第十章沸腾炉工艺计算第一节计算依据1、常用术语：烧出率——矿石在焙烧过程中硫被烧出的百分率。
净化收率——进转化硫量对炉气硫量的百分率。
转化率——出转化SO3对进转化SO2的摩尔百分率。
吸收率——二吸出口SO3对一吸进口SO3的摩尔百分数。
其它损失——指除了焙烧、净化、转化、吸收过程中可以查明的损失百分率。
包括质量损失，成品酸中溶解的二氧化硫损失，设备开停车或泄漏等所有跑、冒、滴、漏的损失，是一个由多方面因素造成的综合性项目，不能由几个测定数据和公式来计算，一定要通过全面的系统测定来查明，而查定过程又存在误差，因此各生产单位之间的其它损失率因管理水平之差则有很大差别，一般在0.3～1%左右。
计算取1%。
硫的利用率——含硫原料中，硫被利用的程度。
2、计算数据第二节 物料衡算根据质量守恒定律，以生产过程或生产单元设备为研究对象，对其进出口处进行定量计算，称为物料衡算。
通过物料衡算可以计算原料与产品间的定量转变关系，以及计算各种原料的消耗量，各种中间产品、副产品的产量、损耗量及组成。
物料衡算的基础：物料衡算的基础是物质的质量守恒定律，即进入一个系统的全部物料量必等于离开系统的全部物料量，再加上过程中的损失量和在系统中的积累量。
物料衡算是所有工艺计算的基础，通过物料衡算可确定设备容积、台数、主要尺寸，同时可进行热量衡算、管路尺寸计算等。
1、硫的烧出率 1.1灰渣平均残留率式中，C S （残）—灰渣平均残硫率，%C S （灰）—灰中残硫量，% C S （渣）—渣中残硫量，%1.2灰渣产率：)S(S(C 160C 160残实）--=x式中，C S(实) — 矿石中硫的实际含量 %C S(残) — 矿渣中的残硫量 %则灰渣产率为：36.016020160x --=＝0.877 kg 灰渣/kg 矿1.3硫的烧出率式中，ηs — 硫的烧出率，％ 则硫的烧出率为： ηs ＝2036.0877.0-20⨯×100%＝98.42%2、投矿量总硫利用率：式中， —总硫利用率，%；—净化率，%；—转化率，%；—吸收率，%。
＝98.42%×97%×99.2%×99.95%＝94.65% 则，耗矿定额（干矿）：式中， —耗矿定额，吨矿/吨酸；—硫的摩尔质量，kg/mol ；—硫酸的摩尔质量，kg/mol 。
则，G 耗＝9465.020.09832⨯⨯＝1.725干矿/t 酸小时投干矿量＝1.725×40＝69 t/h小时投矿实物量＝69÷（1－0.05）＝72.63 t/h。
3、灰、渣产量：焙烧反应是较复杂的，为计算方便及实用，本计算只依据下列反应式来进行。
4FeS2+11O2=2Fe2O3+8SO2+3413 KJ实际上反应后生成的Fe2O3一般约占75%，生成的Fe3O4占25%左右。
式中，—灰渣生成量，t/h则，G灰渣＝0.877×69 ＝60.51 t/h其中：随炉气带走灰量：60.51×70%＝42.36 t/h出渣口排放渣量：60.51×30%＝18.15t/h4、干炉气量SO2＋SO3量＝408/η净×η转×η吸＝408/0.9618＝424.2 kmol/h出炉干炉气量＝424.2÷（0.12＋0.0024）＝3465.69 kmol/h或77631.46m3/h其中：SO2：3465.69×12%＝415.88 kmol/hSO3：3465.69×0.24%＝8.32 kmol/hO2：3465.69×4%＝138.63 kmol/hN2：3465.69―415.88―8.32―138.63＝2902.86 kmol/h5、空气量N 2＝2902.86 kmol/h O 2＝2902.86×7921＝771.65 kmol/h 干空气量＝2902.86＋771.65＝3674.51 kmol/h 或3674.51×29kg/kmol ＝106560.79kg/h 空气含水＝3674.51×79.3-8.10079.3＝143.56 kmol/h式中：3.79为32℃相对湿度为80%时，空气中的蒸汽分压（kPa ） 湿空气量＝（3674.51＋143.56）×22.4＝85524.77m 3标/h 或3818.07 kmol/h32℃、常压下湿空气量＝85524.77×（273＋32）/273＝95549.65m 3/h 。
（或1592.49 m 3/min ）6、炉气中水量原料带入水＝69 ×1000×5/（100－5）＝3631.58kg/h 或201.75 kmol/h 空气带入水143.56 kmol/h炉气中水量＝143.56＋201.75＝345.31 kmol/h 7、炉气总量（即湿炉气量）3465.69＋345.31＝3811 kmol/h 或85366.4m 3标/h附：按计算公式来计算：1、炉气生成量式中，—炉气生成量，ｍ３／ｈ—炉气中SO 2、SO 3的含量，%G 投 — 投矿量，kg/h 则，V 气.矿＝685×690024.012.02.09842.0⨯+⨯＝76010.15 m 3/h2、炉气组分计算2.1炉气中氧含量2O C （%体积）按反应式2222821143SO eO F O FeS +=+ 来进行计算，其炉气中SO 2、SO 3、O 2的含量关系如下：100C 2179C 2179C 212179)C 1.375(C C C 2233232O O SO SO SO SO SO =++⨯++++100C 76.4C 05.8C 17.6232O SO SO =++100C 76.424.005.81217.62O =+⨯+⨯所以 05.5C 2O = 即 %05.5C 2O =又 %100C C C C 2232N O SO SO =+++ 得 05.524.012100C 2N ---=%71.82C 2N =表3-1炉气中各气体含量表：3、空气需用量按反应式2222821143SO eO F O FeS +=+ 来进行计算。
生成SO 2需氧量V 1：＝11/8×0.12×76010.15＝12541.67 m 3/h生成SO 3需氧量V 2：＝11/8×0.0024×76010.15＝250.83 m 3/h炉中过剩氧量V 3:＝0.0505×76010.15＝3838.51 m 3/h进炉总氧量＝12541.67＋250.83＋3838.51＝16631.01 m 3/h需要空气量V 空:V 空＝V O2/21%＝16631.01÷21%＝79195.3 m 3/h或＝294.2230.79195⨯＝102529.63 kg/h 随空气带入炉内水份量:＝0.01×79195.3＝791.953 kg/h或＝791.953÷18×22.4＝985.54 m 3/h式中0.01是32℃空气中含水量10g/m 3 所以炉内湿空气总量：V 空＝79195.3＋985.54＝80180.84 m 3/h4、物料进出情况沸腾焙烧反应： )(8114323222SO SO O Fe O FeS 少量+=+，水、氮气未参加反应。
G 水＝5%G 投＋G 气·水＝0.05×69000÷0.95＋791.953 ＝4423.53 kg/hG N2＝V 空×0.79÷22.4×M N2＝79195.3×0.79÷22.4×28 ＝78205.36 kg/hG O2＝3838.51÷22.4×32＝5483.59 kg/h＝76010.15×0.12÷22.4×64＝26060.62 kg/hG SO3＝76010.15×0.0024÷22.4×80＝651.52 kg/h于是，∑进＝G矿＋G N2＋G O2＋G水＝69000＋78205.36＋23758.59＋4423.53＝175387.48＝4423.53＋78205.36＋5483.59＋26060.62＋651.52＋60510175334.62kg/h∑进－∑出＝175387.48－175334.62＝52.86kg/h物料平衡表物料名称输入kg/h 输出kg/h投矿量（干矿）69000 —N2 78205.36 78205.36O2 23758.59 5483.59H20 4423.53 4423.53SO2 —26060.62SO3 —651.52矿渣—60510合计175387.48 175334.62第二节热量衡算热量衡算的基础是能量守恒定律，在无轴功的条件下，进入系统的热量与离开热量相互平衡。
实际生产中传热设备的热量衡算可由下式表示。
Q1+Q2+Q3=Q4+Q5+Q6式中，Q1—物料进入设备带入热量，kJ；Q2—由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量，kJ；Q3—过程热效应，kJ；Q4—物料离开设备带出的热量，kJ；Q5—消耗在加热设备各个部件上的热量，kJ；Q6—设备向四周散失的热量，kJ。
热量衡算的方法热量衡算时一般建议以273K为基准温度，以液态为基准物态。
（1）物料进入设备带人热量Q1(或物料由设备带出的热量Q4)的计算—物料质量，kg；—物料平均等压比热容，kJ (kg•℃)-1；T —物料温度，℃；T0—计算基准温度，℃。
生产过程中有相变化时还要加上相变热。
（2）过程热效应(Q3)过程热效应包括化学过程热效应(Q r)和物理过程热效应(Q p)。
即：式中，G A—参与反应的A物质量，kg；—标准化学反应热，kJ·mol-1；M A—A物质的分子量。
Q p可通过盖斯定律来计算。
消耗在加热设备各个部件上的热量(Q5)的计算:式中，M i—设备上i部件质量，kg；—设备上i部件比热容，kJ ·(kg•℃)-1T1—设备各部件初温，℃；T2—设备各部件终温，℃。
设备向四周散失的热量(Q6)的计算式中，A—设备散热表面积，m2；—散热表面向四周介质的联合给热系数，W ·(m2•℃)-1；—四壁向四周散热时的表面温度，℃；—周围介质温度，℃；t —过程持续时间，s。
由加热剂或冷却剂传给设备和物料的热量的计算:选定加热剂(或冷却剂)，即可从有关手册查出该物质cp，再确定其进出口温差ΔT，则加热剂(或冷却剂)的用量为：式中，κ—传热系数，kJ·(m2•h·℃)-1；A—传热面积，m2；ΔT m—对数平均温差，℃。