年产10万吨硫酸工厂设计 15
∴X?矿渣中各种物料组成：
100?0.625P100?0.25q?74.85
表4-1 矿渣的组成
FeS 2.2t2O3
脉石等33%
64.8%
（3）硫铁矿中硫的烧出率：
?烧??p?X?qp?100%?100@?0.8?74.8540
?98.5%（4）炉气的体积及燃烧所需空气量
若按生产1000kg酸为基准，所需炉气的体积
V(炉气)?100098?22.4?100??总??1C(SO2)
?22860??总?C(SO2)
?1795.1m/h3V(空气)?22860??总?C(SO2)?100?(m?1)C(SO2)??? 100???100?(1.375?1)?12??1795.1??? 100???2063.9m/1000kg酸3式中??总???烧??净化??转化??吸收
?98.5%?99%?99%?99.5%?96.4%
每小时产酸量：13.9吨,圆整后取14吨
∴炉气产量：14?1975.1?27440m3/h 空气用量：14?2063.9?28675m3/h
炉气组成物料表如下：
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表4-2 炉气组成物料表
1
名称 SO2O2 SO3 N2 H2Okg/h V/m3
Kmol/h
mol%
g/m3
9638 1914 294 25423
3292.8 1339.1 82.3 20322.1 2219.9 183.8 — 27440
150.6 60 3.7 907.9 91.3 8.25 — 1222
12 4.88 0.3 74.06 8.09 0.67 — 100
— — — — — — 423 423
2 3 4
5 6 7
1643 363 — 39275
CO2
矿尘
合计
电除尘器出口物料表如下：
表4-3 电除尘器出口物料表
1
名称 SO2O2 SO3 N2 H2Okg/h
V/m3
Kmol/h
mol%
g/m3
9598 1882 294 25423
3279 1317 82.3 20322.3 2255.5 183.9 — 27440
150 58.8 3.7 907.9 92.7 8.25 — 1221.35
11.95 4.8 0.3 74.06 8.22 0.67 — 100
— — — — — — 8 8
2 3 4
5 6 7
1669 363 — 39229
CO2
矿尘
合计
4.1.2焙烧工序热量衡算：
（1）对沸腾焙烧炉进行热量衡算。
计算依据：硫铁矿含硫40%（湿基）含水量5%
矿渣中含硫量为0.8% 烧出的SO2浓度12% 空气相对湿度60% 硫的总利用率为96.49% 空气及矿石进料温度均为25℃ 矿渣烧出温度为500℃ 炉子散热为总收入的4% 矿尘从炉子里带出量占总矿渣量的60% 依据盖斯定律，按下步骤进行：
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式中：t1—矿石及空气入炉时的温度，℃ t2—烧渣及炉气出炉时的温度，℃ t0—热衡算基准温度，℃
由盖斯定律知：?H??H1??H2??HR
t1定为
25℃ t2定为50℃
①?H1的计算
对于干矿石与空气从t1变化到t0，仅有显热变化，但物料除干矿石和干空气外，还需考虑矿中水分及空气中的水分，其热效应为：
4?H1??mCii?1pi(t0?t1)
式中：mi—分别代表干矿石、干空气、矿中水、及空气中水的物料量，kg Cpi—上述四种物料在t0—t1温度范围内的平均热容，kJ/(kg. ℃)
m(矿中水)?21748.4?5%?1087kgm(干矿)?21748.4?(1?95%)?21096kg
由空气相对湿度为60%，查得湿空气的H—I图得：
空气含水量为0.015kg水/kg绝干气 ∴
m(空气水)?28675?1.293?0.015?556kgm(空气)?28675?1.293?556?36521kg
由手册查得各种物料的比热为：
Cp水=4.178 Cp空气=1.009 Cp矿石=0.54 Cp矿渣=0.96
?H1??(1087?556)?4.178?36521?1.009?21096?0.543??(50?25)?1.37?10kJ6
②?HR的计算：
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?HR?m矿??H?t0?t0?m水??Hr
?式中：m矿—矿石中FeS2量，kg
?H—矿石中每千克FeS2在t0温度下反应热焓，KJ/kg —矿石及空气中水分之和，kg
—每千克水在t0温度下等压汽化潜热，KJ/kg
m水?H?r按热力学定义，?H?t0?0， ?H?r?0
?HR?m矿??H?46?t0?m水??H?r72.5?1000?(?3310.08)?(1087?330)?2378.1
??6.3?10kJ③?H2的计算：
对于炉气及烧渣而言,包括N2、O2 、SO2 、SO3、水、矿渣、矿尘六个组分
6?H2??mi?1iCPi(t2?t0)
计算基准：1h的进气量
在转化器一、二、三段反应掉的SO2为：
VSO2?V3??2(SO2)??1转化?V3??2(SO2)?(1??1转化)??2转化?V3??2(SO2)?(1??1转化)?(1??2转化)??3转化?47990?7.0%?70%?47990?7.0%?30%?85%?47990?7.0%?30%?15%?92%?3347.20m3
在转化器一、二、三段消耗的O2为：
VO2?12?VSO2?12?3347.20?1673.60m3
产生的SO3：
VSO3?VSO2?3347.20m
3则去转化器四段的SO2量为：
V3?7.0%?VSO2?47990?7.0%?3347.20?12.1m3
产生的SO3气体量为：
V4SO3?12.1??4转化?12.1?95%?11.50m
3消耗的O2量为：
V4O2?12?V4SO3?5.75m3
未反应掉的SO2量为：
12.10?11.50?0.6m3
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(2)
570℃时KP?14.9,P?1.1atm代入(2)得
X?14.9 1.1(1?X)0.117?0.035X1?0.035X用试差法求得：X?0.815 即平衡转化率为：81.5% 平衡产物组成为：mol
SO2：0.07?(1?0.815)?0.013mol
O2：0.117?0.035?0.815?0.0885mol
SO3：0.07?0.815?0.0571mol
N2：0.8092mol CO2：0.0038mol
总计：0.9716mol
则各种气体组分的平衡mol%：
SO2：1.42%； O2：9.11%；
； N2：83.29%； CO2：0.3%
SO3：5.88%4.3.4 转化器的工艺计算 催化剂床层的直径和高度：
计算依据：催化剂床层填料的体积62m3，最适宜的气体线速度以操作状况下的的空塔
线速度表示，3.2m/s，处理气量47990m3/h
转化塔内件是圆柱形容器，催化剂床层的直径和高度一般由催化剂的体积决定。 根据处理气量和空塔线速度可以计算催化剂床层直径：
即：D?V0.785W?479900.785?3600?3.2?2.3m
圆整为2.5m 式中：D—催化剂床直径，m；
VW—处理气量，m3/h；
—操作状态下的空塔气速，m/h
由催化剂体积计算催化剂床层高度：
H?Vk0.785D2?620.785?2.52?12.6m取H?13m
由上式计算得到的直径和高度经调整后，进行催化剂床阻力校核，一般合成 塔高径比在5?8范围内。