，按年开车7200h计算，可知硫酸车间每小时硫酸的生产量为： =本次设计采用以每小时的生产产量为基准进行计算物料衡算以每小时硫酸的生产量为基准。热量衡算以0°C作为计算的温度基准。炉气成分SO：10.40%；O：7.30%；N：82.30%。222炉气水分含量0.183mol干炉气进酸浓度干燥塔进酸浓度93%；出酸浓度±92.5%。吸收塔进酸浓度98%；出酸浓度98.3%。转化率及吸收率一次转化率92%；二次转化率99%；吸收率99%。干燥塔及循环槽的物料衡算进干燥塔气体成分SO: 2O: ——2N: ——2HO:2进干燥塔气体成分如表3.1所示。表3.1进干燥塔炉气成分项目kmol/hkg/hm3/h%SO2144.409241.663242.6710.40O101.363243.522268.207.302N21142.7031995.6025596.4882.301388.4644480.7231107.34100.00干燥塔出口气体含水量设出干燥塔气体中含水量为 0.1g/cm3，则干燥塔出口气体含水量为： 吸收塔循环酸与干燥塔循环酸对串酸量设：93%硫酸一98%硫酸串酸量x(kg/h)；98%硫酸一93%硫酸串酸量为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)将式(3-3)代入式(3-1)：4573.62+20%y=24.08%y=85006.47kg/hx=89596.81kg/h循环酸量由于塔直径未确定，故而按酸浓度差计算循环酸量。入塔酸浓度：93%HSO，比重：1.7974g/cm3，温度：50C，酸量：Xms/h，出塔酸浓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，分两个240.5的泵并联使用。表3.2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92.5%HSO24846594上塔循环93%H2SO485117098%硫酸—93%硫酸串酸量85006.4793%硫酸—98%硫酸串酸量89596.81E931600E940767干燥塔及其循环槽的热量衡算(1)干燥塔的热量衡算①炉气带入热量Q1word文档可自由复制编辑SO带入热量：q= kJ/hQ=n*t差*CpO带入热量：q二 kJ/h22N带入热量：q= kJ/h23HO带入热量：q二 kJ/h24Q=q+q+q+q=2129230.31kJ/h11234②水的冷凝热Q 42°C时水的冷凝热为2406kJ/kg2Q2③入塔酸带入热Q 50C93%HSO的热焓为1=78.7kJ/kg3 2 4 1Q3= kJ/h④93%酸稀释热Q4Q'nxQ'nx17860n+1.7983x4.1868式中：Q式中：Q'—稀释热,kJ/kmolHSO；24n—对于ImolHO所用水的摩尔水。2对于浓度为C的硫酸,1当稀释到浓度为C对于浓度为C的硫酸,1当稀释到浓度为C2时，放出的热量按下式计算:Q2-Qnx17860 nx17860—2 —1 n+1.7983n+1.798321x4.1868式中：式中：Q'-Q'—每molHSO放出的热量,kJ/kmol；2 1 2 4n、n—浓度分别为C、C时每molHSO所含水的摩尔数。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炉气带出热Q(t⑤炉气带出热Q(t=47C)5SO带出热量：q=144.4021O带出热量：q=101.3622N带出热量：q=1142.702340.66=275951.29kJ/h140630.92kJ/h=1565556.14kJ/hHO带出热量：q=3.1124Q5=q1+q2+q3+q4=1987068.66⑥出塔酸带出热QHO带出热量：q=3.1124Q5=q1+q2+q3+q4=1987068.66⑥出塔酸带出热Q和酸温64930.31kJ/hkJ/h•Q1+Q2+Q3+Q4-Q=2129230.31+11004130+66513734+6591182.55-1987068.66=84251207.6KJ/h则：出塔酸的热焓I= 98.4KJ/kg查表3.3通过内插法得：93%HSOI=98.4kJ/kg时的温度为t=60^o24硫酸浓度%(质量)热含量(kJ/kg)40°C60C80C9263.296.3130.29362.4951299858.289.21219957.487.9118.9表3.3硫酸的热含量表(2)干燥塔循环酸槽的热量衡算从干燥塔冷却器来的92.5%HSO带入热Q2 4 1Q=1从98%酸循环系统串来的98.3%HSO带入热Q2 4 2Q=2式中：79.34为98.3%HSO的热焓(kJ/kg)。24③混合热Q3由98.5%HSO、2492.5%HSO两种浓度的硫酸，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二卫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上塔酸带出热Q4Q= kJ/h4串往98%酸循环槽的93%HS0带出热Q245Q= kJ/h5式中：78.38为93%HSO的热焓(kJ/kg)。24从干燥塔冷却器来的硫酸温度由热量平衡得：Q+Q+Q=Q+Q1 2 3 4 5846594 +6744376+2522313.6=66714704.6+7022597846594 64470612I=76.15kJ/kg查表3.3通过内插法得：92.5%HSO的温度为t=47°C。24即干燥塔冷却器出口酸温为47C，进口酸温60C。干燥塔的热量衡算及循环酸槽的热量衡算结果分别见表3.4和表3.5。表3.4干燥塔热量衡算表项目进口热kJ/h项目出口热kJ/h炉气带入热Q]2129230.31炉气带出热Q51987068.66水的冷凝热Q211004130出塔酸带出热Q6684251207.6入塔酸带入热Q66513734.393%硫酸稀释热Q4入塔总热量工86238276.3出塔总热量工86238276.3

表3.5干燥塔循环酸槽的热量衡算表项目带入热kJ/h项目带出热kJ/h92.5%HS0带入热Q2 4 164468133.1上塔酸带出热Q466714704.698.5%HS0带入热Q2 4 2674437693%HS0带出热Q2 4 57022597混合热Q332522313.6带入总热量工73737301.6带出总热量工73737301.6吸收塔及其循环槽的物料衡中间吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分SO:144.4011.55kmol/h2SO:144.40 132.85kmol/h30:101.36 34.94kmol/h2N:1142.70kmol/h2中间吸收塔进出气体成分分别见表3.6和表3.7。表3.6进中间吸收塔气体成分项目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出塔气体成分项目SOSOON2322kmol/h11.551.3334.941142.701190.52上塔酸量G为了便于管理，循环酸泵仍选用与干燥塔相同的酸泵(260m3/h)酸浓：98%，比重：1.8023g/cm3，温度：54CG=481出塔酸量866903+131.52 =877427.9kg/h出塔酸浓出塔酸中含SO= 3相当于出塔酸浓98.3%HSO。24中间吸收塔物料衡算结果如表3.8所示。表3.8中间吸收塔物料平衡表进物料(kg/h)出物料(kg/h)98%HSO2446859898.54%HSO24479119进塔SO气体10627.84出塔SO3气体106.4479225.84479225.4最终吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分SO:144.40 1.44kmol/h2SO:144.40( ) 10.11kmol/h3O:34.936 29.88kmol/h2N:1142.70kmol/h2最终吸收塔进出气体成分分别见表3.9和表3.10。表3.9进最终吸收塔气体成分项目kmol/hkg/hm3/hSO21.4492.4232.36SO310.11808.64226.50O229.88956.22668.69N21142.7031995.6025596.481184.1333852.8826523.93(2)吸收SO量(吸收率为99%)3

10.10810.0kmol/h10.10810.0kmol/h⑶出塔SO量310.108表3.10出最终吸收塔气体成分项目SOSOON2322kmol/h1.440.1029.881142.701174.12(4)上塔酸量G为了便于管理，吸收塔仍采用481m3/h酸泵，上塔酸量同中间吸收塔。酸浓：98%,比重：1.8023g/cm3，温度：54C。G=481(5)出塔酸量+10.0(6)出塔酸浓出塔酸中含SO= 3相当于出塔酸浓98.12%HSO。24最终吸收塔物料衡算结果如表3.11所示。表3.11最终吸收塔物料平衡表进物料(kg/h)出物料(kg/h)98%HSO2498.12%HSO24进塔SO气体808.64出塔SO3气体8.0867714.94吸收循环槽物料衡算吸收循环槽物料衡算结果如表3.12所示。表3.12吸收循环槽物料衡算表进物料(kg/h)出物料(kg/h)中吸塔排管98.3%HSO24877427.9上中间吸收塔98%HSO24吸收塔排管98.12%HSO24上最终吸收塔98HSO2493%塔串来93%HSO2485057.1串去93%塔98%HSO2480717.5

产成品98%HSO2424534.0E 1830191 E18390643.4.1中间吸收塔热量衡算(1)进塔气体带入热量Q(160C)1SO带入热量：q=11.55221SO带入热量：q=132.848O带入热量产成品98%HSO2424534.0E 1830191 E18390643.4.1中间吸收塔热量衡算(1)进塔气体带入热量Q(160C)1SO带入热量：q=11.55221SO带入热量：q=132.848O带入热量2N带入热量：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

分别为0〜100C温度内SO、228.876SO、O、N的平均热32容(kJ/(kmol•K))。KJ/hQ=q+q+q+q=4185158.89(2)入塔酸带入热Q2入塔酸温55C，浓度98%HSO，热焓:24=38157935KJ/hI=81.43kJ/kgQ=4685982(3)吸收反应热Q3=18445943KJ/hQ=105213式中：7013为50C时98%HSO吸收气体SO的吸收反应热(kJ/kg243 H2O)。(4)98%HSO浓缩为98.3%HSO的浓缩热Q2 4 2 4 44758684.6KJ/h4式中：37.26及18.589分别为98%及99%HSO的积分稀释热(kJ/kg )。24 H2O⑸出塔气体带出热量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分别为0〜60°C温度时SO、SO、0、23221SO带出热量：q=1.3332O带出热量：q=34.93623N带出热量：q4=1142.70式中41.826、50.978、29.446kJ/(kmol•K)oQ=q+q+q+q=2050165.23KJ/h(6)出塔酸带出热"q6Q=Q+Q+Q-Q-Q612345=51468008.5KJ/hN2的热容(7)出塔酸温

N2的热容出塔酸热焓I= 查表3.3,然后通过内插法得出塔酸温为77.01。中间吸收塔物料衡算结果如表3.13所示。表3.13中间吸收塔热量衡算表项目进口热量J/h项目出口热量kJ/h进塔气体带入热量Q14185158.89浓缩热Q44758684.6入塔酸带入热Q238157935出塔气体带入热量Q552050165.23吸收反应热Q318445943出塔酸带出热Q6656492365.7入塔总热量工60789036.9出塔总热量工60789036.9最终吸收塔热量衡算（1）进塔气体带入热量Q（18）SO带入热量：SO带入热量：2SO带入热量O带入热量：2N带入热量：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分别为0〜180°C温度内SO、SO、0、N的平均热容（J/（kmol・K））。Q=q+q+q+q=3450095.04kJ/h入塔酸带入热Q2入塔酸温55C，浓度98%HSO，热焓：I=81.43kJ/kg24Q=866906.3 =70592180kJ/h2吸收反应热Q3q=800— 1402600kJ/h3式中：7013为50C时98%HSO吸收气体SO的吸收反应热(kJ/kg)。TOC\o"1-5"\h\z24 3 H2O(4)98%HSO浓缩为98.12%HSO的浓缩热Q2 4 2 4 4Q=866906.3一 1903474kJ/h4式中：37.26及18.589分别为98%及99%HSO的积分稀释热（kJ/kg ）。24 H2O⑸出塔气体带出热量Q（t二60C）5SO带出热量：q=11.55221SO带出热量：SO带出热量：q=11.55221SO带出热量：q=0.132O带出热量：q=34.93623N带出热量：q=1142.7024305.87KJ/h61723.53KJ/h1955388.24KJ/h式中41.826、50.978、29.446、28.525分别为0〜60°C温度时SO、SO、0、N的热2322容kJ/(kmol•K)。Q=q+q+q+q=2046403.05KJ/h51234(6)出塔酸带出热Q6Q=Q+Q+Q-Q-Q612345=71494999KJ/h(7)出塔酸温出塔酸热焓I= 82.39KJ/h查表3.3，然后通过内插法得出塔酸温为57.5C。最终吸收塔热量衡算结果如表3.14所示。表3.14最终吸收塔热量衡算表项目进口热量kJ/h项目出口热量kJ/h进塔气体带入热量Q]3450095.04浓缩热Q41903474入塔酸带入热q270592180出塔