热量衡算示例.docx

1、热量衡算示例 。求车间生产能力为11 万吨 / 年 P2O5 萃取磷酸（ 32%PO5）过程的小时热量平衡（采用真空冷却）。小时消耗量为：磷精矿36.7 吨； 100%H2SO433.5 吨；真空蒸发器进口循环料浆 1412 吨，出口 1406 吨；返回淡磷酸 145.2 吨。抽出 235 吨/ 小时料浆去过滤。萃取槽加入稀释到 56%，冷却到 40的硫酸。 淡磷酸含 29.2%PO5，循环料浆的液相含 32%PO5。向萃取槽加入5000 米 3/ 小时空气以便排出逸出的气体。周围空间的热损失，根据实际数据约取支出热量的 1.8%。入萃取槽淡磷酸的温度 55。空气温度 20。排出气体温度 40

2、。排出料浆温度 69。（注意：磷精矿的小时消耗量为实际耗量，即由物料衡算100kg磷矿生产的P2O5 量和每年的P2O5 产量进行折算；其理论耗量，是由Ca5F(PO4) 3 的理论P2O5 含量求得Ca5F(PO4)3 的消耗量，再以任务书中所给的原料磷精矿中P2O5 含量换算成Ca5F(PO4) 3 的含量，进行原料磷精矿耗量的计算，理论耗量未考虑磷的损失和收率等）。1、 收入热量：总的热量由下列物料带入的热量确定：磷矿粉（Q磷矿），硫酸（ Q硫酸 ），淡磷酸（ Q淡磷酸 ），以及反应热（ Q反应 ）和萃取槽中硫酸稀释热（ Q 稀释 ）。另外，还有空气（ Q空气 ）和循环料浆（ Q循环料浆

3、 ）带入的热量。即：Q进 =Q磷矿 +Q硫酸 +Q淡磷酸 +Q反应 +Q稀释 +Q空气 +Q循环料浆（注意：因为采用真空冷却时需要将反应槽中的料浆泵入真空冷却器，冷却后再返回反应槽，所以只有采用真空冷却时才需要考虑Q循环料浆 ）下面分别求每一项带入的热量：Q磷矿 =367000.783 17.6=505755(KJ) 505106 J(0.783 磷精矿比热， KJ/kg K;17.6 夏季月平均温度，即车间热负荷最大期间的温度Q硫酸 =598002.470 40=5908747(KJ)5908.7 106J ( 式中： 2.470 40时 56%H2SO4 的比热， KJ/kg K)H2SO

4、4 的比热可以查手册。当硫酸浓度Cs=81-100 ，温度 t=20-250 范围，硫酸溶液的平均热容为（H2SO4 比热数学模型） ：Ct =(B 0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B 4*t 2+B5*Cs*t+B 6*Cs 2*t)*4.19/t式中系数： B0=-38.2471158,B1=0.8799812,B2=-0.0050389,B3=1.4884802,B 4=0.0002962,B 5=-0.0201982,B 6=0.0000868Q淡磷酸 =1452003.036 55=24245496(KJ)24245.5 106J 式中： 3.036 29.2%PO5 磷酸溶

5、液的比热KJ/kg K，可以查曲线或按以下 经验公式计算： C=4.2324-0.02968 40.3=3.036(KJ/kg K)，式中： 40.3 为淡磷酸含 H3PO4重量 %硫酸与磷精矿的反应热（磷精矿中的全部P2O5 都按氟磷灰石计）：Ca5F(PO4) 3+5H2SO4+10H2O=5CaSO42HO+3HPO4+HF+q2 根据盖斯定律q2=(5 2022.6+3 1278.2+269.6)-(6828.7+5 839.5+10 286.4)=327(KJ/mol)上式中反应物和生成物的生成热（KJ/mol ）：CaSO4.2H2O(固体 ):2022.6 ；H3PO4（溶液）：

6、1278.2 ；Ca5F(PO4) 3( 固体 ) ：6828.7;H2SO4（溶液）：839.5;H2O（液体）：286.4 ；HF（气体） :269.6由此可得：367000.930.983271000Q反应50421701627( KJ ) 21701.6 106J式中：0.93 磷精矿中氟磷灰石含量，单位分数， （即：磷精矿中 P2O5 的含量 3P2O5 分子量 2Ca5F(PO4 ) 3 分子量）；0.98 氟磷灰石的分解率，单位分数；504氟磷灰石的分子量。萃取槽中 H2SO4稀释热按下式确定：Q稀释 =G硫酸 q2/98= （3350020976.9)/986上式中： G硫酸

7、无水硫酸的量；q2 硫酸的比稀释热 (KJ/mol) ，按下式确定：q74776n274776n1 ( KJ / kmol)2n2 1.7983 n1 1.7983式中 n1 和 n2 为硫酸进入萃取槽稀释前后溶液中H2O/H2SO4摩尔比。n1=(44 98)/(1856)=4.28为了确定 n2，必须知道稀释后萃取槽中硫酸的浓度 C2（假定硫酸同其它的液体组分混合以后， 才同磷灰石反应）。此浓度可根据以 1000 公斤磷精矿为基准的物料衡算数据 确定：C 2910100% 4.5%7153940.6(10.403)3823440.75(19100.442)式中： 910 和 715 分别为

8、无水硫酸量 和 56%HSO带入的水量（公斤）；243940.6 和 38234.4 分别为进入萃取槽的淡磷酸量和循环料浆量（公斤）；0.403 和 0.442 分别为淡磷酸和循环料浆液相中H3 PO的浓度（单位分数）；40.75为循环料浆中液相含量（单位分数） 。95.598115.54从而得出： n24.518因而， q2 74776115.5474776 4.28 =20976.9（ KJ/Kmol）115.541.79834.281.7983进入萃取槽空气带入的热量：Q空气50002333180.85000 1.004 1.29 2023330.8)2530(10132322.4=32

9、0275（KJ） 320.3 106 J（式中： 1.004 空气热容， KJ/kg K；31.29 0和 1.013 105Pa时的空气密度， kg/m ；0.8 空气的相对湿度；2530 20时水蒸气的焓， KJ/kg ）。来自真空蒸发器去萃取槽的循环料浆带入的热量 Q循环料浆是总的收入热量和支出热量之差。所以，萃取槽的总收入热量为：Q收入 =505755+5908747+24245496+21701627+7170675+320275+Q循环料浆=59852575+Q循环料浆2、 支出热量：带走的热量是下列热量总和：送去过滤的料浆（Q料浆）；从萃取槽排出的气体（ Q气体 ）；送真空蒸发器

10、冷却的循环料浆（ Q循环料浆 ）和热损失（ Q热损 ）。下面分别求每一项带出的热量：69时，送去过滤的料浆带走的热量为：Q料浆 =235000 C料浆 69式中 :235000 料浆量， kg；69温度， C 料浆 料浆比热， KJ/kg K，其值按下式确定，C料浆=C液 X液+C固 X 固（ C 液和 C 固料浆中液相和固相的热容， KJ/kg K; X 液 和 X 固料浆中液相和固相的质量分数）当不考虑杂质时，料浆中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。则：C料浆 (4.2324 0.02968 44.2)48001.072 16002.4584(KJ / kg k )64006400（ 4

11、.2324-0.02968 44.2 ）浓度为 32%PO5 即 44.2%H3PO4 磷酸的比热；4800/6400 液 / 固=3/1 时料浆中磷酸的质量分数；1600/6400 料浆中石膏的质量分数；1.072 石膏热容）。从而： Q料浆 =235002.4584 69=3986295.6(KJ) 3986.3 106 J40时，从萃取槽排出气体带走的热量， 以空气和水蒸气计算 （ HF）和 Si F4 的热量，由于其值很小，可忽略不计） ：Q气体50007373180.85000 1.004 1.29 4073730.8)2568.6(10132322.46=896950（KJ） 89

12、7.0 10 J去真空蒸发器的循环料浆带走的热量为：Q循环料浆 =2.4584 69=239517000(KJ)239517106J( 循环料浆量， kg；2.4584 料浆热容 KJ/kg K)。6热损失 Q热损 ，根据实际数据约为各项支出热量的1.8%即 6533.9 10 J.Q支出 =（ 3986.3+897.0+239517+6533.9 ） 106=250934.2106 J 从而可求得进萃取槽循环料浆带入的热量为：Q循环料浆 =（250934.2-59852.6 ） 106=191081.6106 J 3、 萃取磷酸工段的小时热平衡：收入 10 6 J/h支出 10 6J/h磷精矿带入： 505.856%H2SO4 带入： 5908.7淡磷酸带入： 24245.5