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20.4100100反应工程课程设计
?63.259Kmol/h其中：
nO2?310.095?nN2,2?310.095?79.6
?246.836Kmol/h∴进入一转的O2的量为：nO?63.259Kmol/h
2进入一转的N2的量为: nN?nN22,1?nN2,2?246.836?256.925?503.761Kmol/h
2.6 转化器各段压强的计算
“2+2”式转化器的工艺流程图如下图所示：
一吸二吸
“2+2”式转化器工艺流程图
已知换热器的压降是100mmH20,一吸的压降是200 mmH20。
表2 转化器各段的压降
段数 压降（mmH2o） 一 200 二 150 三 150 四 100 所以各段的进出口压降为：
一段进口：P=2000-100-100=1800 mmH20（表） 一段出口：P=1800-200=1600 mmH20（表） 二段进口：P=1600-100=1500 mmH20（表） 二段出口：P=1500-150=1350 mmH20（表） 三段进口：P=1350-100-200-200=850 mmH20（表）
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三段出口：P=850-150=700 mmH20（表） 四段进口：P=700-100=600 mmH20（表） 四段出口：P=600-100=500 mmH20（表） ∴一转的压强为：
P前??1800?13502?1576mmH2O(表）?6反应工程课程设计
1000?9.8?1576?10101.325?77.314
?0.915atm二转的压强为：
P后??850?5002?675mmH2O(表）?6（大气压：77.314kPa 西宁地区）
?77.314?0.828atm1000?9.8?675?10101.3252.7 一转平衡曲线的绘制
二氧化硫转化为三氧化硫，其平很转化率有下式算出： xT?kP?kP100?0.5axTP(b?0.5axT)
（2—2）
式中 xT——平衡转化率，%； KP——反应平衡常数； a——二氧化硫初始浓度，%； b——氧的初始浓度，%； P——气体总压力，大气压。
反应平衡常数kP，在400—700℃之间时，可用下式求出： lgkP?（2—3）
式中 T——绝对温度，oK。
一转二氧化硫的初始浓度a=7.6%=0.076，氧气的初始浓度为：
4905.5T?4.6455
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nO2nO2?nSO2?nN263.25963.259?503.761?46.638反应工程课程设计
??0.103b?
氮气的初始浓度为：
c?nN2nO2?nSO2?nN2?503.76163.259?503.761?46.638?0.846
最佳温度为： T适?4905??xlg?b?0.05x?(1?x)?100?0.5ax?????4.937???
（2—4）（2—2）式，由于两边都有xT项，所以要用试差法求解，将380℃至820℃间的温度数代入上面三式，算出一转的平衡转化率和最佳温度如下表所示：
表3 一转的平衡转化率和最佳温度
T(℃) KP X T适℃ 380 0.994 360.5 420 0.985 395.3 460 0.966 430.4 500 0.927 468.1 540 0.863 504.7 580 0.770 541.4 620 660 700 740 780 820 732.868 270.154 111.043 50.041 24.390 12.716 7.028 4.087 2.485 1.572 1.029 0.695 0.656 0.532 0.414 0.313 0.233 0.172 577.6 613.4 650.2 686.1 721.6 757.1 ∴一转的平衡曲线及最佳温度曲线见附表（二 ）
2.8 转化器一转一段的计算
首先，假设第一段出口的转化率为x1-出=77%，其进口转化率为x1-进=0. 那么，第一段出口SO2，SO3，O2，N2的量分别为：
nSO2,1?出?nSO2?（1?x1-出）?46.638?（1?77%）?11.146Kmol/h
nSO3,1?出?nSO2?x1-出?46.638?77%?35.492Kmol/h
nO2,1?出?nO2?12nSO3x1?出?63.259?12?35.492?77%?45.513Kmol/h
nN2,1?出?nN2?503.761Kmol/h
根据附表（一）查得400℃时各物质的平均热容如下表：
表4 400℃时各物质的平均热容
物质
二氧化硫 氧气 氮气 8
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?反应工程课程设计
45.59 30.90 29.64 CP[KJ/(Kmol℃)] .由内插算出25℃时各物质的平均热容如下表：
表5 25℃时各物质的平均热容
物质 ?二氧化硫 .氧气 29.32 三氧化硫 49.43 CP[KJ/(Kmol℃)] 41.38 25℃时各物质的反应热如下表：
表6 25℃时各物质的反应热
物质 △Hf[KJ/Kmol] 二氧化硫 -297000 氧气 0 三氧化硫 -395100 进入系统的热量Q根据公式
（2—5）
∴进入系统的热量为：
Q??nC?P?T
Q??nC?P?T?（46.638?45.59?63.259?30.90?503.761?29.64）?（400?0）?7604429KJ/h
∴反应放出的热量H计算的设计路径如下：
25?CSO2?12rO2????SO3?H???H10?C?其中：?H???Hrf(SO??H2
?HSO2???Hf(SO??)12rO2????SO33)2??Hf(O)
2 ?H1?nCP(SO)?T?nCP(O)?T
22 ?H2?nCP(SO)?T
3 ?Hr??Hr??H1??H2
?Hr??Hf?nSO3,1?出?nSO3,1?出(CPSO?12CPO?CPSO)T12?29.32)?25?3,252,252,25?[?395100?(297000)]?35.911?35.911?(49.43?41.385???3475851KJ/h
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现假设出一段的温度T1-出=567.501℃，查附表（一）内插的该温度下个物质的平均热容如下表所示：
表7 567.501℃物质的平均热容
物质 ?二氧化硫 .氧气 31.53 三氧化硫 66.91 氮气 30.14 CP[KJ/(Kmol℃)] 47．18 ∴离开系统的热容和根据公式
CP?CP??n出 CP,出 （2—6）
?n出CP,出∴
?47.18?11.146?66.91?35.492?31.53?45.513?30.14?503.761 ?19516KJ/(?C?h）所以在该假设条件下的实际温度为：
T1?实?Q?HCP?7604429?347585119516?567.766?C
∴温度偏差百分数为：
??T1-出?T1?实T1?实?567.501?567.766567.766?100%?0.047%
根据公式
T1?T0??(x1?x0） （2—7）
可知一段的绝热温升为：
?1?T1?实?T0x1-出?x0?567.766?4000.761?0?220.455?C
查一转的平衡曲线及最佳温度曲线图知当T1-实=567.766℃时，xT=0.80.
∴R?xxT?0.7610.80?100%?95.1%
∵R在95%—97%之间，所以符合设计。
2.9 转化器一转二段的计算
首先，假设第二段出口的转化率为x2-出=89%，其进口转化率为x2-进=77%。 那么，第二段出口SO2，SO3，O2，N2的量分别为：
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