Question

接觸法制硫酸的流程可表示如下：zxxk.com

問：(1)熱交換器在制硫酸的過程中有何重要作用？

(2)若以T₁、T₂、T₃、T₄分別表示進出熱交換器的氣體溫度，且T₁＝80℃，T₃＝600℃、T₄＝250℃，求進入接觸室后的SO₂、O₂混合氣體的溫度T₂（設進、出熱交換器的氣體的平均比熱均為0.8kJ/(kg??℃)）。

(3)假定每天進入接觸室的混合氣體為20t，問與不用熱交換器相比較每年至少可節省多少噸含碳80%的優質煤？（已知煤的供熱效率為20%，C(s)+O₂(g)=CO₂(g)；ΔH=-393kJ/mol）

Answer 1

（1）增效節能    （2）T₂＝430℃    （3）389.3tzxxk

解析:

（1）由沸騰爐導出的SO₂、O₂等氣體的溫度經除塵、去雜、洗滌等工藝處理后已大幅度下降，通過熱交換器后氣體的溫度又得以提高，這有利于后續反應（即由SO₂合成SO₃）的進行。SO₂的氧化反應是放熱反應，從接觸室導出的SO₃等氣體的溫度已高達600℃以上，難以被濃硫酸吸收。通過熱交換器后SO₃的溫度下降了，這有利于提高濃硫酸對它的吸收效率。總而言之，熱交換器在制H₂SO₄的過程中具有增效節能的作用。

（2）經過熱交換器后，SO₂、O₂吸收的熱量＝cm₁(T₂-80℃)，SO₃放出的熱量＝cm₂(600℃-250℃)。根據物理學原理及質量守恒定律可知，Q(吸)＝Q(放)，m₁＝m₂，故cm₁(T₂-80℃)＝cm₂(600℃-250℃)，即T₂＝430℃。

（3）若不使用熱交換器，欲使80℃的SO₂、O₂預熱到430℃，每年需提供的熱量為20×10³kg×365×0.8kJ/(kg??℃)×(430℃-80℃)=2.04×10⁹kJ，每千克優質煤供給的有效熱量為5240kJ/kg，使用熱交換器后每年可節約優質煤的質量為：2.04×10⁹kJ/(5240kJ/kg)=389.3t。