Приход теплоты
Суммарная теплота определяется теплотами, вносимыми: апатитом (Qan), серной кислотой (Qск), раствором разбавления (Qp.p), а также теплотами реакции (Qp) и разбавления серной кислоты в экстракторе (Qpaзб). Кроме того, теплоту вносит поступающий воздух (Qвозд) и циркулирующая пульпа (Qц.п.). Итак:
Qприх = Qan + Qск + Qp.p + Qp + Qpaзб + Qвозд + Qц.п.
Определим эти теплоты:
1. Qап = mапатита · Сапатита · t = 59197 · 0,783 · 17, 6 = 815782,02 кДж = 815,78 МДж
(Cапатита (0,783) — удельная теплоемкость апатитового концентрата, кДж/(кг • К); 17,6 — средняя температура в Северо-Западном районе в июле, т. е. в период наиболее напряженного теплового режима цеха, °С).
2. Qск. = m76% Н2SO4 · С76%-ной Н2SO4 · t = 70876, 57 · 2,067 · 35 = 5127565,5 кДж = 5127,57 МДж
(С76%-ной Н2SO4 — удельная теплоемкость 76%-ной H2S04, кДж/(кг-К) при 35°С, рассчитывается по формуле: С76%-ной Н2SO4 = ХН2О*СН2О + ХН2SО4 *СН2SО4 = 4,17825*0,24 + 1,4*0,76 = 2,067 кДж/(кг-К) ; 35 — температура кислоты, °С).
3. Q р.р. = (mоб.к-ты + mпром. р-ра) · С20,65%-ной Н3РO4 · tр-ра разб. = (129614,2 + 127942,78) · 3,42 · 60 = 52850692,3 кДж = 52850,69 МДж
(С20,65%-ной Н3РO4 — удельная теплоемкость раствора разбавления фосфорной кислоты концентрации 20,65% Н3Р04, кДж/(кг-К) при 60°С, рассчитывается по формуле: С20,65%-ной Н3РO4 = ХН2О*СН2О + ХН3РО4 *СН3РО4 = 0,2065*0,493 + 0,7935 *4,1841 = 3,42 кДж/(кг-К), 60 — температура поступающего раствора разбавления, °С).
4. Тепловой эффект реакции взаимодействия серной кислоты с апатитовым концентратом (при условии, что вся Р205 в апатитовом концентрате находится в виде фторапатита):
Ca5F(Р04)3 + 5H2S04 +10Н20 = 5CaS04*2H20 + ЗН3Р04 + HF + q
определяем по закону Гесса:
q = (5 · 2022,6 + 3· 1278,2 + 269,6) – (6828,7 + 5· 839,5 +10 · 286,4) =
= 14 217,2 - 13 890,2 = 327 кДж/кмоль
Здесь значения теплот образования реагирующих веществ и образующихся продуктов реакции равны, в кДж/кмоль:
CaS04* 2H20 (tb.) = 2022,6
Ca5F(P04)3 (tb.) = 6828,7
H3P04 (p-p) = 1278,2
H2SO4 (p-p) = 839,5
HF (г.) = 269,6
H20 (ж.) = 286,4
Отсюда:
Qр = mапатита ·0,98 · q · 1000 / Мапатита = 59197· 0,98 · 327· 1000 / 504 = 37639425,83 кДж = 37639,43 МДж
(0,98 — степень разложения фторапатита, доля единицы; М апатита — молекулярная масса фторапатита).
5. Теплоту разбавления в экстракторе 76%-ной H2S04 определяем по формуле:
Qразб = Gk ∙ q / Mh2so4 = 53869,27∙ 37043,26/ 98 = 20362,18 МДж
Здесь Gk —количество серной кислоты, поступающей в экстрактор, кг.
Удельную теплоту разбавления серной кислоты q определяем по формуле:
Здесь п1 и n2 — мольное отношение Н20: H2S04 в исходном и конечном растворах серной кислоты (до и после разбавления в экстракторе):
n1= (24*98)/(18*76) = 1, 72 кмоль Н20/кмоль H2S04
Для определения n2 необходимо знать концентрацию серной кислоты С2 после разбавления в экстракторе (в предположении, что взаимодействие кислоты с апатитом происходит после смешения ее с другими жидкими компонентами). Эту концентрацию определяют по данным материального баланса, составленного на 59197 кг апатитового концентрата:
С2 = 53869,27·100% / (53869,27 + (70876,57 - 53869,27) + (129614,2 + 127942,78) · (1- 0,2847) + 1648044,46(1-0,4408)) = 4,58 %
Концентрация Р2О5 в циркулирующей пульпе 31,94 % или 44,08% Н3РО4.
Окончательно:
n2 = 95,42 · 98 / 18 · 4,58 = 113,43кмоль Н2О / кмоль Н2SО4
Следовательно:
q = (74776 · 113, 43 / 113,43 + 1,7983) – (74776 · 1,72 / 1,72 + 1,7983) = 73599,17 – 36555,93 = 37043,26 кДж/кмоль
6. Поступающий в экстрактор воздух вносит:
Qвозд = 120000 ∙ 1,004 ∙ 1,29 ∙ 20 + (120000∙2333∙18∙0,8 / (101323 – 2333 ∙0,8) ∙ 22,4) ∙ 2530 = 7687,2 МДж
(120000 — объем при н. у. поступающего воздуха (по практическим данным), м3/сут;
1,004 — теплоемкость воздуха, кДж/(кг-К);
1,29 — плотность воздуха при 0 °С и 1,013*105 Па (760 мм рт. ст.), кг/м3;
2333 Па — парциальное давление водяных паров в насыщенном при 20° воздухе (17,5 мм рт. ст.);
0,8 — относительная влажность воздуха;
2530 — энтальпия водяных паров при 20 °С, кДж/кг).
Теплота, поступающая в экстрактор с циркулирующей пульпой вакуум-испарителя Qц.п есть разность между общим приходом расходом теплоты.
И окончательно, общий приход теплоты в экстрактор равен:
Qприх= 815,78 + 5127,57 + 52850,69 + 37639,43+ 20362,18 + 7687,2 + Qц.п = 124482,85 + Qц.п
Do'stlaringiz bilan baham: |