在硫酸生產(chǎn)中，轉(zhuǎn)化器的各段轉(zhuǎn)化率是重要的生產(chǎn)指標(biāo)，其是原料是否高效利用及產(chǎn)品產(chǎn)量的間接體現(xiàn)。現(xiàn)在硫酸工廠中計算轉(zhuǎn)化率多為檢測各段氣濃進(jìn)行計算判斷，也可通過氣體進(jìn)出口溫度，利用經(jīng)驗公式計算λ來求轉(zhuǎn)化率，其中λ值可以查表獲得。本文介紹一種利用熱量平衡計算轉(zhuǎn)化率的方法。意在為硫酸行業(yè)的同仁提供另一個判斷轉(zhuǎn)化率的思路。

計算需要的條件為該段的氣體組分和進(jìn)出口溫度。將反應(yīng)器視為封閉條件，轉(zhuǎn)化過程只考慮反應(yīng)放熱，而無其他熱量的干擾，其氣體溫度的變化便表明了其反應(yīng)的程度。現(xiàn)在以一段轉(zhuǎn)化為例計算轉(zhuǎn)化率。

在確認(rèn)進(jìn)出口溫度的前提下可以計算轉(zhuǎn)化了多少熱量，利用熱容乘以溫度差再乘上煙氣的物質(zhì)的量便是反應(yīng)的熱量。但由于煙氣為二氧化硫、三氧化硫、氧氣和氮?dú)馑牟糠纸M成，不能直接以一個物質(zhì)的熱容作為整體煙氣的熱容，所以需要對其分別計算。各氣體的熱容計算如下圖所示。該方法使用平均溫度作為計算的指標(biāo)以減少其產(chǎn)生的誤差。

設(shè)定進(jìn)出口溫度為415和617℃，二氧化硫、三氧化硫、氧氣和氮?dú)獾臍鉂夥謩e為0.1067、0.0032、0.0985和0.7916。通過計算就可以得到各氣體的熱容，其中溫度計算需要使用開爾文溫度，所以在計算時需要加上273.15。計算結(jié)果如下：

為方便計算，現(xiàn)在將氣體流量定為10000Nm3/h，通過氣體流量乘以對應(yīng)氣濃除以22.4便得到了各氣體的物質(zhì)的量。

可以求出每升高1℃需要的熱量：

每升溫1℃需要的熱量=二氧化硫平均熱容*二氧化硫物質(zhì)的量+三氧化硫平均熱容*三氧化硫物質(zhì)的量+氧氣平均熱容*氧氣物質(zhì)的量+氮?dú)馄骄鶡崛?氮?dú)馕镔|(zhì)的量=15378.42522

對二氧化硫與氧氣反應(yīng)生成三氧化硫，其每反應(yīng)1mol的二氧化硫便會放出99227.2j的熱量。

溫度上升了617-415=202℃的溫度，乘上每1攝氏度升高需要的熱量便可得到反應(yīng)釋放的熱量，在以這個熱量除以反應(yīng)熱99227.2，便可得到反應(yīng)的二氧化硫的量。反應(yīng)的量除以一段進(jìn)口的量便得到了用一段的轉(zhuǎn)化率。

反應(yīng)二氧化硫的量=(出口溫度一進(jìn)口溫度)*每升溫1℃需要的熱量/99227.2=31.30635445

一段轉(zhuǎn)化率=反應(yīng)二氧化硫的量*100/一段進(jìn)口SO?的物質(zhì)的量=65.72280597

因為一段進(jìn)口二氧化硫的物質(zhì)的量與氣量有關(guān)，其實(shí)在計算過程中，氣量已經(jīng)被互相約去。所以無論式1還是10000，轉(zhuǎn)化率都不受影響。

這便是利用熱量平衡計算轉(zhuǎn)化率的方法。對于其他段的轉(zhuǎn)化率，可以通過前一段的轉(zhuǎn)化率計算得到對應(yīng)氣濃，然后使用上述方法計算便可。在excel建立起簡要公式，每一次使用只需要輸入氣濃和對應(yīng)溫度便可以得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)化率。無需去測量多段氣濃，或者去查表計算λ值。但由于實(shí)際生產(chǎn)的復(fù)雜情況，不同反應(yīng)器有不同的工況，此方法可以提供一個參考，但無法完全負(fù)荷現(xiàn)場情況，需要進(jìn)行修正使用。