КАТЕГОРИИ:
АстрономияБиологияГеографияДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
|
Методика расчета теплового баланса отделения экстракции в производстве дигидратной ЭФК.Цель расчета: определение теплоты, вносимой поступающей в экстрактор циркулирующей пульпой.
Исходные данные. 1. Исходные данные, таблица материального баланса и расчеты. 2. Удельные теплоемкости веществ, кДж/(кг×К): апатитовый концентрат – 0,783 [3]; 93 %-ная серная кислота при 40 °С – 1,275 [6]; воздух при 20 °С – 1,004 [3]; фосфогипс – 1,072 [3]. 3. Температуры потоков, °С: апатит – средняя температура в самом жарком месяце; 93 %-ная серная кислота – 40; оборотная фосфорная кислота (27,62 % Н3РО4) – 70; воздух на входе – 20; газы на выходе – 60; пульпа на фильтрацию и циркулирующая пульпа – 80. 4. Кратность циркуляции пульпы КЦ = 8. 5. Относительная влажность воздуха – 0,8. 6. Потери теплоты в окружающую среду – 2 % от прихода теплоты. 7. Теплотами испарения воды и HF в виде SiF4 пренебрегаем вследствие их малости. 8. Отношение Ж/Т в пульпе – 3:1. 9. Массовая доля твердой фазы в пульпе Т=25 %, жидкой Ж=75 %. 10. Гипсовое число Г = 1,6. 11. Расчёты выполнить в МДж Расчет 1. Составить расчетную схему тепловых потоков экстрактора. На схеме указать все входящие и выходящие тепловые потоки, температуры потоков, искомые величины. Записать химическую реакцию, протекающую в экстракторе, с численным значением теплового эффекта. 2. Записать условие и уравнение теплового баланса. Уравнение теплового баланса имеет вид: Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 = Q8 + Q9 + Q10 + Q11, где Q1 – физическая теплота апатитового концентрата, подаваемого на экстракцию; Q2 – физическая теплота 93 % серной кислоты; Q3 – физическая теплота раствора разбавления (ОФК); Q4 – теплота, выделяемая при протекании экзотермической реакции разложения апатитового концентрата; Q5 – теплота, выделяющаяся при разбавлении 93 % серной кислоты в экстракторе; Q6 – физическая теплота циркулирующей пульпы; Q7 – физическая теплота воздуха, поступающего в экстрактор; Q8 – физическая теплота пульпы, идущей на фильтрацию; Q9 – физическая теплота газов, покидающих экстрактор; Q10 – физическая теплота циркулирующей пульпы, поступающей из экстрактора в вакуум-испаритель для охлаждения; Q11 – потери теплоты в окружающую среду. 3. Рассчитать физическую теплоту апатитового концентрата Q1, подаваемого на экстракцию. Принять среднюю температуру в районе г. Череповца в июле, т.е. в период наиболее напряженного теплового режима цеха, t = 17,6 °С 4. Рассчитать физическую теплоту Q2 93 % серной кислоты. 5. Рассчитать физическую теплоту Q3 раствора разбавления (ОФК). Удельную теплоемкость раствора разбавления определить по формуле; кДж/(кг×К): с = 4,2324 – 0,02969×х (14), где х – концентрация Н3РО4, % мас. 6. Рассчитать теплоту Q4, выделяющуюся при протекании экзотермической реакции разложения апатитового концентрата по формуле: Q4 = (mап/Mап)×Kизв×hап×q, где mап – масса фторапатита; Мап – молярная масса фторапатита; Кизв –коэффициент извлечения; hап = 1 – содержание фторапатита в апатитовом концентрате; q – тепловой эффект реакции взаимодействия серной кислоты с апатитовым концентратом, определяемый по уравнению реакции Ca5F(PO4)3 (тв) + 5H2SO4 (р) + 10H2O (ж) = 5CaSO4×2H2O (тв) + 3H3PO4 (р) + HF (г), DH<0. 7. Рассчитать теплоту Q5, выделяющуюся при разбавлении 93 % серной кислоты в экстракторе по формуле: Q5 = GK×q/98, где GK – часовое количество 100 % серной кислоты, поступающей в экстрактор; q – удельная теплота разбавления серной кислоты, кДж/кмоль: где n1, n2 – мольное отношение H2O:H2SO4 в исходном и конечном растворах серной кислоты, т.е. до и после разбавления в экстракторе. Для определения n2 необходимо знать концентрацию серной кислоты после разбавления в экстракторе (в предположении, что взаимодействие кислоты с апатитом происходит после смешения ее с другими жидкими компонентами). Определить эту концентрацию по данным материального баланса, составленного на 1000 кг апатитового концентрата: где - количество 100 % серной кислоты на 1 000 кг апатитового концентрата; - количество воды, поступающей с серной кислотой на 1 000 кг апатитового концентрата; - количество раствора разбавления, поступающего в экстрактор на 1 000 кг апатитового концентрата; СФК - концентрация H3PO4 в растворе разбавления, доли ед.; С’ФК - концентрация H3PO4 в циркулирующем растворе, т.е. жидкой фазе циркулирующей пульпы, доли ед. Рассчитать количество пульпы на 1 000 кг фосфата, поступающей на фильтрацию равно: GП=1000Г(n+1) где Г – гипсовое число; n – отношение Ж/Т. Рассчитать количество циркулирующей пульпы на 1000 кг фосфата, поступающей на фильтрацию по формуле: GЦ.П.= КЦ* GП 8. Обозначить физическую теплоту циркулирующей пульпы Q6 за х (МДж). 9. Рассчитать физическую теплоту воздуха, поступающего в экстрактор по формуле: (15) где VВОЗД = 235 000 м3/ч – объем воздуха, поступающий в экстрактор (по практическим данным); Свозд - теплоемкость воздуха, кДж/(кг×К); rВОЗД – плотность воздуха, кг/м3; tвозд - температура воздуха; Рt – парциальное давление водяных паров в насыщенном воздухе (из приложения табл. 7); МН2О - молярная масса воды, кг/кмоль; j - относительная влажность воздуха, доли ед.;Ht В.П. – энтальпия водяных паров, кДж/кг (из приложения табл. 7); РАТМ – атмосферное давление. 10. Рассчитать общий приход теплоты. 11. Рассчитать физическую теплоту пульпы Q8, идущей на фильтрацию по формуле: Q8 = GП×GАП×cП×tП, где GАП – расход апатита, кг/ч; cП – теплоемкость пульпы, кДж/(кг×К); tП – температура пульпы, идущей на фильтрацию, °С. Рассчитать удельную теплоемкость пульпы по формуле, кДж/(кг×К): CП = сЖ×хЖ + сТВ×хТВ, где сЖ – теплоемкость жидкой фазы в пульпе; хЖ - массовая доля жидкой фазы в пульпе; сТВ – теплоемкость фосфогипса; хТВ - массовая доля твердой фазы в пульпе. Условно принять, что жидкая фаза представляет собой раствор фосфорной кислоты, а твердая – фосфогипс, тогда сЖ можно определить по формуле (14). 12. Рассчитать физическую теплоту Q9 газов, покидающих экстрактор. Газы, покидающие экстрактор, содержат (без учета испарения водяных паров) HF и воздух. Физическая теплота газов, покидающих экстрактор, рассчитывается по формуле (15). 13. Рассчитать физическую теплоту циркулирующей пульпы Q10, поступающей из экстрактора в вакуум-испаритель для охлаждения по формуле: Q10 = GЦ.П×cЦ.П×tЦ.П. 14. Рассчитать потери теплоты в окружающую среду Q11. 15. Рассчитать общий расход теплоты: QРАСХ = Q8 + Q9 + Q10 + Q11. 16. Найти из условия теплового баланса х. Пересчитать Q6, Q11, QРАСХ. 17. Составить таблицу теплового баланса экстрактора на часовую производительность. 18. Сделать выводы.
|