熱量衡算示例

熱量衡算示例。求車間生產(chǎn)能力為11萬噸/年P(guān)O萃取磷酸（32%PO）過程的小時熱量平25 25衡（采用真空冷卻）。小時消耗量為：磷精礦36.7噸；100%HSO33.5噸；真空蒸發(fā)器進口循環(huán)2 4料漿1412噸，出口1406噸；返回淡磷酸'145.2噸。抽出235噸/小時料漿去過濾。萃取槽加入稀釋到56%,冷卻到40°C的硫酸。淡磷酸含29.2%P2O5,循環(huán)料漿的液相含32%P2O5。向萃取槽加入5000米3/小時空氣以便排出逸出的氣體。周圍空間的熱損失，，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約取支出熱量的1.8%。入萃取槽淡磷酸的溫度55C?？諝鉁囟?0C。排出氣體溫度40C。排出料漿溫度69Co（注意：磷精礦的小時消耗量為實際耗量，即由物料衡算100kg磷礦生產(chǎn)的P2O5量和每年的PO產(chǎn)量進行折算；其理論耗量，是由CaF（PO）的理論PO含量求得CaF（PO）的25 5 43 25 5 43消耗量，再以任務(wù)書中所給的原料磷精礦中P2O5含量換算成Ca5F（PO4）3的含量，進行原料磷精礦耗量的計算，理論耗量未考慮磷的損失和收率等）。1、收入熱量：總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q磷礦），硫酸（Q硫酸），淡磷酸（Q淡磷酸），以及反應(yīng)熱（Q反應(yīng)）和萃取槽中硫酸稀釋熱（Q稀釋）。另外，還有空氣（Q空氣）和循環(huán)料漿（Q循環(huán);）帶入的熱量。即：Q進Q磷礦+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反應(yīng)+Q稀釋+Q空氣+Q循環(huán)料漿（注意：因為采用真空冷卻時需要將反應(yīng)槽中的料漿泵入真空冷卻器，冷卻后再返回反應(yīng)槽，所以只有采用真空冷卻時才需要考慮Q循環(huán)料漿）下面分別求每一項帶入的熱量：Q磷礦=36700X0.783X17.6=505755（KJ）Q505X106J（0.783——磷精礦比熱，KJ/kg?K;17.6——夏季月平均溫度，即車間熱負荷最大期間的溫度CQ硫酸=59800X2.470X40=5908747（KJ）^5908.7X106J（式中：2.470——40C時56%H2SO4的比熱，KJ/kg-K）H2SO4的比熱可以查手冊。當(dāng)硫酸濃度Cs=81%-100%，溫度t=20-250C范圍，硫酸溶液的平均熱容為（h2SO4比熱數(shù)學(xué)模型）：C=（B+B*Cs+B*Cs2+B*t+B*t2+B*Cs*t+B*Cs2*t）*4.19/tt0 1 2 3 4 5 6式中系數(shù)：B「-38.2471158,B1=0.8799812,B「-0.0050389,B3=1.4884802,B4=0.0002962,B5=-0.0201982,B6=0.0000868Q淡磷酸=145200X3.036X55=24245496（KJ）*24245.5X106J[式中：：3.036——29.2%P2O5磷酸溶液的比熱KJ/kg-K，可以查曲線或按以下經(jīng)驗公式計算：C=4.2324-0.02968X40.3=3.036（KJ/kg?K），式中:40.3為淡磷酸含H3PO4重量%]硫酸與磷精礦的反應(yīng)熱（磷精礦中的全部P2O5都按氟磷灰石計）：CaF（PO）+5HSO+10HO=5CaSO-2HO+3HPO+HF+q5 43 2 4 2 4 2 3 4 2根據(jù)蓋斯定律q「（5X2022.6+3X1278.2+269.6）-（6828.7+5X839.5+10X286.4）=327（KJ/mol）上式中反應(yīng)物和生成物的生成熱（KJ/mol）：CaSO4.2H2O（ 固體）：2022.6；H3PO4（溶液）：1278.2；Ca5F（PO4）3（固體）：6828.7;H2SO4（溶液）：839.5;HO（液體）:286.4；2HF（氣體）:269.6由此可得：八36700x0.93x0.98x327x1000=21701627（KJ=21701627（KJ）反應(yīng) 504◎21701.6X106J式中：0.93——磷精礦中氟磷灰石含量，單位分數(shù)，(即：磷精礦中P2O5的含量；3PO分子量X2CaF(PO)分子量)；25 5 430.98——氟磷灰石的分解率，單位分數(shù)；504——氟磷灰石的分子量。萃取槽中H2SO4稀釋熱按下式確定：Q稀釋二G硫酸Xq2/98=(33500X20976.9)/98=7170675(KJ)q7170.7X106J上式中：G硫酸_無水硫酸的量；q2——硫酸的比稀釋熱(KJ/mol)，按下式確定：q=7"_74776ni(KJ/kmol)2n+1.7983n+1.7983式中n和n為硫酸進入萃取槽稀釋前后溶液中HO/HSO摩爾比。1 2 2 2 4n=(44X98)/(18X56)=4.281為了確定氣，必須知道稀釋后萃取槽中硫酸的濃度C2(假定硫酸同其它的液體組分混合以后，才同磷灰石反應(yīng))。此濃度可根據(jù)以1000公斤磷精礦為基準的物料衡算數(shù)據(jù)確定：

910C2—910+715+3940.6(1—0.403)+382344x0.75x(1—0.442)'頂。％-心%910式中：910和715分別為無水硫酸量和56%H2SO4帶入的水量（公斤）；3940.6和38234.4分別為進入萃取槽的淡磷酸量和循環(huán)料漿量（公斤）；0.403和0.442分別為淡磷酸和循環(huán)料漿液相中H3PO4的濃度（單位分數(shù)）;0.75為循環(huán)料漿中液相含量（單位分數(shù)）。 34從而得出：n=9'5x絲~=115.542 18 4.574776+115.5474776x4.28,因而，q= 一 =20976.9（KJ/Kmol）2115.54+1.79834.28+1.7983進入萃取槽空氣帶入的熱量：5000x2333x18x0.8Q=5000x1.004x1.29x20+ x2530空氣 （101323—2333x0.8）x22.4=320275（KJ）q320.3X106J（式中：1.004——空氣熱容，KJ/kg-K；1.29——0°。和1.013X105Pa時的空氣密度，kg/m3；2333——20°C空氣中飽和水蒸氣的分壓Pa；0.8——空氣的相對濕度；2530——20C時水蒸氣的焓，KJ/kg）。來自真空蒸發(fā)器去萃取槽的循環(huán)料漿帶入的熱量Q循環(huán)料漿，是總的收入熱量和支出熱量之差。所以，萃取槽的總收入熱量為：Q收入二505755+5908747+24245496+21701627+7170675+320275+Q循環(huán)料漿二59852575+Q '循環(huán)料漿2、支出熱量：帶走的熱量是下列熱量總和：送去過濾的料漿（Q）；料漿從萃取槽排出的氣體（Q氣體）；送真空蒸發(fā)器冷卻的循環(huán)料漿（Q’循環(huán)料漿）和熱損失（QU下面分別求每一項帶出的熱量：69C時，送去過濾的料漿帶走的熱量為：Q料漿=235000XC料漿X69

式中：235000——料漿量，kg；69——溫度，。CC料槳——料漿比熱，KJ/kg-K，其值按下式確定，C料"液X建固X固(C液和C固——料漿中液相和固相的熱容，KJ/kg-K;X液和X固——料漿中液相和固相的質(zhì)量分數(shù))當(dāng)不考慮雜質(zhì)時，料漿中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。則:C=料漿=2.4584(KJ/kg-k)(4.2324-0.02968x44.2)x^800C=料漿=2.4584(KJ/kg-k)6400 6400(4.2324-0.02968X44.2)——濃度為32%PO即44.2%HPO磷酸的比熱;25 3 44800/6400——液/固=3/1時料漿中磷酸的質(zhì)量分數(shù)；1600/6400——料漿中石膏的質(zhì)量分數(shù)；1.072——石膏熱容)。從而：Q,漿=23500X2.4584X69=3986295.6(KJ)^3986.3X106J40C時，從萃取槽排出氣體帶走的熱量，以空氣和水蒸氣計算(HF)和Sg的熱量，由于其值很小，可忽略不計)：Q^=5000x1.004x1.29x40+ 丸00x7373x18x0.8乂2568.6氣體 (101323—7373x0.8)x22.4=896950(KJ)q897.0X106J去真空蒸發(fā)器的循環(huán)料漿帶走的熱量為：Q’循環(huán)料漿=1412000X2.4584X69=239517000(KJ)q239517X106J(1412000——循環(huán)料漿量，kg；2.4584——料漿熱容KJ/kg?K)。熱損失Q熱損，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約為各項支出熱量的1.8%即6533.9X106J.則萃取槽總的支出熱量為：Q=(3986.3+897.0+239517+6533.9)X106=250934.2X106J從而可求得進萃取槽循環(huán)料漿帶入的熱量為：Q=(250934.2-59852.6)X106=191081.6X106J循環(huán)料漿3、萃取磷酸工段的小時熱平衡：收入106J/h 支出106J/h去過濾料漿帶出：3986.3排出廢氣帶出：去過濾料漿帶出：398