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课程设计硫酸物料及热量衡算

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本设计生产能力10万吨／年，按年开车7200h计算，可知硫酸车间每小时硫酸的生产量为：=本次设计采用以每小时的生产产量为基准进行计算。

物料衡算以每小时硫酸的生产量为基准。

热量衡算以0℃作为计算的温度基准。

炉气成分SO2：10.40% ； O2：7.30%； N2：82.30%。

炉气水分含量0.183mol干炉气进酸浓度干燥塔进酸浓度93%；出酸浓度≥92.5%。

吸收塔进酸浓度98%；出酸浓度98.3%。

转化率及吸收率一次转化率92%；二次转化率99%；吸收率99%。

干燥塔及循环槽的物料衡算(1)进干燥塔气体成分SO2:O2:N2:H2O:进干燥塔气体成分如表3.1所示。

表3.1 进干燥塔炉气成分项目kmol/h kg/h m3/h %SO2 144.40 9241.66 3242.67 10.40O2 101.36 3243.522268.207.30N2 1142.70 31995.60 25596.48 82.30 ∑1388.46 44480.72 31107.34 100.00H 2O 254.09 4573.62 6212.35(2)干燥塔出口气体含水量设出干燥塔气体中含水量为0.1g/cm 3，则干燥塔出口气体含水量为：(3)吸收塔循环酸与干燥塔循环酸对串酸量设：93%硫酸—98%硫酸串酸量x(kg/h)；98%硫酸—93%硫酸串酸量为y(kg/h)。

由O H 2平衡得：4573.62+20% =24.08% (3-1) 由3SO 平衡得：80%y=75.92% (3-2) x(3-3) 将式(3-3)代入式(3-1)：4573.62+20%y=24.08% y=85006.47kg/h x=89596.81kg/h(4)循环酸量由于塔直径未确定，故而按酸浓度差计算循环酸量。

入塔酸浓度：93% H 2SO 4，比重：1.7974g/cm 3，温度：50C ，酸量：X m 3/h ，出塔酸浓度：92.5%干燥塔吸水量=4573.62-3.11= 4570.51 kg/h 由物料平衡得X 解得X=470.21m 3/h 采用481m 3/h 的酸泵，分两个240.5的泵并联使用。

表3.2 干燥塔循环酸槽物料衡算表进物料 (kg/h) 出物料 (kg/h) 从干燥塔冷却器来92.5%H 2SO 4 846594 上塔循环93%H2SO4 851170 98%硫酸—93%硫酸串酸量 85006.47 93%硫酸—98%硫酸串酸量 89596.81∑ 931600∑ 940767干燥塔及其循环槽的热量衡算 (1)干燥塔的热量衡算 ①炉气带入热量Q 1SO 2带入热量：q 1= kJ/h Q=n*t 差*Cp O 2带入热量：q 2= kJ/h N 2带入热量：q 3= kJ/h H 2O 带入热量：q 4= kJ/h Q 1= q 1+ q 2+ q 3+ q 4= 2129230.31 kJ/h②水的冷凝热Q 2 42℃时水的冷凝热为2406 kJ/kgQ2③入塔酸带入热Q 3 50℃93% H 2SO 4的热焓为I 1=78.7 kJ/kgQ3= kJ/h ④93%酸稀释热Q 41868.47983.117860'⨯+⨯=n n Q式中：'Q —稀释热，kJ/kmol H 2SO 4； n —对于1molH 2 O 所用水的摩尔水。

对于浓度为C 1的硫酸，当稀释到浓度为C 2时，放出的热量按下式计算：1868.47983.1178607983.117860''112212⨯⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⨯-+⨯=-n n n n Q Q式中：''12Q Q -—每mol H 2SO 4放出的热量，kJ/kmol ；12n n 、—浓度分别为C 2、C 1时每mol H 2SO 4所含水的摩尔数。

93% H 2SO 4→92.5% H 2SO 441.098/9318/71==n ()kmol kJ Q /138831868.47983.141.01786041.0'1=⨯+⨯=44.098/5.9218/5.72==n()kmol kJ Q /146991868.47983.144.01786044.0'2=⨯+⨯=()kmol kJ Q Q /8161388314699''12=-=-Q4=⑤炉气带出热Q 5(t=47℃)SO 2带出热量：q 1=144.40 40.66=275951.29 kJ/h O 2带出热量：q 2=101.36 140630.92 kJ/h N 2带出热量：q 3=1142.70 =1565556.14 kJ/hH 2O 带出热量：q 4=3.11 4930.31 kJ/h Q 5= q 1+ q 2+ q 3+ q 4=1987068.66 kJ/h ⑥出塔酸带出热Q 6和酸温543216Q Q Q Q Q Q -+++==2129230.31+11004130+66513734+6591182.55-1987068.66 =84251207.6KJ/h则：出塔酸的热焓I=98.4KJ/kg查表3.3通过内插法得：93% H 2SO 4 I=98.4kJ/kg 时的温度为t=60℃。

表3.3 硫酸的热含量表硫酸浓度%(质量)热含量(kJ/kg)40℃60℃ 80℃ 92 63.2 96.3 130.2 93 62.4 95 129 98 58.2 89.2 121 9957.487.9118.9(2)干燥塔循环酸槽的热量衡算①从干燥塔冷却器来的92.5% H 2SO 4带入热Q 1Q 1=②从98%酸循环系统串来的98.3% H 2SO 4带入热Q 2Q 2=式中：79.34为98.3% H 2SO 4的热焓(kJ/kg)。

③混合热Q 3由98.5% H 2SO 4、92.5% H 2SO 4两种浓度的硫酸，混合成93% H 2SO 4。

44.098/5.9218/5.71==n()kmol kJ q /146991868.47983.144.01786044.01=⨯+⨯=083.098/5.9818/5.12==n()kmol kJ q /32991868.47983.1083.017860083.02=⨯+⨯=41.098/9318/73==n ()kmol kJ q /138831868.47983.141.01786041.03=⨯+⨯=m 1kmol/h m 2=85006kmol/h ()22113213q m q m q m m Q ⨯-⨯-⨯+==2522313.6kJ/h④上塔酸带出热Q 4Q 4= kJ/h ⑤串往98%酸循环槽的93% H 2SO 4带出热Q 5 Q 5= kJ/h 式中：78.38为93% H 2SO 4的热焓(kJ/kg)。

⑥从干燥塔冷却器来的硫酸温度 由热量平衡得：54321Q Q Q Q Q +=++846594 +6744376+2522313.6=66714704.6+7022597 846594 64470612I=76.15 kJ/kg查表3.3通过内插法得：92.5% H 2SO 4的温度为t=47℃。

即干燥塔冷却器出口酸温为47℃，进口酸温60℃。

干燥塔的热量衡算及循环酸槽的热量衡算结果分别见表3.4和表3.5。

表3.4 干燥塔热量衡算表项目 进口热kJ/h 项目 出口热kJ/h 炉气带入热Q 12129230.31炉气带出热Q 51987068.66水的冷凝热Q211004130出塔酸带出热Q 684251207.6入塔酸带入热Q 366513734.393%硫酸稀释热Q 4入塔总热量∑86238276.3出塔总热量∑86238276.3表3.5 干燥塔循环酸槽的热量衡算表项目带入热kJ/h 项目带出热kJ/h 92.5%H2SO4带入热Q164468133.1上塔酸带出热Q466714704.6 98.5% H2SO4带入热Q2674437693% H2SO4带出热Q57022597混合热Q32522313.6带入总热量∑73737301.6带出总热量∑73737301.6吸收塔及其循环槽的物料衡中间吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分:144.4011.55kmol/hSO2SO:144.40132.85kmol/h3:101.3634.94kmol/hO2:1142.70kmol/hN2中间吸收塔进出气体成分分别见表3.6和表3.7。

表3.6 进中间吸收塔气体成分项目kmol/h kg/h m/hSO211.55 739.33285.87SO3132.85 10627.842976.99O234.94 1117.95781.78N21142.70 31995.6025596.48∑1322.04 44480.7229641.12量(1)吸收SO3132.85量(3)出塔SO3132.85表3.7 出塔气体成分项目SO2SO3O2N2∑kmol/h 11.55 1.33 34.94 1142.70 1190.52(4)上塔酸量G为了便于管理，循环酸泵仍选用与干燥塔相同的酸泵(260 m3/h)。

酸浓：98%，比重：1.8023g/cm3，温度：54CG=481(5)出塔酸量866903+131.52=877427.9kg/h(6)出塔酸浓出塔酸中含SO3=相当于出塔酸浓98.3% H2SO4。

中间吸收塔物料衡算结果如表3.8所示。

表3.8 中间吸收塔物料平衡表进物料 (kg/h) 出物料 (kg/h) 98% H2SO4 468598 98.54% H2SO4 479119进塔SO3气体10627.84出塔SO3气体 106.4∑ 479225.84 ∑ 479225.4 最终吸收塔物料衡算(1)进塔气体成分SO2:144.40 1.44kmol/hSO3:144.40（）10.11kmol/hO2:34.93629.88kmol/hN2:1142.70kmol/h最终吸收塔进出气体成分分别见表3.9和表3.10。

表3.9 进最终吸收塔气体成分项目kmol/h kg/h m3/hSO2 1.44 92.4232.36SO310.11 808.64226.50O229.88 956.22668.69N21142.70 31995.60 25596.48∑1184.13 33852.88 26523.93(2)吸收SO3量(吸收率为99%)10.10810.0kmol/h(3)出塔SO3量10.108表3.10 出最终吸收塔气体成分项目SO2SO3O2N2∑kmol/h 1.44 0.10 29.88 1142.70 1174.12 (4)上塔酸量G为了便于管理，吸收塔仍采用481 m3/h酸泵，上塔酸量同中间吸收塔。

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浓硫酸稀释热的热量衡算

浓硫酸稀释热的热量衡算

浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。

以W 表示表示各股物流的质量流量。

流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。

其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。

积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。

在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。

积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。

微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。

显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。

方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。

在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q QKJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--= ()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。

年产18万吨硫酸厂的设计_毕业设计

年产18万吨硫酸厂的设计_毕业设计

毕业设计年产18万吨硫酸厂的设计摘要：硫酸作为一种基本的无机化工产品，在国民经济的很多部门如化工、轻工、冶金、化肥等领域都有着广泛的用途。

本设计采用了先进的两转两吸钒触媒接触法制硫酸技术，二氧化硫尾气采用了氨水溶液进行吸收并制得有用的副产物。

本设计的年生产能力为12.3万吨硫酸，其主要生产过程包括以下工序：硫铁矿的焙烧、炉气的净化、二氧化硫的转化、三氧化硫的吸收和尾气的处理。

本设计说明书的编制包括：硫酸生产原理与生产工艺流程的论证、物料衡算与热量衡算、主体设备的设计与选型、转化工段的工厂的车间布臵设计以及防腐安全等内容。

关键词：硫酸; 接触法; 两转两吸流程The factory design of producing one hundred and eightythousand tons of sulfuric acid a yearAbstract: As a basic inorganic chemical product, sulfuric acid has extensive applications in many fields of domestic economy such as chemical engineering, light industry, metallurgy and fertilizer etc. In this design, the same advanced twice transition and twice absorption contact sulfuric acid manufacture method has been adopted, and the exhaust gas of SO2 was absorbed by the solution of NH3•H2O and the SO2can be reclaimed. The capacity of our design is 180000t/a. The main production process consists of the combustion of sulfur ore, the oxidation of SO2, the absorption of SO3 and the treatment of exhaust gas. The specification of the design consists: introduction, demonstration of the method of producing vitriol, calculation of materials balance and energy balance, design and selection of main equipments, the layout of oxidation process of the plant, anticorrosion and security etc.Keywords: sulfuric acid; contact method; twice transition and twice absorptionprocess.第一章引言1.1 硫酸工业的发展概况硫酸的制造，始于八世纪。

物料衡算 热量衡算

物料衡算 热量衡算

在吸收塔中，烟气中的SO 2与氨吸收剂接触后,发生如下反应:32243NH H O SO NH HSO ++=3224232()NH H O SO NH SO ++=4232243()2NH SO H O SO NH HSO ++=在吸收过程中所生成的酸式盐NH 4HSO 3对SO 2不具有吸收能力,随着吸收过程的进行,吸收液中的NH 4HSO 3数量增多，吸收液的吸收能力下降，因此需向吸收液中补充氨，使部分NH 4HSO 3转化为（NH 4）2SO 3，以保持吸收液的吸收能力。

433423()NH HSO NH NH SO +=烟气中含有的SO 3、NO,NO 2等酸性气体也会同时被吸收剂吸收：42334242()()NH SO SO NH SO SO +=+423424222()2()NO NH SO NH SO N +=+ 2423424224()4()NO NH SO NH SO N +=+氧化过程 实际上是用压缩空气将吸收液中的亚硫酸盐转变为硫酸盐，主要的氧化反应如下：42324242()2()NH SO O NH SO +=4324422NH HSO O NH HSO +=443424()NH HSO NH NH SO +=物料衡算烟气条件：烟气吸收塔入口烟气条件为：烟气量 5.2×105Nm3/h，二氧化硫浓度1000Nmg/m3 ,含尘量为0.03kg/Nm3.假设湿式除尘器除尘效率为98%0.03×98%=0.0294kg/Nm3.出除尘器烟气含尘量为0.0006kg/Nm3烟气入口温度100℃，常压在标准状态下、单位时间内烟气中二氧化硫质量为组分SO2N2O2CO2SO3NO NO2含量％0.088 80.93 6.3 12.65 0.019 0.012 0.001M3457.6 420836 32760 65780 98.8 62.4 5.2kmol 20.43 18787.32 1462.5 2936.61 4.41 2.79 0.23要求脱硫率为≧96％，所以除去的SO2总量为20.43kmol/h×96％=19.61kmol/h在吸收段1molSO2和1mol氨水生成1mol亚硫酸氢铵,所以亚硫酸氢铵为19.61kmol/h，为了确保脱硫率，应使氨气过量，由此可知反应的物料比例为：SO2~ NH3 ~ H2O ~ (NH4)2SO4~ O22 : 2 : 2 : 1 : 0.5SO2~ 氨水~ O2 ~ 硫酸铵1 :2 : 0.5: 1每小时处理19.61kmol SO2所需氨水为39.22kmol.需氧为9.81kmol.生成硫酸铵为19.61kmol SO3 :氨水:硫酸铵=1:2:14.41×96％=4.23kmol/h每小时处理4.23kmol SO3所需氨水为4.23×2=8.46kmol生成硫酸铵为4.23kmol,NO:氨水：硫酸铵：氮气=1:2:1:0.5 NO， NO2脱除效率为85%NO2:氨水：硫酸铵：氮气=1:4:2:0.52.79×85％=2.37kmol/h0.23×85％=0.20kmol/h每小时处理2.37kmol NO需要氨水为4.74kmol，生成硫酸铵2.37kmol，生成N2为1.19kmol 每小时处理0.20kmol NO2需要氨水为0.80kmol，生成硫酸铵0.40kmol，生成N2为0.10kmol 总氨水用量为39.22+8.46+4.74+0.80=53.22kmol/h总氧用量为9.81kmol/h总生成硫酸铵为19.61+4.23+2.37+0.4=26.61kmol/h总生成氮气为1.29kmol/h净化气中气体含量,烟气出口温度为30℃组分SO2N2O2CO2SO3NO NO2含量％0.0035 81.0232 6.3068 12.6637 0.0008 0.0018 0.0002 M318.37 420864.86 32760 65780.06 4.03 9.41 0.67 kmol0.82 18788.61 1462.5 2936.61 0.18 0.42 0.03工艺水循环吸收剂带水量：53.22kmol/h冲洗水量计算：液气比为3:15.2×105Nm3/h/22.4=2.32×104kmol/h2.32×104kmol/h×3=6.96×104kmol/h反应掉的水量：19.61kmol/h从吸收塔出来的水量：吸收剂带水量+冲洗水量计算=从吸收塔出来的水量+冲洗水量计算53.22kmol/h+6.96×104kmol/h－19.61kmol/h=69633.61kmol/h假设旋流器分级效率为85%水69633.61kmol/h×85%=59188.57kmol/h69633.61kmol/h-59188.57kmol/h=10445.04kmol/h硫酸铵26.61kmol/h×85%=22.62kmol/h26.61kmol/h-22.62kmol/h=3.99kmol/h假设离心机固样损失1%，脱水效率99%进离心机（NH4）2SO4为22.62kmol/hH2O为10445.04kmol/h10445.04kmol/h×1%=104.45kmol/h22.62kmol/h×99%=22.39kmol/h进干燥器（NH4）2SO4为22.39kmol/hH2O为104.45kmol/h干燥器固体中带水量可以脱除99.5%，假设固体损失为0.1%22.39kmol/h×99.9%=22.37kmol/h104.45kmol/h×0.5%=0.52kmol/h热量衡算 换热器Cpm×q ×∆HSO 2: 20.43×(55.38-42.55)×(100-850)=-196587.68Kj/h N 2 18787.32×(33.36-29.20)×(100-850)=-58616438.4Kj/h O 2 1462.5×(35.39-29.84)×(100-850)=-6087656,25Kj/h CO 2 2936.61×(55.63-40.65)×(100-850)=-32992813.35Kj/h SO 3 4.41×(77.29-55.96)×(100-850)=-70548.98Kj/h NO 2.79×(34.66-29.86)×(100-850)=-10044Kj/h NO 2 0.23×(53.22-39.32)×(100-850)=-2397.75Kj/h H 2O 12740×(75.96-75.132)×(100-30)=738410.4Kj/h Q 1=-97238076.01 Kj/h 吸收塔32243NH H O SO NH HSO ++=∆H=-2057.46-(84.47+129.14+79,23)=-2350.3Kj/kmol/h 19.61kmol/h ×(-2350.3)=-46089.38kj/h42334242()()NH SO SO NH SO SO +=+∆H=-3065.25+79.23-(-2369.63+87.72)=-704.11Kj/kmol/h 4.23kmol/h ×704.11=-2978.385kj/h423424222()2()NO NH SO NH SO N +=+∆H=2×(-3065.25)+29.07-2×241.81+2×(-2369.63)=-11324.31Kj/kmol/h 2.37kmol/h ×(-11324.31)=-26838.61kj/h2423424224()4()NO NH SO NH SO N +=+∆H=4×(-3065.25)+29.07-2×241.81-4×(-2369.63)=-3237.03Kj/kmol/h 0.20kmol/h ×（-3237.03）=-647.41kj/h氧化反应4323424222()NH HSO O NH NH SO ++=∆H=2×(-3065.25)-2×(-2057.46)-29.20-2×84.47=-2213.72Kj/kmol/h 9.81×(-2213.72)=-21716.59kj/hQ 2=-46089.38+(-2978.385)+(-26838.61)+(-647.41)+(-21716.59)=-98270.38kj/h。

浓硫酸稀释热的热量衡算电子教案

浓硫酸稀释热的热量衡算电子教案

浓硫酸稀释的热量衡算1、 物料衡算衡算基准为小时。

以W 表示表示各股物流的质量流量。

流程示意图：查《硫酸工作手册》（刘少武等编著、东南大学出版社）中的相关表格知25℃的98%硫酸的密度是1.83103/cm g ，即18313/m kg 。

其中h kg W /58.5822183118.31=⨯= 稀释器的总质量平衡：321W W W =+ 稀释器硫酸的平衡： 335.0198.0W W = 用kg W 58.58221=代入上面两方程解得：hkg W h kg W /224.163033/644.104802==2、热量衡算固体、液体和气体溶质溶解于溶剂中吸收和放出的热量称为溶解热，手册给出的溶解热数据中，有积分溶解热与微分溶解热。

积分溶解热：以硫酸溶解于水形成硫酸水溶液说明积分溶解热的含义。

在25℃下把1mol 硫酸用水逐渐稀释，在此过程中不断取出所放出的热量，使溶液温度保持在25℃，这个过程所放出的热量称为积分溶解热。

积分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。

微分溶解热：微分溶解热系指1kmol (有时用1kg )溶质溶解于含量为x 的无限多的溶液中（即溶解后溶液的含量仍可视为x ）时所放出的热量，以....../,/,/kg KJ kmol KJ mol KJ 等单位表示。

显然，微分溶解热是浓度的函数，也是温度的函数。

方法一：经验公式法由《硫酸工作手册》知，溶解1mol 硫酸于n mol 水所放出的积分溶解热可用下式计算：1868.4798.117860nnQ式中Q----硫酸的积分溶解热)/(mol J ； n----对于1mol 硫酸所用的水的摩尔数积分溶解热不仅可以用来计算把溶质溶于溶剂中形成某一含量溶液时的热效应，还可以用来计算把溶液自某一含量冲淡（或浓缩）到另一含量的热效应。

在25℃下将浓度为每mol 硫酸含1n mol 水的硫酸加水稀释，仍将继续有热量放出，直至其成为浓度为每mol 硫酸含2n mol 水时，保持硫酸溶液的温度为25℃，此两次热量之差为1868.4)11786011786027983.1217860(12⨯⨯⨯-+⨯=-n n n n Q Q 式中12Q Q ------mol 1硫酸放出的稀释热)/(mol Jn1-----浓度为x1时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 n2-----浓度为x2时mol 1硫酸所含有的水的摩尔数 具体计算如下：98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持25℃时产生的稀释热：1868.4)17983.111786027383.1217860(12⨯+⨯-+⨯=-n n n n Q Q1868.41111.07983.11111.0178601111.107983.11111.1017860⨯⎪⎭⎫⎝⎛⨯⨯-+⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KGKJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=KJ Q Q n Q 102.34431361342.599898.0100058.5822)12(=⨯⨯⨯=-⨯=*4242/1342.59/2393.59134SO molH KJ SO molH J ==进而得在25℃下98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液温度为25℃，每小时产生的稀释热为又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇最后得在25℃下98%硫酸稀释为35%硫酸，并保持硫酸溶液为45℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59102.34431363*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932102.3443136-= KJ 307.2468203=方法二：实验数值查表法由《硫酸工作手册》中表“25℃下硫酸溶解于水中的积分溶解热积Q 和微分溶解热微Q ”知25℃时98%硫酸的积分溶解热421/263.37SO KGH KJ Q =积 25℃时35%硫酸的积分溶解热422/70.683SO KGH KJ Q =积从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并保持硫酸溶液为25℃的的稀释热： 21积积Q Q Q -=KJ525.3688652)263.3770.683(98.058.5822=-⨯⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并是硫酸溶液为25℃，每小时产生的稀释热为224.163038.59525.36886523*⨯-=∇⨯-=H W Q Q KJ 73.2713719=方法三：修正的经验公式法由于汤姆逊曾提出的1 42SO molH 溶于O molH n 20中时，放出稀释热的经验公式为1868.47983.1178600⨯+⨯=n n Q ，经此经验公式得出的结果与实验值相比存在较大的偏差，最大负偏差为12%，最大正偏差为11.6%；蔡芝林的《硫酸热效应的计算》一文中对该公式做出了修正，修正后的硫酸稀释热的公式为1868.417.2200500⨯+⨯=n n Q ，经此计算公式得出的结果与实验值相比，准确性有明显的提高，最大负偏差减小到6.9%，最大正偏差减小到6.2%， 下面用修正的经验公式计算;98%的浓硫酸对应的1111.098/98.0100018/02.010001=⨯⨯=n35%的稀硫酸对应的1111.1098/35.0100018/65.010002=⨯⨯=n从而得在25℃下把98%浓硫酸稀释为35%稀硫酸，并使硫酸溶液保持在25℃下，产生的稀释热为：1868.4117.2120050217.222005012⨯⎪⎭⎫⎝⎛+⨯-+⨯=-=n n n n Q Q Q()()KJJ 0242.651575.650241868.47532.155301868.45267.9762799.165071868.41111.017.21111.020*******.1017.21111.1020050==⨯=⨯-=⨯+⨯-+⨯=进而得在25℃下把98%的浓硫酸稀释为35%稀硫酸，使硫酸溶液保持在25℃下，每小时产生的稀释热为KJ Q Q n Q 064.37860860242.659898.0100058.5822)12(*=⨯⨯⨯=-⨯=KGKJ H /275.1331.118)4045(40601.1188.1782=+-⨯--=KG KJ H /475.736.58)2025(20406.581.1181=+-⨯--=又查《硫酸工作手册》中表“硫酸和发烟硫酸的热焓量（以0℃为基准）”并采用内插法得25℃时35%硫酸的热焓量为45℃时35%硫酸的热焓量为热焓量之差为KG KJ H H H /8.59475.73275.13312=-=-=∇ 最后的25℃的98%硫酸稀释为45℃的35%硫酸每小时产生的稀释热为 224.163038.59064.37860863*⨯-=∇⨯-=H W Q Q 7952.974932064.3786086-= KJ 269.2811153=3、三种方法计算硫酸稀释产生的稀释热的结果比较由以上三种关于积分溶解热的计算方法得出的数值结果知，并以基于实验数据查表法得出的计算结果为基准；用方法一计算得出的结果的偏差为：%05.9%10073.271371973.2713719307.24682031-=⨯-=θ用方法三计算得出的结果的偏差为： %59.3%10073.271371973.2713719269.28111532+=⨯-=θ从而知修正后的关于硫酸积分溶解热的计算式得出的结果的准确性有较大的提高。