4.1物料衡算
年产6500吨硫酸的生产设计的工艺计算书
一、硫铁矿焙烧工序：生产条件：
1、硫铁矿纯度W(FeS2=90%) 空气过剩系数a=1.5 物料流程示意图如图6-2：
二氧化硫炉气
硫铁矿W(FeS2=0.9) 空气O2为0.21 N2为0.79 沸腾焙烧 炉渣 图6-2 硫铁矿焙烧工序
以1t硫铁矿为基准 W(FeS2) =
m(FeS2)×100%
M(FeS2)由W(FeS2) =0.9=90%（已知）得m(FeS2)=0.9t=900kg n(FeS2) =
900kgm==7.5kmol M120g/mol4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2 需要消耗的氧气为n（O2）=
11×n(FeS2)=20.625 kmol 4通入的氧气为1.5×20.625 kmol=30.9375 kmol 需要通入的空气为
30.9375=147.32 kmol 0.21空气中的氮气为147.32 kmol－30.9375 kmol=116.38 kmol 生成的二氧化硫为n（SO2）=2×7.5 kmol=15 kmol 生成的Fe2O3为n（Fe2O3）=
7.5kmol=3.75 kmol 2剩余的氧气为30.9375 kmol－20.625 kmol=10.3125 kmol
表7-1 输入—输出物料表基准1t硫铁矿 输入 输出 质量/kg 分子量 组分 质量/kg 10
组分 分子量 FeS2 杂质 O2 N2 总计 900 100 990 3259 5249 120 32 28 Fe2O3 SO2 O2 N2 杂质 600 960 330 3259 100 5249 160 64 32 28 二、炉气的净化和干燥工序如图7-3：
清水 粗二氧化硫炉气 炉气冷却和干法除尘 干炉气 矿渣 炉气湿法净化 93%湿炉气硫酸二氧化硫炉气 炉气的干燥 图7-3 炉气的净化和干燥工序
由焙烧工序输送来的二氧化硫炉气，经过净化和干燥工序之后，除去了炉气中的有害杂质，但炉气中的二氧化硫、氧气、氮气的量并没有发生较大的变化。由表1知：n(SO2)=15 kmol n(O2)=10.31 kmol n(N2)=116.38 kmol
三、二氧化硫催化氧化工序：工艺条件5700C,k?=14.9
由净化和干燥工序输送来的原料量n(SO2)=15kmol n(O2)=10.31kmol n(N2)=116.38 kmol x(SO2)=11% x(O2)=7.3% x(N2)=81.7% 物料流程示意图如图图7-4：
SO2为11% O2为7.3% N2为81.7% 催化氧化 SO2为0.11－0.11 x O2为0.073－SO3为0.11 x N2为0.817
0.11x 2图7-4 二氧化硫催化氧化工序
计算基准1mol原料平衡转化率为x
11
SO2+
1O2? SO3 2开始 0.11 0.073 转化 0.11x
0.11x 0.11x 20.11x 0.11x 2平衡 0.11－0.11x 0.073－
输出总物料量：0.11－0.11x+ 0.073－ =1－0.055 x
P(SO3)??Pk= 1P(SO2)P(O2)2[?]P?P0.11x+ 0.11x+0.817 2P0.11xP?1?0.055xk?= 1p0.11(1?x)p0.073?0.055x2[?]?1?0.055xp1?0.055xpk?=14.9
则x=0.75 输出总物料1－0.055x=0.96mol W(SO2)=W(O2)=
0.11(1?0.75)×100%=2.86%
0.960.073?0.055?0.75×100%=3.31%
0.960.11?0.75×100%=8.6%
0.96W(SO3)=W(N2)=
0.817×100%=85.1% 0.96表7-2 输入—输出物料表基准1mol原料
输入 物质的量（mol） 0.11 0.073 0.817 输出 物质的量（mol） 0.028 0.032 0.08 组分 SO2 O2 N2
摩尔分数（%） 11 7.3 81.7 12
组分 SO2 O2 SO3 摩尔分数（%） 2.86 3.31 8.6
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