Производство суперфосфата

7. Расчет массы фтороводорода

   В результате реакций (I), (II), (III), (IV) образуется

   m = ((548,045/504,31) * (3/7) + (82,877/504,31) + (30/584,35)*(16/3) + (10/231,02)*(4/3))*20,01 = 31,663 кг,

   где 20,01 – мольная масса НF, кг/кмоль.

   На  реакцию (VI) расходуется

   m = ((30/584,35)*(12/3) + (10/231,02)*(6/3))*20,01 = (0,2052+0,08655)*20,01 = 5,838 кг,

   где 0,2052 и 0,08655 – количество H₂SiO₃, образовавшейся по реакциям (III) и (IV) соответственно, кмоль.

   Масса фтороводорода в реакционной  смеси

   m = 31,663 – 5,838 = 25,825 кг.

8. Расчет массы четырехфтористого кремния (по реакции (VI))

   m = (0,2052+0,08655)*104,09 = 30,368 кг,

   где 104,09 – мольная масса SiF₄, кг/кмоль.

9. Расчет массы сульфата магния (по реакции (V))

   m = (4/84,32) * 120,38 = 5,706 кг,

   где 120,38 – мольная масса MgSО₄, кг/кмоль.

10. Расчет массы углекислого газа (по реакции (V))

   m = (4/84,32) * 44,01 = 2,086 кг,

   где 44,01 – мольная масса СО₂, кг/кмоль.

11. Расчет массы воды

   Масса воды, поступившей в реактор

   m = 6 + (1029,535 – 700,084) = 6 + 329,535 = 335,535 кг.

   Масса воды, прореагировавшей согласно уравнению (II):

   m = (82,877/504,31)*(15/3)*18,02 = 14,803 кг,

   где 18,02 – мольная масса воды, кг/кмоль.

   Масса воды, образовавшейся в результате реакций (III), (V), (VI)

   m = ((30/584,35)*(12/3) + (4/84,32) +(0,2052+0,08655))*18,02 = 9,809 кг.

   Масса испарившейся воды (25% от массы воды, поступившей в реакционную смесь  с раствором серной кислоты)

   m = 329,535*0,25 = 82,384 кг.

   Масса оставшейся воды

   m = 335,535 – 14,803 + 9,809 – 82,384 = 242,157 кг. 

   Таблица 2

   Материальный  баланс разложения апатитового концентрата  серной кислотой при получении суперфосфата на первой стадии, рассчитанный на 1т  апатитового концентрата.

   Невязка баланса 0,056% 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

3.6.2.Расчет  теплового баланса

   Исходные  данные:

   Температура апатитового концентрата на входе  в реактор t_ап = 20ºС;

   Теплоемкость  апатитового концентрата с_ап = 0,224 кал/г·град;

   Температура раствора серной кислоты на входе  в реактор t_кисл = 70ºС;

   Теплоемкость 70% - ной серной кислоты с_кисл = 0,493 кал/г·град;

   Подсос  воздуха в реактор V_возд = 200м³ на 100 кг апатитового концентрата;

   Плотность воздуха ρ_возд = 1,22 кг/м³;

   Температура воздуха t_возд = 20ºC;

   Теплоемкость  воздуха с_возд = 0,283 кал/кг·град;

   Суммарный тепловой эффект реакций (I), (II), (III), (IV) Q₁ = 86,1 ккал на 1 моль апатита;

   Тепловой  эффект реакции (V) Q₂ = 2,9 ккал на 1 моль MgCO₃;

   Тепловой  эффект реакции (VI) Q₃ = 17,8 ккал на 1 моль HF;

   Температура продукта на выходе из реактора t_сф = 110ºС;

   Теплоемкость  продукта с_сф = 0,345 кал/г·град;

   Температура отходящих газов t_газ = 100ºС;

   Теплоемкость  воды с_воды = 1 ккал/кг·град, SiF₄ с_кр = 0,49 ккал/кг·град;

   Теплота испарения воды Q_исп = 539,8 ккал/кг;

   Испаряется 25% воды, поступившей в реактор  с раствором серной кислоты;

   Потери  тепла Q_потерь = 4500 ккал. [5] 

   

1. Приход  теплоты

   1.1.С  раствором серной кислоты

   Q = с_кисл* t_кисл *m = 0,493*70*1029,535 = 35529 ккал.

   1.2.С  апатитовым концентратом

   Q = 0,224*20*1000 = 4480 ккал.

   1.3. С  воздухом

   Q = с_возд* V_возд* ρ_возд* t_возд = 0,238* 2000*1,22*20 = 11614 ккал.

   1.4.Теплота  реакций (I), (II), (III), (IV)

   Q = Q₁*m_ап/M_ап = 86,1*798/0,50431 = 136210 ккал.

   1.5.Теплота  реакций (V) и (VI)

   Q = Q₂*m(MgCO₃)/M(MgCO₃) + Q₃*m(SiF₄)/M(SiF₄) = 2,9*4/0,08432 + 17,8*30,368/0,10409 = 138 + 5193 = 5331 ккал.

2. Расход теплоты

   2.1.Теплота  основного продукта

   Q = 0,345*110*1915,833 = 72706 ккал.

   2.2.Затраты  на испарение воды

   Q = 329,457*0,25*539,8 = 44460 ккал.

   2.3.Теплота  отходящих газов

   Q = (с_возд* V_возд* ρ_возд* + с_кр*m_кр + с_воды *m_воды)*t_газ = (0,238*2000*1,22 + 0,49*30,368 + 1*82,384)*100 = 67798 ккал. 
 
 
 

   Таблица 3

       

     Тепловой баланс 

   Невязка баланса 2%. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

   3.6.3.Расчет теоретических и практических расходных коэффициентов 

   

1. Теоретические расходные коэффициенты

   Суммарное уравнение реакции разложения апатита  серной кислотой:

   2Са₅F(РО₄)₃ + 7Н₂SО₄ +3Н₂О = 3Са(Н₂РО₄)₂*Н₂О +7СаSО₄ + 2НF

   Масса Р₂О₅ в продукте, полученном из 1000 кг апатитового концентрата, содержащего 950 кг апатита, будет равна

   m = 950*(3/2)*(141,94/504,31) = 401,07 кг,

   где 141,94 – мольная масса Р₂О₅, кг/кмоль;

   504,31– мольная масса Са₅F(РО₄)₃, кг/кмоль.

   Расходный коэффициент по апатитовому концентрату

   1000/401,07 = 2,49 кг сырья на 1 кг усвояемого  Р₂О₅.

   Теоретическая масса 69%-ной серной кислоты

   m = 950/504,31*(7/2)*98,08/0,69 = 937,19 кг.

   Расходный коэффициент по серной кислоте

   937,19/401,07 = 2,34 кг 69%-ой Н₂SО₄ на 1 кг усвояемого Р₂О₅. 

   

2. Практические  расходные коэффициенты

   Примем  потери Р₂О₅ при транспортировке и вследствие неполного протекания реакций 2%.

   Расходный коэффициент по апатитовому концентрату

   1000/(401,07*0,98) = 2,54 кг сырья на 1 кг усвояемого Р₂О₅.

   Расходный коэффициент по по серной кислоте

   1029,535/(401,07*0,98) = 2,62 кг 69%-ой Н₂SО₄ на 1 кг усвояемого Р₂О₅. 
 

   Таблица 4

   Расходные коэффициенты