Технологические расчеты
.doc5. Технологические расчеты
Расчет материального баланса производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным способом.
Исходные данные:
-
Состав фосфорита приведен в таблице 5.1
Таблица 5.1 – Состав фосфорита
-
Вес. %
кг на 1 т
Р2О5
28,2
282
СаО
45,8
458
СО2
6,0
60
F
2,6
26
Al2O3
1,8
18
Нерастворимый в кислоте остаток
15,6
156
Всего:
100%
1000 кг
-
Концентрация серной кислоты — 68% . Норма кислоты 100% от стехиометрии.
-
Степень разложения сырья 99%.
-
В газовую фазу переходит 25% фтора.
-
Соотношение соединений фтора в газовой фазе объемное SiF4:HF=1:1.
-
Кратность циркуляции пульпы 5,8, отношение Ж:Т=3:1.
Для удобства расчет проводим на 1 т фосфорита.
Приход.
-
Количество серной кислоты, необходимой для разложения фосфорита по реакции СаО + Н2SО4 = СаSО4 + Н2О:
1000∙0,458∙98/56 = 801,5 кг
При норме кислоты 100% от стехиометрической, расход моногидрата:
801,5∙1,0 = 801,5 кг
Расход 68%-ной серной кислоты:
801,5/0,68 = 1178,68 кг
Количество воды, поступающей с кислотой:
1178,68 - 801,5 = 377,18 кг
2 Количество фосфорита определяется основанием расчета 1000 кг. Соответственно, приход компонентов фосфорита указан в таблице 5.1.
Расчет количества реакционной воды и воды на промывку производится ниже с использованием данных о расходе материалов.[7]
Расход.
1.Количество Р2О5, переходящее в раствор в процессе экстракции при коэффициенте извлечения фосфорной кислоты в раствор 97%:
1000∙0,282∙0,97 = 273,54 кг
Количество Р2О5, переходящее в кислоту в процессе отмывки гипса при коэффициенте 97%:
273,54∙0,97 = 265,3 кг
Количество фосфорной кисоты (Н3РО4), содержащей 265,3 кг Р2О5:
265,3∙196/142 = 366,24 кг
Количество фосфорной кисоты в пересчете на раствор с концентрацией 25% Р2О5:
265,3∙100/25 = 1061,2 кг
Потери Р2О5:
остается неразложившегося Р2О5
282 – 273,54 = 8,46 кг
в пересчете на фторапатит это составит
8,46∙504/213 = 20,02 кг
в нем находится СаО
20,02∙5∙56/504 = 11,12 кг
уходит с жидкой фазой фосфогипса
273,54 – 265,3 = 8,24 кг
2.Количество продуктов, получающихся в результате реакций.
1) Гипса СаSО4∙2Н2О
1000∙0,458∙172/56 = 1406,7 кг
в том числе кристализационной воды:
1000∙0,458∙36/56 = 294,4 кг
2) В результате разложения фторапатита в газообразную фазу переходит фтористых соединений в расчете на фтор
1000∙0,025∙0,25 = 6,25 кг
или в виде SiF4:
6,25∙104/(4∙19) = 8,55 кг
Учитываем, что в неразложенном фосфате находится 3% фтора от общего его количества, т.е. 25∙0,03 = 0,75 кг; в растворе остается фтористых соединений в расчете на фтор
25 – 6,25 – 0,75 = 18 кг
или в расчете на фтористый водород
18∙25/19 = 23,68 кг
3) Из фтористого водорода по балансовой реакции
6НF + SiО2 = Н2SiF6 + 2Н2О
образуется следующее количество Н2SiF6:
23,68∙144/(6∙25) = 22,73 кг
При этом выделится воды:
23,68∙2∙18/(6∙25) = 6,68 кг
4) Количество воды, образующейся при реакции: СаО + Н2SО4 + Н2О
1000∙0,458∙18/56 = 147,21 кг
5) При условии, что вся двуокись углерода перейдет в газовую фазу, количество выделившейся СО2 будет 75 кг.
Всего выделяется сухих газов (СО2 и SiF4):
8,55 + 75 = 83,55 кг
6) Образуется фосфата алюминия по реакции
Al2O3 + 3H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O
18∙244/102 = 43,06 кг
На его образование израсходуется Р2О5:
43,06∙71/122 = 25,06 кг
При этом выделится воды:
18∙54/102 = 9,5 кг
7) Всего связанной Р2О5 образуется 25,06 кг.
Свободной Р2О5 в кислоте остается:
265,3 – 25,06 = 240,24 кг
Рассчитываем дополнительные статьи прихода и расхода.
1.Всего образуется воды в результате реакций:
147,21 + 6,68 + 9,5 = 163,39 кг
2.Количество оборотного и промывного раствора.
1) Количество экстракционной пульпы, поступающей из экстракционной системы на фильтрацию:
1500(1 + 3) = 6000 кг
Количество жидкой фазы в пульпе:
6000 – 1500 = 4500 кг
В ней содержится 25% Р2О5, что составляет:
4500∙0,25 = 1125 кг Р2О5
2) Количество жидкой фазы в гипсе первой фильтрации до промывки составляет (при влажности его 46,2%):
46,2∙1500/(100 – 46,2) = 1288,4 кг
В этом количестве жидкой фазы содержится Р2О5:
1288,4∙0,25 = 322,1 кг
3) Количество Р2О5, переходящее в раствор при промывке фосфогипса и вводимое в экстракцию с промывным раствором:
322,1 – 8,24 = 313,86 кг
4) Количество Р2О5, вводимое на экстракцию с оборотной кислотой:
1125 + 8,46 – 282 – 313,86 = 537,6 кг
5) Следовательно, количество оборотной кислоты с концентрацией 25% равно:
537,6/0,25 = 2150,44 кг
6) Испаряется воды в процессе экстракции 150 кг на 1 т фосфата.
7) Количество промывного раствора, которое должно быть подано на экстракцию:
6000 + 83,55 + 150 – (1020 + 1178,68 + 2150,44) = 1884,43 кг
Концентрация Р2О5 в промывном растворе:
313,86∙100/1884,43 = 16,65%
3.Количество промытого влажного фосфогипса при содержании твердой фазы во влажном фосфогипсе 60%:
1500/0,6 = 2500 кг
4.Суммируя количества веществ, образующихся из 1 т фосфорита, получаем расход материалов:
Фосфорная кислота…………………1061,2 кг
Газы……………………………………83,55 кг
Фосфогипс (влажный)………………...2500 кг
Испарившаяся вода………………….…150 кг
Всего: 3794,75 кг
5.Вычитая из общего расхода материалов известные (вычисленные ранее) элементы прихода материального баланса, устанавливаем необходимое количество воды на промывку фосфогипса. Оно равно:
3794,75 – (1020 + 1178,68) = 1596,07 кг
Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфорита приведен в таблицах 5.2, 5.3
Таблица 5.2 - Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты (приход)
Приход |
кг |
% |
на 18000 кг |
1.Серная кислота, в т. ч. |
1178,68 |
31,1 |
21216,24 |
воды |
377,18 |
|
6789,24 |
2.Фосфорит (без учета влаги), в т.ч. |
1000 |
26,3 |
18000 |
Р2О5 |
282 |
|
5076 |
СаО |
458 |
|
8244 |
СО2 |
60 |
|
1080 |
F |
26 |
|
468 |
Al2O3 |
18 |
|
324 |
Нерастворимый остаток |
156 |
|
2808 |
3.Вода (с фосмукой) |
20 |
0,5 |
360 |
4.Вода на промывку |
1596,07 |
42,1 |
28729,26 |
Всего: |
3794,75 |
100 |
68305,5 |
Таблица 5.3 - Материальный баланс производства экстракционной
фосфорной кислоты (расход)
Расход |
кг |
% |
на 18000 кг |
1.Фосфорная кислота, в т.ч. |
1061,2 |
27,9 |
19101,6 |
общей Р2О5 |
265,3 |
|
4775,4 |
свободной Р2О5 |
240,24 |
|
4324,32 |
Н2SiF6 |
22,73 |
|
409,14 |
AlPO4 |
43,06 |
|
775,08 |
2.Газы, в т.ч. |
83,55 |
2,2 |
1503,9 |
СО2 |
75 |
|
1350 |
SiF4 |
8,55 |
|
153,9 |
3.Фосфогипс, в т.ч. |
66,3 |
|
1193,4 |
твердая фаза |
1500 |
39,5 |
27000 |
жидкая |
1000 |
26,4 |
18000 |
4.Испаряется воды |
150 |
4,0 |
2700 |
Всего: |
3794,75 |
100 |
68305,5 |