Hisob qismi
3.1 Fosfor kislotasi ishlab chiqarishning issiqlik balansi

|
Hisob qismi
3.1 Fosfor kislotasi ishlab chiqarishning issiqlik balansi
|
bet | 9/15 | Sana | 06.12.2023 | Hajmi | 0,63 Mb. | | #112476 |
Bog'liq Ortofosfat kislota asosida ammoniy polifosfatlar olish texnologiyasining 2Hisob qismi
3.1 Fosfor kislotasi ishlab chiqarishning issiqlik balansi
Fosfor oksidi P2O5 bo'yicha yiliga 110 ming tonna quvvatga ega bo'lgan sex uchun fosfor kislotasini olish jarayonining soatlik issiqlik balansini tuzing (30% P2O5).
Soatlik iste'moli: apatit konsentrati 35 tonna; 100% H 2 SO 4 30,625 t; vakuum bug'latgichga kirishda aylanma pulpa 1176 tonna va undan chiqishda 1110,5 tonna ((33600 - 1871,63) 35 = 1110492,95 kg); suyultirish eritmasi 126,771 t (3622,03·35). Filtrlash uchun 196 t/soat (5600·35) pulpa ajratiladi. Ekstraktor 78% gacha suyultirilgan va 40 ° C gacha sovutilgan sulfat kislota oladi.
Suyultirish eritmasi 29,2% P2O5 ni , aylanma pulpaning suyuq fazasi esa 30% P 2 O 5 ni o'z ichiga oladi . Chiqarilgan gazlarni so'rib olish uchun ekstraktorga 5000 m 3 / soat havo beriladi. Amaliy ma'lumotlarga ko'ra, atrof-muhitga issiqlik yo'qotilishi boshqa iste'mol tovarlarining ~1,8% ni tashkil qiladi [5].
Issiqlikning kelishi
Umumiy issiqlik quyidagi issiqliklar bilan aniqlanadi: apatit (Qap), sulfat kislota (Qsk), suyultirish eritmasi (Qr.r), shuningdek, reaksiya issiqliklari (Qr) va sulfat kislotani ekstraktorda suyultirish (Qdizb). ). Bundan tashqari, issiqlik kiruvchi havo (Qair) va aylanma pulpa (Qc.p) tomonidan kiritiladi.
Qin = Qap + Qsk + Qr.r + Qr + Qdil + Qair + Qc.p.
Keling, bu issiqliklarni aniqlaylik
Qap = 35000·0,783·25,9 = 709789,5 kJ? 710 MJ,
bu erda 0,783 - apatit kontsentratining solishtirma issiqlik sig'imi, kJ/(kg K);
25,9 - eng issiq oyda (iyul) Voronejdagi o'rtacha harorat, ya'ni. ustaxonaning eng qizg'in issiqlik rejimi davrida, ° S.
Qsk = (1121,8 35) 1,948 40 = 3059372,96 kJ?3059,4 MJ,
bu erda 1,948 - 78% H 2 SO 4 ning o'ziga xos issiqlik sig'imi , kJ / (kg K);
40 - kislota harorati, ° C;
Qr.r = (3622,03·35) ·3,036·55 = 21168229,93 kJ?211683 MJ,
bu erda 3,036 - fosfor kislotasining suyultirilgan eritmasining solishtirma issiqlik sig'imi;
55 - kiruvchi suyultirish eritmasining harorati, °C.
Sulfat kislotaning apatit kontsentrati bilan reaksiyasining issiqlik effekti (apatit konsentratidagi barcha P 2 O 5 florapatit shaklida bo'lishi sharti bilan)
CaF(PO 4 ) 3 + 5H 2 SO 4 + 10H 2 O = 5CaSO 4 2H 2 O + 3H 3 PO 4 + q,
Gess qonuni bilan belgilanadi
q = (5 2022,6 + 3 1278,2 + 269,6) - (6828,7 + 5 839,5 + 10 286,4) = 14217,2 - 13890,2 = 327 kJ/kmol ,
Reaksiyaga kirishuvchi moddalarning hosil bo'lish issiqliklari va hosil bo'lgan reaktsiya mahsulotlarining qiymatlari jadvalda keltirilgan. 7.
7-jadval - Reaksiyaga kirishuvchi moddalar va hosil bo'lgan reaksiya mahsulotlarining hosil bo'lish issiqliklarining qiymatlari
|
|
|
Ism
moddalar
|
hosil bo'lish issiqligi, kJ/mol
|
Ism
moddalar
|
hosil bo'lish issiqligi kJ/mol
|
CaSO 4 *2H 2 O(tv)
|
2022.6
|
CaF(PO 4 ) 3 (qattiq)
|
6828.7
|
H 3 PO 4 (eritma)
|
1278.2
|
H 2 SO 4 (eritma)
|
839,5
|
HF (g.)
|
269.6
|
H 2 O (l)
|
286.4
|
Bu yerdan
Qr = = 17181125 kJ? 17181,1 MJ,
bu erda 0,78 - apatit konsentratidagi florapatitning miqdori, birning ulushi;
0,97 - florapatitning parchalanish darajasi, birlik ulushi;
504 - fluorapatitning molekulyar og'irligi.
Ekstraktorda 78% H 2 SO 4 bilan suyultirish issiqligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
Qdil = G k ·q/98 = (30625 · 39239,12)/98 = 12262225 kJ? 12262,2 MJ,
bu yerda G k - ekstraktorga kiradigan sulfat kislotaning soatlik miqdori, kg.
Sulfat kislota q ni suyultirishning solishtirma issiqligi quyidagi formula bilan aniqlanadi:
q = - kJ/kmol.
Bu yerga ? 1 va ? 2 - sulfat kislotaning dastlabki va oxirgi eritmalarida H 2 O: H 2 SO 4 ning molyar nisbati (ekstraktorda suyultirishdan oldin va keyin).
? 1 = (22 98)/(18 78) = 1,54 kmol H 2 O/kmol H 2 SO 4 .
Aniqlash uchun? 2 sulfat kislota C2 ning ekstraktorda suyultirilgandan so'ng konsentratsiyasini bilish kerak (apatit bilan kislotaning o'zaro ta'siri uni boshqa suyuqlik komponentlari bilan aralashtirgandan keyin sodir bo'ladi deb hisoblasak). Ushbu konsentratsiya 1000 kg apatit konsentrati uchun tuzilgan moddiy balans ma'lumotlariga ko'ra aniqlanadi
C 2 = 100 = 4,102%,
bu erda 875 va 246,8 - monohidrat va 78% H2SO4 bilan ta'minlangan suv miqdori , kg;
3622.03 va 33600 - ekstraktorga kiradigan suyultirish eritmasi va aylanma pulpa miqdori, kg;
0,395 va 0,249 - suyultirish eritmasi va aylanma eritmadagi H3PO4 konsentratsiyasi , birining fraktsiyalari;
0,714 - aylanma pulpadagi suyuqlik fazasining tarkibi, birining fraktsiyalari.
Nihoyat:
? 2 = · = 127,28 kmol H 2 O/kmol H 2 SO 4 .
Shuning uchun
q = - = 39239,12 kJ/kmol.
Ekstraktorga kiradigan havo kiritadi
Qair = 5000 · 1,004 · 1,29 · 20 + = 320275 kJ ? 320,3 MJ,
bu erda 5000 - N nuqtadagi hajm. u. kiruvchi havo (amaliy ma'lumotlarga ko'ra), m 3 / soat;
1,004 - havoning issiqlik sig'imi, kJ/(kg k);
1,29 - havo zichligi 0 ° C va 1,013 · 10 5 Pa (760 mm Hg), kg / m 3 ;
2333 Pa - 20 ° (17,5 mm Hg) da to'yingan havodagi suv bug'ining qisman bosimi;
0,8 - havoning nisbiy namligi;
2530 - 20 ° C da suv bug'ining entalpiyasi, kJ / kg.
Vakuum bug'latgichdan aylanma pulpa bilan ekstraktorga kiradigan issiqlik Qts.p umumiy issiqlik kirishi va chiqishi o'rtasidagi farqdir.
Va nihoyat, ekstraktorga umumiy issiqlik kiritish tengdir
Qin = 709789.5 + 320275.5 + 21168229.93 + 17181125 + 12262225 + 320275.5 + Qts.p = 54701017.89 + Qts.p, kJ.
Issiqlik iste'moli
Olib ketilgan issiqlik issiqliklarning yig'indisi: filtrlash uchun yuborilgan pulpa (Qp); ekstraktordan chiqadigan gazlar (Qg); sovutish (Q'ts.p) va issiqlik yo'qotish (Qpot) uchun ekstraktordan vakuumli bug'latgichga keladigan aylanma pulpa.
Keling, bu issiqliklarni aniqlaylik.
69 °C da filtrlash uchun ketadigan pulpa ekstraktorining issiqligi ga teng
Qp = (5600 35) Sp 69,
bu erda 196000 - pulpa miqdori, kg;
69 - harorat, ° C;
Sp - pulpaning solishtirma issiqlik sig'imi, kJ/(k K), formula bilan aniqlanadi:
Sp = Szh · Xzh + Stv · Htv.
Bu erda Czh va Stv - pulpadagi suyuq va qattiq fazalarning issiqlik sig'imlari kJ/(kg K) F
Khzh va Khtv - pulpadagi suyuq va qattiq fazalarning massa ulushlari.
Biz pulpaning suyuq fazasini fosfor kislotasining eritmasi (ifloslarni hisobga olmagan holda) va qattiq faza gips deb hisoblaymiz, keyin:
Sp = (4,2324 - 0,02968 44,8) = 2,392 kJ/(kg K),
bu erda 4,2324 - 0,2968 · 44,8 - 44,2 % H3PO4 yoki 30 % P2O5 konsentratsiyasi bo'lgan fosfor kislotasining o'ziga xos issiqligi ;
4000/5600 - pulpa tarkibidagi fosfor kislotasi F / S nisbati = 2,5: 1;
1600/5600 - pulpa tarkibidagi gips miqdori;
1.072 - gipsning issiqlik sig'imi.
Va nihoyat
Qp = 196000·2,392·69 = 32349,408 kJ ?32349,4 MJ/soat.
Ekstraktordan chiqadigan gazlarning issiqligi 40 °C da, havo va suv bug'lari sifatida hisoblanadi
Qg = 5000·1,004·1,29·40 + kJ?
897,0 MJ/soat.
Bu yerda 5000·1,004·1,29·40 - ekstraktorga kiradigan havo tomonidan kiritilgan issiqlik;
7373 Pa - 40 ° C da to'yingan gazdagi suv bug'ining qisman bosimi;
0,8 - havoning nisbiy namligi;
2568,6 - suv bug'ining issiqligi, kJ/kg [6].
Vakuum bug'latgichga yuborilgan aylanma pulpa tomonidan olib ketilgan issiqlik
Q'ts.p = 1176000·2,392·69 = 194096448 kJ ?194096,45 MJ.
Amaliy ma'lumotlarga ko'ra, Qpot issiqlik yo'qotilishi issiqlik iste'molining boshqa moddalarining ~ 1,8% ni tashkil qiladi, ya'ni:
Qpot = (32349,4 +194096,45 + 897) ·0,018 = 4092,17 MJ.
Ekstraktordan jami issiqlik iste'moli quyidagicha bo'ladi:
Qexp = 4,92,17 + 897 + 194096,45 + 32349,4 = 231435,02 MJ/soat.
Umumiy oqim tezligini bilib, ekstraktorga kiradigan aylanma pulpa tomonidan kiritilgan issiqlikni aniqlaymiz; u teng:
Qts.p = 231435.0200 - 054701.0 = 176734.02 MJ.
Biz fosfor kislotasini olish bo'limining soatlik issiqlik balansini taqdim etamiz (8-jadval).
|
| |