年產(chǎn)20萬噸硫酸合成段工藝設(shè)計目錄摘要 3Abstract 31引言 51.1選題的目的及意義 51.2硫酸的性質(zhì) 51.2.1物理性質(zhì) 51.2.2化學(xué)性質(zhì) 21.3硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝及對比 21.3.1硫磺制酸工藝 21.3.2硫鐵礦制酸工藝 31.3.3冶煉氣制酸 31.3.4煙氣對比 32工藝流程選擇 32.1生產(chǎn)的基本原理 32.2生產(chǎn)方法的選擇 42.3.1廢熱鍋爐的選擇 52.3.2焚硫爐的設(shè)計 52.3.3轉(zhuǎn)化器的選擇 62.3.4酸冷卻器 62.3.5省煤器 62.3.6過熱器 63工藝計算 63.1物料衡算 63.1.1已知條件 63.1.2系統(tǒng)物料衡算 73.1.3空氣干燥 103.2焚硫 113.2.1爐氣量 113.2.2進口量 113.2.3焚硫爐 123.3一次轉(zhuǎn)化 123.3.1計算平衡曲線 123.3.2轉(zhuǎn)化率的分配 133.3.3一轉(zhuǎn)各段進出口物料衡算 143.4第一吸收塔 153.5二次轉(zhuǎn)化 163.5.1計算平衡曲線 163.5.2二轉(zhuǎn)各段進出口物料平衡 173.6換熱器及換熱面積的計算 183.6.1高溫過熱器 183.6.2第Ⅰ換熱器 183.6.3第Ⅱ換熱器 193.6.4第Ⅰ省煤器 203.6.5第Ⅰ低溫過熱器 203.6.6第Ⅱ低溫過熱器 213.6.7第Ⅱ省煤器 223.7第二吸收塔 224三廢的來源及處理 244.1廢氣中有害物質(zhì) 244.2廢水處理 244.3廢渣處理 245經(jīng)濟核算 245.1工程費用 255.2其他費用 265.3產(chǎn)品單元成本 266結(jié)論 27參考文獻 27附錄一硫酸生產(chǎn)總工段設(shè)備圖 30附錄二吸收塔設(shè)備條件圖 31年產(chǎn)20萬噸硫酸合成工段設(shè)計摘要：硫酸是一種無機化合物，化學(xué)式是H2SO4，最重要的\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"含氧酸也就是硫酸。純凈的硫酸為無色油狀液體，10.36℃時\t"/item/%E7%A1%AB%E9%85%B8/_blank"結(jié)晶。在日常生活中很多東西都有硫酸的參與，在工業(yè)生產(chǎn)中硫酸占有很重要的地位。所以，硫酸的合成對現(xiàn)代人類生活有著極大的便利。本課題是年產(chǎn)20萬噸硫磺制制酸工段設(shè)計，相比起其他合成硫酸的工藝，硫磺制酸簡便了許多，節(jié)約了投資成本，產(chǎn)品質(zhì)量高。該該工段設(shè)計包含了主要設(shè)備選擇、重要工藝計算、三廢的處理等一系列設(shè)計。這個工藝主要分成三個部分，硫磺的燃燒、二氧化硫的轉(zhuǎn)化、硫酸的吸收。其原理主要就是：在焚硫階段，硫與氧氣反應(yīng)生成二氧化硫（霧化蒸發(fā)），然后轉(zhuǎn)化塔二氧化硫與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，最終在吸收塔提高濃度，且水與三氧化硫反應(yīng)生成了硫酸。此次吸收工段采用的是業(yè)內(nèi)成熟的兩轉(zhuǎn)兩吸工藝，此工藝能顧減少廢水和廢氣，還能提升硫的利用率，節(jié)約了成本，還使避免了資源浪費。關(guān)鍵詞:硫酸；合成設(shè)計；兩轉(zhuǎn)兩吸;1引言1.1選題的目的及意義硫酸是我國重要的工業(yè)原料之一，廣泛應(yīng)用于冶金、石油等工業(yè)，其主要產(chǎn)地在云南(16.34%)、湖北(9.50%)等地，區(qū)域集中度較低。由于我國發(fā)展迅速，國力不斷增強，其工業(yè)水平也相應(yīng)提高。近幾年我國硫酸（折100%）產(chǎn)量均在九千萬噸以上，2020年產(chǎn)量為9238萬噸，同比增長1.3%[1]。目前硫酸的生產(chǎn)由于采用的原料不同，所以導(dǎo)致生產(chǎn)的工藝也形式各異。此次設(shè)計我以硫為原料生產(chǎn)硫酸大大簡化了工藝，節(jié)約了投資成本，產(chǎn)品質(zhì)量高。1.2硫酸的性質(zhì)1.2.1物理性質(zhì)純硫酸普遍為無色的油狀液體，密度1.84g/cm3，沸點337℃，任意比例的硫酸都能和水互溶，且能放出大量的熱，讓水達到沸騰狀態(tài)。當(dāng)它達到290℃時三氧化硫就會被釋放出來，溶液變?yōu)?8.54%的水溶液，而溫度達到317℃時則會沸騰，形成共沸混合物。圖1硫酸的結(jié)構(gòu)式及鍵長濃度的差異當(dāng)硫酸的濃度不同時，硫酸也被用作不用的應(yīng)用，如表所示：表1-1硫酸濃度差異表H2SO4比重相應(yīng)密度（kg/L）濃度（mol/L）俗稱10%1.07～1稀硫酸29～32%1.25～1.284.25～5鉛酸蓄電池酸62～70%1.52～1.609.6～11.5室酸、肥料酸98%1.83%～18濃硫酸（2）極性與導(dǎo)電性純硫酸是一種介電系數(shù)大概為100的極性特別大的液體。正因為他有非常高的導(dǎo)電性，表明它的分子和分子之間可以相互質(zhì)子化對方，而這種質(zhì)子化對方的過程就被稱為質(zhì)子自遷移。如下所示：1.2.2化學(xué)性質(zhì)腐蝕性在硫酸溶劑體系中，質(zhì)子化很多物質(zhì)產(chǎn)生離子型化合物正是因為H3SO4+經(jīng)常起酸的作用：脫水性脫水是指根據(jù)水中氫和氧原子之間的組成，用濃硫酸除去非游離水分子或除去有機物質(zhì)中的氫和氧元素的過程。就硫酸而言，脫水是濃硫酸的本質(zhì)，而不是它的性質(zhì)。濃硫酸具有脫水作用且很強，并根據(jù)脫水過程中水的組成比例將其除去。（3）強氧化性當(dāng)還原劑的量和種類不同時硫酸還能被還原為SO2，S或H2S；例如，HBr，H2S和HI在還原劑過量的情況下將濃硫酸還原成不一樣的物質(zhì)：還原劑量不同時，產(chǎn)物也可能有所不同：1.3硫酸幾種不同的生產(chǎn)工藝及對比1.3.1硫磺制酸工藝目前我國硫酸工業(yè)發(fā)展，生產(chǎn)硫酸方式最多的就是硫磺制酸，它的工藝流程主要就是將硫磺燃燒，硫加氧氣生成二氧化硫，二氧化硫在轉(zhuǎn)化段和氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，最后在吸收段與水反應(yīng)生成硫酸，同時在吸收段硫酸吸收三氧化硫提高其濃度。硫磺制酸的優(yōu)點有很多，不僅成本低，污染少，時間短，而且硫磺制酸的廢熱好好利用也可以造成一筆不錯的收益[2]。1.3.2硫鐵礦制酸工藝硫鐵礦制酸工藝和硫磺制酸工藝后面差不多，不同的是前面。硫鐵礦通入空氣產(chǎn)生二氧化硫，但是之后會經(jīng)歷一系列的凈化裝置，最后和硫磺制酸操作相當(dāng)。通過兩轉(zhuǎn)兩吸或者是一轉(zhuǎn)一吸生產(chǎn)硫酸。但是硫鐵礦制硫酸有明顯的優(yōu)點，也有明顯的缺點。優(yōu)點是，資源比較豐富，收益高。缺點是，花費時間長且還會對環(huán)境造成一定的污染。1.3.3冶煉氣制酸相比起前面兩種制酸方式，冶煉氣制酸在我國算是一種比較新型的制酸方式。其原料主要就是各種金屬硫化物。冶煉這些金屬硫化物時會產(chǎn)生煙氣，這些煙氣濃度一旦超過一定的限度就會對空氣造成污染。但是合理運用這些煙氣就能生成二氧化硫，可以用來制作硫酸。雖然原料的燃燒會造成污染，但是相比起硫鐵礦制酸會減少，且對硫的利用率也高。還有一點，就是冶煉氣制酸需要較高的工藝生產(chǎn)水平，且對生產(chǎn)人員有著較高的要求。兩者兼?zhèn)洳拍苌a(chǎn)出質(zhì)量令人滿意的硫酸[3]。2工藝流程選擇2.1生產(chǎn)的基本原理硫磺在空氣中燃燒生成二氧化硫的反應(yīng)為：二氧化硫氧化為三氧化硫的反應(yīng)為：三氧化硫和水化合生成硫酸的反應(yīng)：2.1.1溫度的選擇二氧化硫氧化為三氧化硫是可逆的放熱反應(yīng)，反應(yīng)溫度對反應(yīng)有很大影響。但是催化劑不同，溫度太高或者太低都不可以。反應(yīng)是由化學(xué)動力學(xué)控制，可由動力學(xué)模型用一般求極值的方法導(dǎo)出最佳溫度計算公式[4]:式中：Tm→最佳溫度Te→平衡溫度R→平衡常數(shù)E1、E2→正逆反應(yīng)活化能2.1.2SO2最佳濃度選擇適宜的SO2濃度在制酸過程中很重要，它能夠提升產(chǎn)量和經(jīng)濟收益。且SO2和催化劑層的阻力關(guān)系密切，在該工藝設(shè)計中，參考實際工廠的SO2最佳濃度選擇，其進口最佳濃度為9.8%。2.1.3催化劑的選擇研制耐高溫高活性催化劑在硫酸生產(chǎn)過程中非常重要。在眾多催化劑中選擇后本設(shè)計采用的S107型催化劑。根據(jù)《中華人民共和國化工行業(yè)標準》中二氧化硫氧化制硫酸催化劑得出：項目S107活性（耐熱后二氧化硫轉(zhuǎn)化率），%≥35顆粒徑向抗壓碎力平均值，N/cm≥60低于40N/cm的顆粒分數(shù)，%≤10磨耗率，%≤5五氧化二釩（V2O5）質(zhì)量分數(shù)，%≥6.2表2-1S107催化劑相關(guān)參數(shù)表2.2生產(chǎn)方法的選擇“兩轉(zhuǎn)兩吸”硫磺制硫酸生產(chǎn)裝置，干燥和吸收系統(tǒng)一般均設(shè)有“塔-槽-泵-酸冷卻器-塔”的濃硫酸循環(huán)過程。此次選擇的干燥吸收流程為三塔兩槽三泵干燥酸與一吸酸混合流程[5]。圖2-1干燥吸收流程圖2.2.2轉(zhuǎn)化流程的選擇近年來硫酸生產(chǎn)工藝中二氧化硫的轉(zhuǎn)化工藝采用兩轉(zhuǎn)兩吸的工藝。其中心就是讓該工藝的轉(zhuǎn)化階段穩(wěn)定在某一個適宜溫度下進行，保證他的熱量平衡[6]。2.2.3硫磺制酸的廢熱利用最近幾年硫酸的價格不斷下跌，導(dǎo)致我國各個硫酸生產(chǎn)企業(yè)陸續(xù)的修建硫磺制酸工廠。與此同時，硫磺制酸工藝會產(chǎn)生大量的廢熱，將這些廢熱合理利用，又會是一筆不菲的經(jīng)濟效益。目前，硫磺制酸產(chǎn)生的積極效益競爭越來越激烈，廢熱利用已經(jīng)成為了提高硫酸產(chǎn)品競爭的主力軍[7]。2.3裝置的選擇2.3.1廢熱鍋爐的選擇目前廢熱鍋爐有火管鍋爐和水管鍋爐兩種?，F(xiàn)階段一部分的大型硫磺制酸企業(yè)都是采用的運行良好的水管鍋爐。但是火管鍋爐其實也具有一系列的優(yōu)點，上個世紀八十年代，北京等城市工廠引進了火管鍋爐，但是一些工廠用了國產(chǎn)的火管鍋爐后出現(xiàn)了一系列的問題。并不代表火管鍋爐不好，而是國產(chǎn)火管鍋爐還有待進步。目前大型的硫磺制酸工廠大多都會采用火管鍋爐[8]。2.3.2焚硫爐的設(shè)計硫磺燃燒裝置也是硫酸硫磺燃燒的非常重要的設(shè)備。在硫磺燃燒廠的工作中，必須確保高質(zhì)量的液態(tài)硫分配效果。另外，必須將細碎的硫與空氣完全混合，以使液態(tài)硫完全燃燒。我國目前有兩種主要的硫磺燃燒裝置，一種是常用的圓桶型臥式硫燃燒器，另一種是擴大型臥式硫燃燒器。2.3.3轉(zhuǎn)化器的選擇近年來，我國依舊沒能生產(chǎn)出流速高的轉(zhuǎn)化器，不能讓催化劑層中的爐氣分布均勻。轉(zhuǎn)化器的內(nèi)部構(gòu)建有兩種形式：耐熱鑄鐵材料制作形式和普通鋼板加少量耐熱材料制作形式。第二種只適合小型的轉(zhuǎn)化器。其溫度若是太高會導(dǎo)致事故塌陷，所以本設(shè)計采用第一種轉(zhuǎn)化器[9]。2.3.4酸冷卻器

本設(shè)計第一吸收塔的出塔酸溫度偏高，所以應(yīng)使用帶陽極保護管殼式酸冷卻器。目前我國年產(chǎn)百噸以內(nèi)的大型硫磺制酸工藝都采用的這種酸冷卻器，由于它的冷卻效果好，操作也讓人們信賴，得到了一致好評[10]。2.3.5省煤器

本次設(shè)計所用的都是采用的立式碳鋼殼體的省煤器。只有一組盤管的是中間省煤器，有兩組盤管的是最終省煤器，兩管分別為：鍋爐給水預(yù)熱盤管和飽和蒸汽預(yù)熱盤管。省煤器底部殼體中有耐酸襯里且裝有密封罐，避免因為煙氣冷凝而導(dǎo)致的腐蝕。2.3.6過熱器將一級和五級出口過熱器轉(zhuǎn)換成合金鋼的垂直矩形結(jié)構(gòu)，布置在室外，高溫和低溫過熱管從上到下排列。蒸汽和煙道氣的流動方向相反，在兩個過熱器之間設(shè)置了一個噴水加熱器，以調(diào)節(jié)出口的蒸汽溫度，并且通風(fēng)口和連接管在合金鋼外殼的外部。兩級過熱器由入口和出口頭以及螺旋翅片盤管組成。翅片線圈和肘部之間的直線部分是光滑的管。直翅片管穿過盒子放置在盒子中，進出管和彎頭的兩端都放置在肘盒中，便于安裝和維護。3工藝計算3.1物料衡算3.1.1通過已知的工藝生產(chǎn)條件進行計算硫酸的生產(chǎn)目標：200千噸每年，濃度為百分之九十八的硫酸一年的工作時間按照300天，24小時生產(chǎn)每小時生產(chǎn)硫酸的量：最后能轉(zhuǎn)化為硫酸的效率：其中:

A1、A2—第一轉(zhuǎn)、第二轉(zhuǎn)的轉(zhuǎn)化率;A—總轉(zhuǎn)化率。因為本設(shè)計采用的是效率高的三加二工藝，該工藝最后的總轉(zhuǎn)化率達到99.80%;

設(shè)A1=93.50%,A2=96.90%,硫酸的吸收率:99.98%

轉(zhuǎn)化進口二氧化硫濃度9.90%轉(zhuǎn)化進口三氧化硫濃度0.40%

最終目標得到的產(chǎn)品硫酸的濃度標準:

98.00%硫酸轉(zhuǎn)化進口水蒸氣含量0.09克每標準立方米實際設(shè)計小時產(chǎn)量為:硫磺的組成：硫：水：雜質(zhì)灰：工藝制取時間：選擇達州五月的平均溫度：25.5攝氏度；空氣中水蒸氣的相對平均含量：79.0%；達州整年的平均氣壓：100.63千帕。3.1.2系統(tǒng)物料衡算轉(zhuǎn)化段進口氣體量的計算每小時生產(chǎn)產(chǎn)物硫酸需要三氧化硫的量：第一轉(zhuǎn)化塔吸收三氧化硫的量：設(shè)轉(zhuǎn)化塔進氣口的進氣量：Mkmol/h，那么需要的三氧化硫的量為：同上，在第二次轉(zhuǎn)化塔需要的三氧化硫的量：解得：轉(zhuǎn)化塔中進氣處的各氣體組成:

其中對氧氣進行物料衡算:

氧氣氮氣x%解得：轉(zhuǎn)化塔進氣中各個氣體的占重比如下表所示：表3-1轉(zhuǎn)化進氣組成組成表氣體成分二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣總計占重比9.90.410.54279.158100轉(zhuǎn)化氣中含水蒸氣的量：硫磺消耗量：每小時產(chǎn)酸量：23.6735噸每小時硫→硫酸3298X23.6735解得：原料硫磺中的含硫百分之九十九點零四，思考硫處理過程中收率為百分之九十八點五，那么原料硫磺的實際消耗量：生產(chǎn)出一噸硫酸所消耗的硫磺的量為：消耗的空氣量：轉(zhuǎn)化塔中從空氣中進去的氮氣的量：那么不含水汽，液體固體雜質(zhì)的干潔大氣為：轉(zhuǎn)化器一段空氣的平均分子量：從上得出不含水汽，液體固體雜質(zhì)的干潔大氣的平均分子量：（4）空氣帶入的水量：達州五月的平均溫度：25.5攝氏度；空氣中水蒸氣的相對平均含量：79.0%；達州整年的平均氣壓：100.63千帕。25.5℃下飽和水蒸氣壓力用Antoine公式計算：式中，Pvp，bar(105pa)；T，K。其中A=11.6834，B=3816.44，C=-46.13。解得：Pvp=0.030222772bar，p*=3.033kpa因此不含水汽，液體固體雜質(zhì)的干潔大氣的濕含量為：所以空氣中的水蒸氣帶入反應(yīng)中的量：（5）空氣干燥除去水量：由上可知空氣中的水蒸氣帶入反應(yīng)中的量：1237.1426千克每小時原料硫磺中其實也含有水，在焚硫爐中因為燃燒所以會使水被蒸發(fā)掉，設(shè)被蒸發(fā)的水有百分之九十，那么精餾段中還存在的H2O的量為：由上可知，轉(zhuǎn)化氣中含水蒸氣的量：5.8043千克每小時干燥過程除去的水量：空氣中帶入的水蒸氣量加上原料中硫磺經(jīng)過焚硫爐的含水量減去轉(zhuǎn)化氣中水蒸氣的含量得出下式：那么它的干燥效率可以得出如下：3.1.3空氣干燥空氣用量不含水汽，液體固體雜質(zhì)的干潔大氣：64620.8237標準立方米每小時H2O：1237.1426千克每小時干燥空氣量：不含水汽，液體固體雜質(zhì)的干潔大氣：64620.8237標準立方米每小時H2O：干燥酸：進口酸溫度：當(dāng)達州五月的平均溫度：二十五點五攝氏度，考慮溫度上下浮動為十?dāng)z氏度，循環(huán)水溫度為三十四點五攝氏度，那么硫酸的溫度為四十四點五攝氏度。硫酸的濃度：濃度為百分之九十八的硫酸作為干燥劑在是四十四點五攝氏度下，密度為1.812噸每立方米。干燥塔直徑：設(shè)空塔的氣體流速為0.8米每秒，操作壓力：操作溫度：操作氣量：，則噴淋密度：12m3/(m2·h）噴淋酸量：其中，H2SO4:H2O:出塔酸量：其中，H2SO4:532.3700噸每小時H2O:出塔酸濃度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)，填料高度為：3.2焚硫3.2.1爐氣量SO2量：耗氧量：5331.3232Nm3/h爐氣組成如下表所示：表3-2爐氣組成表組分二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣合計Nm3/h5331.3232215.40705677.051442627.967953851.7495%9.90.410.54279.1581003.2.2進口量S：7923.9kg/hH2O:1.8732kg/h干燥空氣：64620.8237Nm3/h其中，O2=6812.3272Nm/hH2O=5.8043kg/hN2=51152.5516Nm/h3.2.3焚硫爐選用日本三井公司制造的臥式焚化爐，其容積熱強度q取為160000kcal/(m3·h)時：式中：G——液硫的消耗量，kg/h,G取6011.2kg/hΔH——硫磺燃燒熱，2217kcal/kgQ=GΔH=6011.2C×2217×4.1868=55796773.52kJ/h又則其內(nèi)部高度H和內(nèi)部的直徑D參考的比值為而由此可得：H=3.3589mL=9.4040m3.3一次轉(zhuǎn)化3.3.1計算平衡曲線已知平衡轉(zhuǎn)化率式中:

P為操作壓力(絕壓)；

a%:原始氣體混合物中二氧化硫的濃度；

b%:原始氣體混合物中氧氣的濃度；Kp:平衡常數(shù);

(標準大氣壓)；XT:平衡轉(zhuǎn)化率；

其中:a代表的是二氧化硫=9.9

b代表的是氧氣=10.542

根據(jù)上述的計算公式，且考慮催化劑的溫度需求，由試差法計算出以下關(guān)于一次轉(zhuǎn)化率溫度數(shù)據(jù)：表3-3一轉(zhuǎn)平衡曲線數(shù)據(jù)表溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT溫度（℃）平衡常數(shù)平衡轉(zhuǎn)化率XT380.00732.86840.9951530.0028.9951390.00564.63870.9938540.0024.39070.9729400.00438.40990.9921550.0020.60280.8529410.00342.93110.9898560.0017.47420.8310420.00270.15410.9871570.001487870.8072430.00214.27090.9838580.0012.71660.7816440.00171.05540.9797590.0010.90810.7541450.00137.40930.9749600.009.389970.7252460.00111.04300.9691610.008.11060.6951470.0090.25180.9622620.007.02830.6641480.0073.75820.9541630.006.11020.6322490.0060.59880.9447640.005.32810.5998500.0050.04060.9338650.004.65990.5671510.0041.52480.9212660.004.08710.5349520.0034.62030.90703.3.2轉(zhuǎn)化率的分配總轉(zhuǎn)化率x=99.8%一轉(zhuǎn)x1=93.5%二轉(zhuǎn)x2=96.9%吸收率99.98%各段準化率的分配：圖3-4各段轉(zhuǎn)化率分配表轉(zhuǎn)化器12345轉(zhuǎn)化率（%）76.0088.3093.9899.6299.803.3.3一轉(zhuǎn)各段進出口物料衡算由前面算出，一段進口氣體質(zhì)量：2.879噸摩爾每小時=2879.1噸摩爾每小時,其中由于一段轉(zhuǎn)化率為0.76,其中SO2和O2分別被消耗一部分，SO3的量增加，N2不參與反應(yīng)，所以一段出口氣體的質(zhì)量分別為：二段進口各氣體質(zhì)量等于一段出口各氣體質(zhì)量。二段出口各氣體質(zhì)量分別如下：三段進口各氣體質(zhì)量等于二段出口各氣體質(zhì)量。三段出口各氣體質(zhì)量分別為：一轉(zhuǎn)各段進出口氣體物料平衡表如下：表3-5一轉(zhuǎn)物料衡算表3.4第一吸收塔一吸塔進口的氣體組成和質(zhì)量與出一轉(zhuǎn)即三段轉(zhuǎn)化出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。一吸塔的吸收率為99.98%。三氧化硫的吸收量進口酸溫度：70攝氏度H2SO4的密度：濃度為百分之九十八的硫酸在七十?dāng)z氏度下，密度為1.7882t/m3。一吸塔直徑和干燥塔直徑一樣操作壓力：P=23千帕操作溫度：T=170+273.15=443.15開爾文操作氣量：V0=70314.2158標方每小時噴淋密度：13m3/(m2·h)噴淋酸量：其中H2SO4：H2O：形成H2SO4量則耗水量為出塔酸量：其中H2SO4：H2O：出塔酸濃度：98.91%-98%=0.91%填料高度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)3.5二次轉(zhuǎn)化3.5.1計算平衡曲線第二次旋轉(zhuǎn)的計劃轉(zhuǎn)化率為96.9％，和一旋轉(zhuǎn)的計算方法相同。采取不同的溫度并將其插入平衡轉(zhuǎn)化率公式。平衡常數(shù)公式可以獲取下表所示的溫度和轉(zhuǎn)化率數(shù)據(jù)：表3-6平衡曲線數(shù)據(jù)表3.5.2二轉(zhuǎn)各段進出口物料平衡二段各種進出口物料平衡表如下圖：表3-7二轉(zhuǎn)物料衡算四段進口四段出口五段進口五段出口SO21098.167169.319569.319527.6769SO322351.075223637.134623637.134623678.1791O25426.51785169.30595169.30595161.0970N263813.06463813.06463813.06463813.064合計92688.824192688.824192688.824192688.82413.6換熱器及換熱面積的計算3.6.1高溫過熱器管程：一段出口氣體t1=590℃t2=495.5℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-8高溫過熱器管程流體數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=590℃）47.468176.825229.382131.3861Cpm2（t2=495.5℃）46.518175.785329.290131.2742V%1.2110%9.5600%6.4520%82.7750%Cpm-摩爾定壓熱容量同理Δt1=600-495.5=104.5℃Δt2=45-30=15℃氣體—水的傳熱系數(shù)為10-240kcal(m2·h·℃)，取K=150kcal/(m2·h·℃)則換熱面積為：3.6.2第Ⅰ換熱器管程：二段出口氣體t1=529.2℃t2=472.5℃殼程：一吸塔出口氣體t3=258℃t4=487.9℃表3-9熱換熱器管程流體數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=529.2℃）46.83164.83729.32031.387Cpm2（t2=472.5℃）46.30562.55929.27231.172V%1.211%9.561%6.451%82.776%換熱器的傳熱系數(shù)，在實際生產(chǎn)中一般為8.14—18.0w/(m2·k),取K=15.0w/(m2·k)換熱面積3.6.3第Ⅱ換熱器管程：三段出口氣體t1=487.9℃t2=304℃殼程：一吸塔出口氣體t3=80℃t4=304℃表3-10冷換熱器管程流體數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=487.9℃）46.57474.84329.29631.298Cpm2（t2=304℃）44.61174.23229.14430.501V%0.624%10.178%6.178%83.020%K=15w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.4第Ⅰ省煤器管程：三段出口氣體t1=304℃t2=160℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-11第一省煤器管程流體數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=304℃）44.61174.23329.14130.501Cpm2（t2=160℃）43.03874.42429.05229.868V%0.624%10.17%6.177%83.020%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.5第Ⅰ低溫過熱器管程：四段出口氣體t1=479.8℃t2=436℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-12第一低溫?zé)崞鞴芰黧w數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=479.8℃）46.37275.63029.27831.212Cpm2（t2=436℃）44.95075.22029.24231.044V%0.044%0.656%6.573%92.727%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.6第Ⅱ低溫過熱器管程：五段出口氣體t1=436.7℃t2=310℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-13第二低溫?zé)崞鞴艹塘黧w數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=436.7℃）46.09274.21429.14230.481Cpm2（t2=310℃）44.57474.42129.05529.869V%0.0216%0.679%6.562%92.738%K=174.450w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.6.7第Ⅱ省煤器管程：五段出口氣體t1=310℃t2=160℃殼程：冷凝水t3=30℃t4=45℃表3-14第二省煤器管程流體數(shù)據(jù)表二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Cpm1（t1=310℃）44.57174.21229.14130.484Cpm2（t2=160℃）43.03874.42329.05229.868V%0.0216%0.679%6.562%92.738%K=17.5w/(m2·℃)，同理：換熱面積3.7第二吸收塔二吸收塔進口的氣體組成和質(zhì)量與二轉(zhuǎn)即五段轉(zhuǎn)化器出口的氣體的組成和質(zhì)量相同。二吸塔的吸收率為99.98%SO2:0.4325kmol/hSO3:295.9772kmol/hO2:161.2843kmol/hN2:2279.0380kmol/hSO3的吸收量：295.9180kmol/h進口酸溫度：70℃酸濃度：98%H2SO4在70℃下，密度為1.7882t/m3。干燥塔直徑取和干燥塔直徑一樣操作壓力P=7.5kpa操作溫度T=70+273.15=343.15k操作氣量：操作氣速=噴淋密度：13m3/(m2·h)噴淋酸量：其中H2SO4:H2O：形成H2SO4量則耗水量為出塔酸量：440.1618+29=469.1618t/h其中H2SO4：431.3585+29=460.3585t/hH2O：8.8032-5.3265=3.4767t/h出塔酸濃度：填料高度：干燥塔填料容積取9m3/(Nm3·s)則，二吸塔的出氣量及組成如下表：3-15二吸塔出口氣體組成表組成二氧化硫三氧化硫氧氣氮氣Kmol/h0.4325295.9773161.28442279.0381kg/h27.68123678.1775161.097763813.065%0.029925.54835.568768.85314三廢的來源及處理4.1廢氣中有害物質(zhì)排氣塔的廢氣中仍然有少量的二氧化硫，一般含量約為0.5％。廢氣中二氧化硫的含量與二氧化硫的轉(zhuǎn)化率直接相關(guān)，但在實際生產(chǎn)中，總轉(zhuǎn)化率大于99％。廢氣中的二氧化硫含量難以達到排放標準。通常，廢氣被再循環(huán)。目前，廢氣回收方法主要包括氨-酸法和堿法。

4.2廢水處理一般廢水的產(chǎn)生都在是由爐氣階段決定，酸洗工藝排放含酸廢水較少，水洗工藝排放大量廢水。每1t硫酸產(chǎn)生10-15t廢水。除硫酸外，廢水中砷含量2-20mg/L，氟含量10-100mg/L，目前還含有鐵、硒和礦塵。電石渣中和法或石灰中和法是硫酸工業(yè)廢水處理的常用方法。4.3廢渣處理當(dāng)硫含量為25％至35％時，每1噸硫酸所產(chǎn)生的副產(chǎn)品為礦渣0.5至0.7噸，其中鐵含量較低，并且含有一定量的有色金屬，例如銅，鉛，鋅，和鈷。廢渣也可用作鐵的輔助溶劑。水泥生產(chǎn)中的生鐵原料和氯化劑（例如CaCl2）通過氯熔煉處理后，可以回收大多數(shù)有色金屬和貴金屬。爐渣可以用作制鐵紅，凈水劑可以是液態(tài)三氧化鐵和氫氧化鐵[11]。5經(jīng)濟核算5.1工程費用(1)購買設(shè)備費用購買設(shè)備費用包括設(shè)備費用和運雜費用。1)設(shè)備費用:根據(jù)設(shè)備一覽表中設(shè)備數(shù)量價格進行合算。表5-1設(shè)備價格一覽表序號名稱使用情況數(shù)量價格（萬元）1成品槽存儲1152轉(zhuǎn)化塔轉(zhuǎn)化1203溫度控制器控制溫度534省煤器輸送1155干燥塔干燥1256焚硫爐焚硫157換熱器換熱238煙囪排煙1109吸收塔吸收22310循環(huán)槽存儲41811過濾器除雜質(zhì)2312鼓風(fēng)機傳輸1413泵傳輸8314快速熔硫器熔硫118合計31281

（1）儀表費用按照總設(shè)備的20%估算。所以電器儀表設(shè)備費用：，得（2）安裝設(shè)備費用設(shè)安裝設(shè)備的費用為設(shè)備費用的25%所以安裝設(shè)備的費用：安裝設(shè)備費用=設(shè)備費×25%，得（3）運輸設(shè)備費用大約為設(shè)備費用的10%。則運輸設(shè)備費用：運輸設(shè)備費用=設(shè)備×10%，得其他的各種基礎(chǔ)建設(shè)費