Реконструкция цеха экстракционной фосфорной кислоты ОАО “ГХЗ”

где 4 – число зон фильтрации.

Первая зона фильтрации.

Из 1 зоны отсасывается фильтрат, представляющий собой раствор  фосфорной кислоты концентрацией 28% Р₂О₅ или 28∙1,38 = 38,7% Н₃РО₄, где 2∙98 / 142=1,38 – коэффициент перевода от Р₂О₅ к Н₃РО₄. Температура поступающей суспензии 65ºС. Принимаем, что суспензия при фильтрации охлаждается до 63,5ºС (принятая температура проверяется далее тепловым расчетом). Давление паров воды над 38,7%-ной фосфорной кислотой при 63,5ºС составляет 118 мм.рт.ст. или 0,157∙10⁵ н/м². Насыщенность воздуха водяными парами 90%. Тогда давление паров воды в отсасываемом воздухе будет

где 0,547∙10⁵ – остаточное давление, н/м².

Объем водяных  паров в воздухе, отсасываемом из зоны фильтрации

Тепло, уносимое парами воды (219,27 кг/ч),

где 2615 – энтальпия паров воды при 63,5ºС, кДж/кг.

Следовательно, суспензия за счет тепла, уносимого с парами воды, охладится на

С учетом потерь тепла в окружающую среду температура  фильтрата примерно равна 63,5ºС, что и было принято для расчетов.

Четвертая зона фильтрации (3 промывка).

В четвертую  зону из третьей поступает 76113,17 кг/ч  фосфогипса, в том числе 54612,64 кг/ч твердой фазы и 54612,64∙42 / 58 = 31967,53 кг/ч жидкой фазы (где 42 – содержание жидкой фазы в фосфогипсе, поступающем в 4 зону, %).

В жидкой фазе, оставшейся с фосфогипсом, содержится 7,94% Р₂О₅, или 11% Н₃РО₄. Температура фосфогипса на фильтрате принимаем 52ºС. Количество воды, поступающей на промывку, 55480,26 кг/ч. Температура воды 55ºС.

Средняя температура  в 4 зоне

где 3,939 и 1,122 – теплоемкость жидкости и твердой фазы, кДж/кг∙град.

Принимаем, что фильтрат охлаждается до 52ºС (эта температура проверяется далее тепловым расчетом).

В фильтрате 4 зоны содержится 4,11% Р₂О₅, или 5,7% Н₃РО₄. Давление паров воды над фильтром при 52ºС составляет 98 мм.рт.ст., или 0,131∙10⁵ н/м². При насыщении отсасываемого воздуха парами воды на 90% давление паров воды будет

Объем водяных  паров в воздухе, отсасываемом из 4 зоны фильтрации

Тепло, уносимое парами воды (171,9 кг/ч),

Следовательно, суспензия за счет тепла, уносимого парами, охладится на

С учетом потерь тепла в окружающую среду температура  фильтрата примерно будет равна 52ºС, что и было принято для расчета.

Количество  фильтрата (промывной воды), передаваемой из 4 зоны в 3 на промывку фосфогипса,

Третья зона фильтрации (2 промывка).

В 3 зону из 2 поступает 78831,50 кг/ч фосфогипса, в  том числе 54612,64 кг/ч твердой фазы и 54612,64∙ 44 / 56 = 34685,86 кг/ч жидкой фазы (где 44 – содержание жидкой фазы в фосфогипсе, поступающем в 3 зону, %).

В жидкой фазе содержится 21,6% Р₂О₅, или 29,8% Н₃РО₄. Температура поступающего 52ºС. Количество промывной воды 52ºС. Средняя температура при равенстве температур фосфогипса и промывной воды составляет 52ºС. Принимаем, что фильтрат охлаждается до 50ºС (эта температура проверяется далее тепловым балансом).

В фильтрате 3 зоны содержится 11,8% Р₂О₅, или 16,8% Н₃РО₄. Давление паров воды над фильтром при 50ºС составляет 89 мм.рт.ст., или 0,119∙10⁵ н/м². При насыщении отсасываемого воздуха парами воды на 90% давление паров воды будет

Объем водяных  паров в воздухе, отсасываемом из 4 зоны фильтрации

Тепло, уносимое парами воды (151,6 кг/ч),

Следовательно, суспензия за счет тепла, уносимого парами, охладится на

С учетом потерь тепла в окружающую среду температура  фильтрата примерно будет равна 50ºС, что и было принято для расчета.

Количество  фильтрата (промывной воды), передаваемой из 3 зоны во 2 на промывку фосфогипса,

Вторая зона фильтрации (1 промывка).

Во вторую зону из первой поступает 83293,66 кг/ч  фосфогипса, в том числе 54612,64 кг/ч твердой фазы и 54612,64∙47 / 53 = 39148,02 кг/ч жидкой фазы (где 47 – содержание жидкой фазы в фосфогипсе, поступающем во 2 зону, %).

В жидкой фазе содержится 28% Р₂О₅, или 38,7% Н₃РО₄. Температура фосфогипса на фильтрате принимаем 63ºС. Количество воды, поступающей на промывку, 49462,26 кг/ч. Температура воды 50ºС.

Средняя температура  во 2 зоне

Принимаем, что фильтрат охлаждается до 54ºС (эта температура проверяется далее тепловым расчетом).

В фильтрате 2 зоны содержится 23% Р₂О₅, или 31,8% Н₃РО₄. Упругость паров воды над фильтром при 54ºС составляет 102 мм.рт.ст., или 0,136∙10⁵ н/м². При насыщении отсасываемого воздуха парами воды на 90% давление паров воды будет

Объем водяных  паров в воздухе, отсасываемом из 4 зоны фильтрации

Тепло испарения воды (180,4 кг/ч),

Следовательно, суспензия за счет тепла, уносимого парами, охладится на

С учетом потерь тепла в окружающую среду температура  равна 52ºС, что и было принято для расчета.

Количество  фильтрата (промывной воды), возвращаемой в цикл,

Количество  воды, испаряемой при фильтрации и  промывке,

Сводный материальный баланс фильтрации и промывки по зонам  представлен в таблице 5.13.

Таблица 5.13 – Сводный материальный баланс фильтрации и промывки по зонам

Приход		Расход
статья	кг/ч	статья	кг/ч
Первая зона (фильтрация)
Суспензия	226595,56	Пролукционная кислота Циркуляционная кислота	40301,25 87343,96
		Итого фильтрата	127645,21
		Твердая фаза Жидкая фаза	54612,64 39148,02
		Итого фосфогипса во 2 зону	91021,07
		Испаряется воды	219,27
Всего	226595,56	Всего	226595,56
Вторая зона (первая промывка)
Фосфогипс из 1 зоны: твердая фаза жидкая фаза	54612,64 36408,43	Фосфогипс в 3 зону: твердая фаза жидкая фаза	54612,64 34685,86
Итого	91021,07	Итого	89298,5
Раствор из 3 зоны	49462,26	Раствор на циркуляцию Испаряется воды	51004,43 180,4
Всего	140483,33	Всего	140483,33
Третья зона (вторая промывка)

 

 

Продолжение таблицы 5.13

Фосфогипс из 2 зоны: твердая фаза жидкая фаза	44145,64 34685,86	Фосфогипс в 4 зону: твердая фаза жидкая фаза	44145,64 31967,53
Итого	78831,50	Итого	76113,17
Раствор из 4 зоны	46895,52	Раствор во 2 зону Испаряется воды	49462,26 151,6
Всего	125727,03	Всего	125727,03
Четвертая зона (треья промывка)
Фосфогипс из 3 зоны: твердая фаза жидкая фаза	44145,64 31967,53	Фосфогипс в отвал: твердая фаза жидкая фаза	44145,64 29430,43
Итого	76113,17	Итого	73576,07
Вода	44530,36	Раствор в 3 зону Испаряется воды	46895,52 171,9
Всего	120643,54	Всего	120643,54

5.2 Расчеты тепловых балансов

5.2.1 Тепловой расчет экстрактора

Исходные представлены в таблице 5.14.

Таблица 5.14 – Исходные данные

Количество поступающей Н2SO4(56%) на экстракцию, кг/ч	52818,48
Температура Н2SO4, ºС	55
Количество апатитового концентрата, кг/ч	32252,80
Температура апатитового концентрата, ºС	20
Количество оборотной H3PO4	87343,96
Температура оборотной H3PO4, ºС	61
Количество промывного раствора, кг/ч	62642,44
Температура промывного раствора, ºС	55
Количество циркулирующей суспензии, кг/ч	1739459,48
Температура циркулирующей суспензии, ºС	65
Количество газовой фазы, кг/ч	322,12
Температура газовой фазы, ºС	65

Приход тепла.

Тепло с серной кислотой

где 132,2 – энтальпия серной кислоты, кДж/кг.

Тепло с апатитовым концентратом

где 1,045 – теплоемкость апатитового  концентрата, кДж/кг∙град.

Тепло с оборотной  фосфорной кислотой

где 2,750 – теплоемкость фосфорной  кислоты, кДж/кг∙град.

Тепло с промывным  раствором

где 3,440 – теплоемкость промывного раствора, кДж/кг∙град.

Тепло с циркулирующей  суспензией

где 2,481 – теплоемкость пульпы, кДж/кг∙град.

При кристаллизации сульфата кальция в виде дигидрата  разложение апатитового концентрата будет протекать по уравнению

Теплота образования  компонентов и продуктов реакции (кДж/моль):

Отсюда

Выделяется  тепла при разложении 1 кг апатитового концентрата

Тепло, выделяемое в результате разбавления фосфорной кислоты до 38,7% (в кДж/моль) представлена в таблице 5.15:    

Таблица 5.15 – Тепло, выделяемое в результате разбавления фосфорной кислоты

Тепло образования 38,7% Н3РО4 Тепло образования 100% Н3РО4	1275,7 1258,6
Теплота разбавления                                          1275,7-1258,6=	17,1

Всего выделяется тепла от разбавления

где 18270,78 – количество образовавшейся H₃PO₄, кг/ч.

Общий приход тепла в систему

Расход тепла.

Тепло, уносимое с газовой фазой:

c SiF4          270,17∙65∙1,072= c HF             51,95∙65∙0,915=

18825 кДж/ч 3089   кДж/ч

где 1,072 и 0,915 – теплоемкость SiF₄ и HF, кДж/кг∙град;

Потери тепла в окружающую среду согласно [15] составляют 0,8%

Тепло, уносимое суспензией, уходящей из экстрактора в вакуум-испаритель,