14万吨硫酸转化系统工艺课程设计说明书

i 14 万吨硫酸转化系统工艺 课程设计说明书 专业 班级 学生姓名 发题时间： 年 月 日 一、 课题名称 14 万吨 转化系统的工艺设计 二、 课题条件（文献资料、仪器设备、指导力量） 以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法，本课题进行的硫酸转化工艺设计主要采用一次转化法，课题条件如下： 硫酸生产能力： 14 万吨 /年 转化原料组成： 进气组成 一次转化分段转化率和温度 产品纯度 2 段数 一 二 三 四 8% 转化率 /% 7 94 口温度 / 430 470 450 405 氧化硫转化率 98% 系统总压： 考文献 设计任务（包括设计、计算、论述、实验、应绘图纸等，只 需 简明列出大项目） 本课题进行硫铁矿制硫酸转化工艺设计，设计紧密结合生产实际，设计主要任务如下： 悉反应原理，确定设计方案； 行工艺设计计算，包括工艺参数的选定、物料衡算、热量衡算、主要 设备结构和工艺参数的确定，以及典型辅助设备的选型 参数确定； 三、 设计所需技术参数 物性数据：物料的密度、粘度、比热容、平衡转化率与温度关系等数据 四、 设计说明书内容 （ 指设计说明书正文中包括的主要设计内容，根据目录列出大标题即可 ） 中文摘要 一章 文献综述 第二章 工艺说明书 第三章 转化工序物料衡算与热量衡算 第四章 安全备忘录 第五章 环境保护与治理建议 五、 进度计划（列出完成项目设计内容、绘图等具体起始日期） 放设计任务书 读教材，拟定设计进度 2 2 写设计说明书 2 天 1 天 指导教师（签名）： 年 月 日 学科部（教研室）主任（签名）： 年 月 日 说明： 导教师应事先填好此任务书，并正式打印、签名，经学科部（教研室）主任审核签字后，正式发给学生。 计装订时应将此任务书订在设计说明书首页。 在任务书后另设附表列出。 以示负责。武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 1 第一章 文献综述 硫酸， 对分子质量 指 尔比等于 1 的化合物，或指 100%观为无色透明油状液体，密度（ 20 ）为 业上使用的硫酸是硫酸的水溶液，即 尔比 1 的物质。发烟硫酸是 液， 摩尔比 1，以为无色油状液体，因其暴露与空气中，逸出的 空气中的水分结合形成白色烟雾，故称之为发烟硫酸。 硫酸用途非常广泛，无论在工业部门，还是在发展农业生产、满足人民物质生活需要、加强 国防力量，都起着重要作用。硫酸在大宗生产的化学品中产量居于前列，是最重要的化工原料之一。硫酸最重要的用途是生产化学肥料，用于生产磷铵、重过磷酸钙、硫胺等。在中国，硫酸产量的 60%以上用于生产磷肥和复肥。在化学工业中，硫酸是生产各种硫酸盐的主要原料，是塑料、人造纤维、染料、油漆、药物等生产中不可缺少的原料。在农药、除草剂、杀虫剂的生产中亦需要硫酸。在石油工业中，石油精炼需要使用大量硫酸作为洗涤剂，以除去石油产品中的不饱和烃的硫化物等杂质。在冶金工业中，钢材加工及成品的酸洗要用硫酸；电解法精炼铜、锌、镉、镍时， 电解液需使用硫酸；某些贵金属的精炼亦需用硫酸溶去杂质的其它金属。在炸药及国防工业中，浓硫酸用于制取硝化甘油、消化纤维、三硝基甲苯等炸药。原子能工业中用于浓缩铀。运载火箭所用染料亦离不了硫酸。 我国的硫酸工业起始于 19 世纪 70 年代，在旧中国产量很少，新中国建立后，硫酸工业获得了高速发展。传统的工艺流程是硫铁矿制酸法。这种工艺落后，不但厂区内粉尘飞扬，矿渣如山，而且排放出大量废水、废气，严重污染周围环境，每年仅向农户支付的赔偿金和上缴的排污费占据了不少生产成本。为了减少污染，降低生产成本改用硫磺制硫酸。发达国家 早就开始普遍推广了，由于近期进口硫磺比国内便宜，利润空间很大，大多数国内硫酸生产厂家转向用硫磺法生产硫酸。中国是硫铁矿资源较为丰富的国家，硫铁矿产量居世界首位。相对而言，天然和再生硫磺要少的多，因此硫铁矿是中国硫酸生产的主要原料。用它生产的硫酸占硫酸总产量的 80%以上，其它原料在 20%以下，其中冶炼烟气占 16%左右。根据中国硫资源的特点，今后中国的制酸原料仍以硫铁矿为主，同时大力发武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 2 展冶炼烟气制酸，稳健的发展硫磺制酸、石膏制酸 1。 早在 8 世纪就有硝石与绿矾在一起蒸馏得到硫酸的方法。 述 了用绿矾（ 原料，放在蒸馏釜中煅烧而制得硫酸的方法。在煅烧过程中，绿矾发生分解，放出二氧化硫和三氧化硫，其中三氧化硫与水蒸气同时冷凝，便可得到硫酸。在 18 世纪 40 年代以前，这种方法为不少地方所采用。古代称硫酸为“绿矾油”，就是由于采用了这种制造方法的缘故。 实验室硫酸制法 ： 可以用 强热，用冰水混合物 +U 型管冷凝即可，用 收 论可得 键在于 尾气 吸收。 其他硫酸制备工艺 ： 1、氨酸法增浓低浓度 二氧化硫 气体生产硫酸方法 ； 2、采用就地再生的硫酸作为催化剂的一体化工艺 ； 3、草酸生产中含硫酸废液的回收利用 ； 4、从芳族化合物混酸硝化得到废硫酸的纯化与浓缩工艺 ； 5、从氧化钛生产过程中排出的废硫酸溶液的再生方法 ； 6、从稀硫酸中分离有机磷化合物和其它杂质的方法 ； 7、从制备 24丁酸 (艺的含硫副产物中回收硫酸的方法 ； 8、催化氧化回收含有机物废硫酸的方法 ； 9、 电瓶 用硫酸生产装置 ； 10、二氧化硫源向硫酸的液相转化方法 ； 11、沸腾炉 焙烧 硫磺 制备硫酸的方法 ； 12、沸腾炉掺烧硫磺生产装置中稀酸的回收利用 ； 13、高浓二氧化硫气三转三吸硫酸生产方法 ； 14、高温浓硫酸液下泵耐磨轴套 ； 15、高效 阳极保护 管壳式浓硫酸冷却器 ； 16、节能精炼硫酸炉装置 ； 17、精苯再生酸焚烧制取硫酸的方法 ； 18、利用废硫酸再生液的方法和装置 ； 19、利用含 硫化氢 的酸性气体与硫磺联合制取高浓度硫酸 ； 20、利用含硫化氢的酸性气体制取高浓度硫酸 。 二氧化硫氧化成三氧化硫是制硫酸的关键，但是，这一反应在通常情况下很难进行。后来人们发现，借助于催化剂的作用，可以使二氧化硫氧化成三氧化硫，然后用水吸收，即制成硫酸。根据使用催化剂的不同，硫酸的工业制法可分为硝化法和接触法。 硝化法（包括铅室法和塔式法）是借助于氮的氧化物使二氧化硫氧化制成硫酸。其中铅室法在 1746 年开始采用， 反应是在气相中进行的。在铅室法的基础上发展起来的塔式法，开始于本世纪初期。塔式法制出的硫酸浓度可达 76%左右。目前，我国仍有少数工厂用塔式法生产硫酸。硝化法制得的硫酸， 量低（ 78%杂质含量高（主要含有尘及氮氧化物），且需耗用大量硝酸或硝武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 3 酸盐，远远满足不了染料、化纤、有机合成、石油化工部门的要求。因此，次发的发展受到限制 2。 接触法制酸几乎是世界上硫酸工业的唯一生产方法。其原料为能够生产二氧化硫的含硫物质，一般含有硫磺、硫化物、硫酸盐、含硫化氢的工业废气（包括冶炼烟气）等。在不 同的国家中，由于本国含硫资源的不同，生产硫酸的原料路线有很大的差异，且所用原料的比重随硫资源的供给情况也有所调整。以硫铁矿为原料的接触法硫酸生产过程是目前广泛采用的方法，它创始于 1831 年，在本世纪初才广泛用于工业生产。到 20 年代后，由于钒触媒的制造技术和催化效能不断提高，已逐步取代价格昂贵和易中毒的铂触媒。世界上多数的硫酸厂都采用接触法生产。新中国成立后，即大力发展先进的接触法硫酸生产，逐步代替铅室法和塔式法。接触法中二氧化硫在固体触媒表面跟氧反应，结合成三氧化硫，然后用 硫酸吸收为成品酸。这种 方法优于塔式法的是成品酸浓度高，质量纯（不含氮化物），但炉气的净化和精制比较复杂。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。每进行这样一次绝热反应成为一段。为了达到较高的最终转化率，必须采取多段催化转化 3。 一次转化、一次吸收流程：所谓一次转化、一次吸收是指 过多段转化以后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中 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 体排放量，保护环境。这种方法的特点是： 体； 放量； 接触法制造硫酸的生产过程包含以下三个基本工序：第一，由含硫原料制取含二氧化硫气体。实现这一过程需将寒流原料焙烧，故工业上称之为 “焙烧”。第二，将二氧化硫和氧的气体催化转化为三氧化硫，工业上称之为“转化”。第三，将三氧化硫与水结合成硫酸。实现这一过程需将转化所得三氧化硫气体用硫武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 4 酸吸收，工业上称之为“吸收”。这样，在三个基本工序之外，再加上原料的贮存与加工，含二氧化硫气体的净化，成品酸的贮存与计量，三废处理等工序才构成一个接触法硫酸生产的完整系统。硫铁矿制酸是辅助工序最多且最有代表性的化工过程。前述的原料加工、焙烧、净化、吸收、三废处理，成品酸贮存和计量工序在该过程中均有 4。 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 5 第二章 工艺说明书 述 品规模和规格 (1)年操作日 300 天 /年 (2)生产方式 连续生产 (3)生产能力 二氧化硫 转化率 98% (4)产品规格 二氧化硫 转化率 98% 艺方案叙述 国内生产硫酸的方法主要是用硝化法和接触法，考虑到硝化法所需设备庞大，用铅很多，检修麻烦，腐蚀设备，反应缓慢，本设计采用的是接触法，该方法制得的成品酸浓度高，纯度较高。理论上催化氧化操作过程的段数越多，最终转化率越高，而且过程更接近于最佳温度曲线，催化剂的利用率越高。本设计的生 产过程采用一转一吸的工艺流程，即将二氧化硫经过多段转化后只经过一个或串联两个吸收塔，吸收其中 就排放。转化流程为 4 段间接换热式。 置设计说明 艺原理 二氧化硫转化通常是在不高于 力下进行，而且 度又较低，体系可视为理想气体。 二氧化硫氧化反应是一个可逆放热反应： 2 2 312 O S O Q 32212 0 1 3 1 4 . 4 8 2 . 2 1 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 6 艺流程说明 现运 用接触法一转一吸酸洗封闭流程生产硫酸，其生产工艺大致有六大工序，即：原料预处理、 气制取、 体净化、二氧化硫转化、三氧化硫吸收、 “三废 ”处理。这里主要介绍一下转化系统。转化系统为一转一吸四段反应装置，因为二氧化硫转化的过程是一个放热过程，它的转化率随着温度的升高而降低，因此采用多段反应器，通过一段反应器后物料的温度升高，经冷却后通入下一段反应器继续反应，使整个反应的操作曲线在最适温度曲线附近，既保证了反应的速度，又可以达到较高的转化率。此流程使用原料气作为冷却剂，可以省去外加的冷却剂，又可以利用 反应产生的热量来预热原料气，节约能源，一举两得。转化系统包括一个四段反应器和四个换热器。前面制取的气体经过一系列净化的过程，依次通过第四、第三、第二、第一 换 热器预热后进入反应器，第一、第二、第三、第四段反应床层出来的气体分别经过第二、第三、第四、第一换热器进行冷却，再通入吸收塔。 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。 工原材料规格及用量 进入转化器气体组成： 8%， 02 占 本设计采用的催化剂型号是 燃温度为 360 ，使用温度为 400，入口 5。 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 7 第三章 转化工序物料衡算与热量衡算 化工序流程示意图及简要说明 图 硫酸转化工艺的流程，原料气由干燥器进入转化炉一段，再进入换热器，再进入到转换炉二段，由此类推，直到从转化炉四段出来降温至吸收塔。 图 转化工序流程示意图 定各段进口温度及转化率 度与平衡转化率的关系 6 在 400 700 C 时， 5 1 4 0 . 6l g 4 . 8 8 1 7(式中： 平衡常数 T 温度 /K 平衡转化率1 0 0 0 . 5( 0 . 5 )b a X (式中： 8%a 进转化器的炉气中2%） 8.5%b 进转化器的炉气中2%） 系统总压力 /取反应温度 T 由公式（ 算算 料 气 第一换热器 转化炉一段 第二转换炉 转化炉二段 第三转化 炉 转换炉三段 第四换热器 转化炉四段 降温 至吸收塔 鼓风机 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 8 试差过程： 400时，由公式 8 8 1 4 0 6 9 6由公式1 0 0 0 . 5( 0 . 5 )b a X ，试差可得 依次计算得平衡转化率与温度的关系列表 3 表 3平衡转化率与温度的关系 T/ 400 420 440 460 480 t/% 500 520 540 560 580 t/% 最适温度与转化率关系 4905= 2 7 3 . 1 5l g 4 . 9 3 70 . 5( 1 )1 0 0 0 . 5a 适 其中 a=8%,b=取不同 x 值，计算。 计算得最适宜温度与转化率的关系列表 3 表 3适宜温度与转化率的关系 t/% 确定操作线 进气组成： 8% ， 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 430 气体经每层触媒后温度升高，计算式是：00()t t x x 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 9 表 3氧化硫的浓度与 值的关系 度， % 度， % 度， % 2 60 6 173 10 278 3 89 7 200 11 303 4 117 8 226 12 328 5 156 9 252 14 378 由表 3得，浓度为 8%的 应的 值为 226。 操作线温度的确定：已知催化剂的起燃温度为 360 ，在使用的温度为400580 ，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 430 ，四段操作线的斜率根据原料气里 浓度差查得 1/226。考虑到原料气的预热过程是依次经历第一、第二、第三、第四换热器的冷却，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 ，第二段的降温的温差 ，第三段的降温的温差 ，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 7。 段进口温度及转化率 表 3次转化分段转化率和温度 段数 一 二 三 四 转化率 / 7 94 口温度 / 430 470 450 405 由图 表 3数据可得： 转化器第一段操作线方程： 4 3 0 2 2 6 ( x - 0 )t 第二段操作线方程： 4 7 0 2 2 6 ( 0 . 6 7 5 ) 第三段操作线方程： 4 5 0 2 2 6 ( 0 . 8 7 ) 第四段操作线方程： t 4 0 5 2 2 6 ( x - 0 . 9 4 ) 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 10 图 四段反应过程的 系图 化工序物料衡算 本设计为 14 万吨 /年硫酸转化系统工艺设计（以每小时计算），由 27 1 0 1 1 1n 2 0 3 . 9 2 k m o 0 2 4 9 8 0 . 9 7 7 9 0 . 9 9 5 可得实际进气总量为： 12 0 3 . 9 2 2 5 4 8 . 9 50 . 0 8 k m o l为方便计算 ，本设计假设近期总量为 1000故在最后计算结果上需乘上系数 2 5 4 8 . 9 5 2 . 5 4 8 9 51000 转化器一段气体量及成分 以 1000进气量为标准进行计算，已知 8%， 进气量及成分： 2 1 0 0 0 0 . 0 8 5 8 5O k m o l 2() 8 5 3 2 2 7 2 0Om k g 2 3() 8 5 2 2 . 4 1 9 0 4 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 11 进气量及成分： 22231 0 0 0 8 % 8 08 0 6 4 5 1 2 08 0 2 2 . 4 1 7 9 2k m o lm k 进气量及成分： 22231 0 0 0 8 3 . 5 % 8 3 58 3 5 2 8 2 3 3 8 08 3 5 2 2 . 4 1 8 7 0 4k m o lm k 一段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 6 7 5 ) 2 6k m o l 3 8 0 0 . 6 7 5 5 4k m o l 2 8 5 0 . 5 5 4 5 8on k m o l 2 835Nn km 出二段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 8 7 ) 1 0 . 4 0k m o l 3 8 0 0 . 8 7 6 9 . 6 0k m o l 2 8 5 0 . 5 6 9 . 6 0 5 0 . 2 0on k m o l 2 835Nn km 出三段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 9 4 ) 4 . 8k m o l 3 8 0 0 . 9 4 7 5 . 2 0k m o l 2 8 5 0 . 5 7 5 . 2 0 4 7 . 4 0on k m o l 2 835Nn km 出四段气体量及成分 2 8 0 (1 0 . 9 7 7 9 ) 1 . 7 7k m o l 3 8 0 0 . 9 7 7 9 7 8 . 2 3k m o l 2 8 5 0 . 5 7 8 . 2 3 4 5 . 8 9on k m o l 2 835Nn km 以上计算汇总转化器物料衡算结果于表 3 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 12 表 3转化器物料衡算结果 进一段 kg 出一段 kg 出二段 kg 出三段 kg 出四段 kg 化器各段的热量衡算 气体的摩尔热熔量可按下式求出： 2122 6 2 8 321( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 ) T d T 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 13 2132 6 2 8 321(1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 ) T d T 2122 6 221( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 ) d T 2122 6 221( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 ) d T 化一段反应热与出口温度 (1)进转化器第一段气体带入热量（以每小时气量计算） 已知进一段触 媒层气体温度为 430 ， 所以可得各组分气体的平均摩尔热熔： 平均摩尔热容： 22 7 3 4 3 02 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 5 . 5 8 / ( )430 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 4 3 02 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 1 1 / ( )430 d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 3 02 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 2 9 . 9 8 / ( )430 d TC k J m o l K 故进一段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热量： 8 0 4 5 . 5 8 = 3 6 4 6 . 2 8 k J 需的热量： 8 5 3 1 . 1 1 2 6 4 4 . 3 5 k J 需的热量： 8 3 5 2 9 . 9 8 2 5 0 3 3 . 3 k J 所需的总热量： 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 14 带入热量 =30=2)预计出转化器第一段气体温度 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： 平均摩尔热容： 22 7 3 5 8 2 . 5 52 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 7 . 2 2 / ( )5 8 2 . 5 5 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 5 8 2 . 5 52 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 7 . 2 5 / ( )5 8 2 . 5 5 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 5 8 2 . 5 52 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 7 4 / ( )5 8 2 . 5 5 d TC k J m o l K 平均摩 尔热容： 22 7 3 + 5 8 2 . 5 52 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 3 0 . 4 0 / ( )5 8 2 . 5 5 d TC k J m o l K 故出一段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热量： 26需的热量： 542 所需的热量： 5 8 3 1 . 7 4 1 8 4 0 . 9 2 k J 需的热量： 8 3 5 3 0 . 4 0 2 5 3 8 4 k J 所需的总热量： 3)反应热 摩尔反应热： 4 3 0 5 8 2 . 5 51 0 1 3 1 4 . 4 8 2 . 2 1 2 7 3 9 9 5 9 2 . 2 82Q 反应热： ( 5 4 0 ) 9 9 5 9 2 . 2 8 5 3 7 7 9 8 3 . 1 2Q 段出口温度 5377983. 12 13469289. 90t 5 8 7 . 4 33 2 0 8 4 . 1 4 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 15 与预计温度相近，合理。 (4)一段出口气带出热： 转化二段反应热与出口温度 (1)进转化器第二段气体带入热量（以每小时气量计算） 已知进二段触媒层气体温度为 470 ， 所以可得各组分气体的平均摩尔热熔： 平均摩尔热容： 22 7 3 4 7 02 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 6 . 0 4 / ( )470 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 4 7 02 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 4 . 7 0 / ( )470 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 4 7 02 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 2 8 / ( )470 d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 7 02 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 3 0 . 0 9 / ( )470 d TC k J m o l K 故进二段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热量： 2 6 4 6 . 0 4 1 1 9 7 . 0 4 需的热量： 5 4 6 4 . 7 0 3 4 9 3 . 8 0 需的热量： 5 8 3 1 . 2 8 1 8 1 4 . 2 4 需的热量： 8 3 5 3 0 . 0 9 2 5 1 2 5 . 1 5 k J 所需的总热量： 入热量 =70=2)预计出转化器第二段气体温度 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 16 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： 平均摩尔热容： 22 7 3 5 1 4 . 0 72 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 6 . 5 2 / ( )5 1 4 . 0 7 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 5 1 4 . 0 72 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 5 . 7 5 / ( )5 1 4 . 0 7 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 5 1 4 . 0 72 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 4 6 / ( )5 1 4 . 0 7 d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 + 5 1 4 . 0 72 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 3 0 . 2 1 / ( )5 1 4 . 0 7 d TC k J m o l K 故出二段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热量： 1 0 . 4 0 4 6 . 5 2 = 4 8 3 . 8 1 k J 需的热量： 6 9 . 6 0 6 5 . 7 5 4 5 7 6 . 2 0 k J 需的热量： 5 0 . 2 0 3 1 . 4 6 1 5 7 9 . 2 9 k J 需的热量： 8 3 5 3 0 . 2 1 2 5 2 2 5 . 3 5 k J 所需的总热量： 3)反应热 摩尔反应热： 4 7 0 5 1 4 . 0 71 0 1 3 1 4 . 4 8 2 . 2 1 ( 2 7 3 ) 9 9 6 2 3 . 7 5 k 总反应热： ( 6 9 . 6 0 5 4 ) 9 9 6 2 3 . 7 5 = 1 5 5 4 1 3 0 . 5 0 k 二 段出口温度 1554130. 50 14866208. 10t 5 1 5 . 3 23 1 8 6 4 . 6 5 与预计温度相近，合理。 (4)二段出口气带出热：2 1554130. 50 14866208. 10 16420338. 60Q 汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 17 化三段反应热与出口温度 (1)进转化器第三段气体带入热量（以每小时气量计算） 已知进三段触媒层气体温度为 450 ， 所以可得各组分气体的平均摩尔热熔： 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 5 02 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 5 . 8 1 / ( )450 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 4 5 02 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 4 . 2 0 / ( )450 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 4 5 02 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 1 9 / ( )450 d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 5 02 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 3 0 . 0 3 / ( )450 d TC k J m o l K 故进三段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热量： 1 0 . 4 0 4 5 . 8 1 4 7 6 . 4 2 需的热量： 6 9 . 6 0 6 4 . 2 0 4 4 6 8 . 3 2 需的热量： 5 0 . 2 0 3 1 . 1 9 1 5 6 5 . 7 4 k J 需的热量： 8 3 5 3 0 . 0 3 2 5 0 7 5 . 0 5 k J 所需的总热量： 入热量 =50=2)预计出转化器第三段气体温度 所以可得各组分气体的平均摩尔热容： 平均摩尔热容： 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 18 22 7 3 + 4 6 5 . 8 22 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 5 . 9 8 / ( )4 6 5 . 8 2 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 4 6 5 . 8 22 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 4 . 5 9 / ( )4 6 5 . 8 2 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 4 6 5 . 8 22 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1 . 2 6 / ( )4 6 5 . 8 2 d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 6 5 . 8 22 6 2273( 2 7 . 1 8 0 . 5 9 1 1 0 0 . 3 3 8 1 0 )= 3 0 . 0 8 / ( )4 6 5 . 8 2 d TC k J m o l K 故出三段气体每升高 1 所需的热量为： 需的热 量： 4 . 8 0 4 5 . 9 8 = 2 2 0 . 7 0 k J 需的热量： 7 5 . 2 0 6 4 . 5 9 4 8 5 7 . 1 7 k J 需的热量： 4 7 . 4 0 3 1 . 2 6 1 4 8 1 . 7 2 k J 需的热量： 8 3 5 3 0 . 0 8 2 5 1 1 6 . 8 0 k J 所需的总热量： 3)反应热 摩尔反应热： 4 5 0 4 6 5 . 8 21 0 1 3 1 4 . 4 8 2 . 2 1 ( 2 7 3 ) 9 9 6 9 9 . 1 7 k 总反应热： ( 7 5 . 2 0 - 6 9 . 6 0 ) 9 9 6 9 9 . 1 7 = 5 5 8 3 1 5 . 3 5 k 三段出口温度 5 5 8 3 1 5 . 3 5 1 4 2 1 3 4 8 8 . 5 0t 4 6 6 . 3 33 1 6 7 6 . 3 9 与预计温度相近，合理。 (4)三段出口气带出热： 转化四段反应热与出口温度 (1)进转化器第四段气体带入热量（以每小时气量计算） 武汉工程大学邮电与信息工程学院课程设计说明书 19 已知进四段触媒层气体温度为 405 ， 所以可得各组分气体的平均摩尔热熔： 平均摩尔热容： 22 7 3 + 4 0 52 6 2 8 3273( 2 5 . 7 4 5 . 8 1 0 3 8 . 1 1 0 0 . 8 6 1 1 0 )4 5 . 2 8 / ( )405 T d TC k J m o l K 平均摩尔热容： 32 7 3 4 0 52 6 2 8 3273( 1 5 . 0 9 1 5 . 2 1 0 1 2 0 . 7 1 0 3 . 6 2 1 0 )6 3 . 0 2 / ( )405 T d TC k J m o l k 平均摩尔热容： 22 7 3 4 0 52 6 2273( 2 5 . 7 4 1 . 3 0 1 0 3 . 8 6 1 0 )3 1