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第二、第三、第四、第一换热器进行冷却，再通入吸收塔。在外部换热式转化流程中，反应过程与换热过程是分开的。气体在床层中进行绝热反应，温度升高到一定程度后，离开催化床进行降温，然后再进入下一段床层进行绝热反应。酶进行这样一次绝热反应称为一段。为了达到较高的最终转化率，必须采取多段催化转化。一次转化、一次吸收流程：所谓一次转化、一次吸收是指SO2经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中SO3后就排放。这种流程比较简单，但转化率相对较低，一般不超过97%。在60年代以前，我国硫酸厂大多数采用这种流程。
两次转化、两次吸收流程：60年代以来，转化工艺流程最大的变化就是采用了两次转化、两次吸收新流程，简称为两转两吸。这项新技术开始时，着眼于充分利用硫的资源和减少SO2排放量，保护环境。这种方法的特点是：1.最终转化率高；2.能够处理较高浓度的SO2气体；3.减少尾气中SO2排放量；4.所需换热面积较大；5.系统阻力比一转一吸增加4-5kPa。
2.2.3 主要设备选型说明
考虑到转化器设计应让二氧化硫尽可能在最优化温度条件下反应，最大限度的利用二氧化硫反应放出的热量，设备阻力既要小，又能使气体分布均匀。故考虑使用外部换热型转化器。换热器考虑到气体有一定腐蚀性，故选用列管式换热器。风机选用罗茨风机。
2.2.4 化工原材料规格及用量
2.2.4.1 进入转化器气体组成：SO2占8%，O2占10%，N2占82%
2.2.4.2 本设计采用的催化剂型号是S109-1，起燃温度为360℃，使用温度为400-580℃[2]。
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第3章 转化工序物料衡算
3.1 转化工序
SO2转化计算依据：转化反应温升值的计算
1???SO3?Qp SO2?O2???cat2二氧化硫氧化成SO3是放热的，在0oC时反应热为96162Jmol，它的数值是随着温度而变化的，在温度400~7000C之间时，反应热量可用下式计算：
Q=101341.49-2.21T (3-1) 式中：T——绝对温度(K)。
放出的反应热，使转化气体温度升高，反应热的大小与气体中的SO2含量有关。由于反应放热，气体经每层触媒后温度升高，一般用下式计算：
t?t0??(x?x0) (3-2)
式中：t——气体出触媒层温度/(℃)； to——气体进触媒层的温度/(℃)； x——气体出触媒层时的转化率/(%)； x0——气体进触媒层的转化率/(%)； ?——绝热温升系数
由开始时气体组成而决定的系数，相当于转化率从0增加到100%时的气体温度升高的度数。其值为：
??10.2aCp(3-3)
式中：a——SO2的初始浓度/(%)；
0 CP——气体混合物在500C与x=0.5时的平均热熔/(kJ/(mol·K))。 气体的摩尔热容量可按下式求出：
Cpso2?25.74?5.80?10?2T?38.1?10?6T2?0.861?10?8T3(3-4) (3-5)
(3-6) (3-7)
Cpo2?25.74?1.30?10?2T?3.86?10?6T2
CpN2?27.18?0.591?10?2T?0.338?10?6T2Cpso3?15.09?15.20?10?2T?120.7?10?6T3?3.62?10?8T2在绝热情况下转化率从0变到1时气体温度增加至最高时的?值，如表所示[3]。
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表3-1 二氧化硫浓度与λ值的关系
SO2浓度/(%)
2 3 4 5
?
59 88 117 145
SO2浓度/(%)
6 7 8 9
?
173 200 226 256
SO2浓度/(%)
10 11 12 13
?
278 303 328 506
3.2 转化反引发平衡转化率、转化率的计算
3.2.1 温度与平衡转化率的关系
在400～700℃时，
lgKP?5140.6?4.8817 （3-8） T式中：KP——平衡常数 T——温度/(K)
平衡转化率 XT?Kp （3-9）
100?0.aX5TKp?P?b?0.5aXT?式中：a=8%——进转化器的炉气中的SO2的浓度(%) b=10%——进转化器的炉气中的O2的浓度(%) P=0.11MPa——系统总压力KPa，取反应温度T由公式计算Kp，XT依此计算得平衡转化率与温度的关系列表：
表3-2 平衡转化率与温度的关系
T∕(℃)
400 420 98.88
440 98.21
460 97.22
480 95.81
500 93.88
520 91.31
540 88.03
560 84.00
580 79.24
XT∕(％) 99.32
3.2.2 最适宜温度与转化率的关系
T适4905????x??4.937lg?b?0.5ax??1?x???100?0.5ax??? （3-10）
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取不同x值，计算。
计算得最适宜温度与转化率的关系列表[4]：
表3-3 最适宜温度与转化率的关系
XT∕(％) 99.32 98.88 98.21 97.22 95.81 93.88 91.31 88.03 84.00 79.24 T适∕(℃) 363.54 382.28 401.01 419.73 438.44 457.12 475.79 494.44 513.07 531.67
3.2.3 确定操作线
进气组成：SO2占8%，O2占10%，N2占82%所选取钒催化剂的起燃温度为360℃ 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[1]：
t?t0???x?x0? （3-11）
表3-4 二氧化硫的浓度与λ值的关系
SO2浓度(%)
2 3 4 5
?
59 88 117 145
SO2浓度(%)
6 7 8 9
?
173 200 226 256
SO2浓度(%)
10 11 12 13
?
278 303 328 506
由上表查得，浓度为8%的SO2对应的λ值为226。
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360℃。
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[5]。
3.2.4 各段进口温度及转化率
以下是一次转化分段转化率和温度的数据表
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表3-5 一次转化分段转化率和温度
段数 转化率∕(％) 进口温度∕(℃)
一 81.86 360
二 90.71 480
三 95.13 450
四 97.79 420
由图2以及表4的数据可得：
转化器第一段操作线方程：t?360?226?x?0.8186? 第二段操作线方程：t?480?226?x?0.90.71? 第三段操作线方程；t?450?213?x?0.9513? 第四段操作线方程；t?420?213?x?0.97.79?
1.110.90.80.70.6XT0.50.40.30.20.10300350400450500T550600650700750
图3-1 四段反应过程的X-T关系图
3.4 物料恒算
3.4.1 进一段气体量及成分
本设计为年产8万吨硫酸厂转化工段设计(以每小时计算)，由
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