99热量衡算示例

1、热量衡算示例 。求车间生产能力为11万吨/年P2Q萃取磷酸（32%P5）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%2SQ33.5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°C的硫酸。淡磷酸含29.2%PQ,循环料浆的液相含32%P5。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55C。空气温度20C。排出气体温度40C。排出料浆温度69C。（注

2、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 P2Q5 量和 每年的P2Q5产量进行折算；其理论耗量，是由Ca5F（PQ4） 3的理论PO含量求得 Ca5F（PQ4）3的消耗量，再以任务书中所给的原料磷精矿中P2Q5含量换算成Ca5F（PQ4）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）带入的热量。即：Q进=0磷矿+Q硫酸+Q淡磷酸+Q

3、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=36700X 0.783 X 17.6=505755（KJ） 505X 106J（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CQ硫酸=59800X 2.470 X 40=5908747（KJ）5908.7 X 106J（式中：2.470 40C 时 56%bSQ的比热，KJ/kg K）HSQ的比热可以查手册。当硫酸浓度Cs=81-100 （%），温度t

4、=20-250 C范围，硫酸溶液的平均热容为（HSQ比热数学模型）：2 2 2Ct=（B0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B 4*t 2+B5*Cs*t+B 6*Cs2*t）*4.19/t 式中系数： B0=-38.2471158,B 1=0.8799812,B 2=-0.0050389,B3=1.4884802,B 4=0.0002962,B 5=-0.0201982,B 6=0.0000868（注意：计算时 Cs为百分数，即不带入）。Q淡磷酸=145200X 3.036 X 55=24245496（KJ）24245.5 X 106J式中：3.03629.2%PQ磷酸溶液的比热 KJ/

5、kg K,可以查曲线或按以下经 验公式 计算：C=4.2324-0.02968 X 40.3=3.036（KJ/kg K），式中：40.3 为淡磷酸含HPQ重量%硫酸与磷精矿的反应热(磷精矿中的全部P2Q都按氟磷灰石计)：C&F(PQ) 3+5HSQ+10HO=5CaSO 2HHO+3HPO+HF+(q根据盖斯定律q2=(5 X 2022.6+3 X 1278.2+269.6)-(6828.7+5 X 839.5+10 X286.4)=327(KJ/mol)上式中反应物和生成物的生成热(KJ/mol):CaSO2H2O(固体):2022.6 ;HPQ (溶液)：1278.2 ;CatF

6、(PO)3(固体):6828.7;"SO (溶液)：839.5;H2O (液体)：286.4 ;HF (气体):269.6由此可得：Q反应21701627(KJ)36700 0.93 0.98 327 100050421701.6 X 106J式中：0.93磷精矿中氟磷灰石含量，单位分数，(即：磷精矿中P2Q的含量*3P2Q分子量x 2CaF(PO)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H2SQ稀释热按下式确定：Q稀释=G硫酸 X q2/98= (33500X 20976.9)/98=7170675( KJ) 7170.7 X 106J上式

7、中： G硫酸 无水硫酸的量；q2硫酸的比稀释热(KJ/mol)，按下式确定：q2上込丄叽(KJ/kmol)n2 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/H2SQ摩尔比。n 1=(44 X 98)/(18 X 56)=4.28为了确定n2,必须知道稀释后萃取槽中硫酸的浓度 G (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：C2100%4.5%9107153940.6(1 0.403)382344 0.75 (10.442)式中：910和715分别为无水硫酸量和56%2SQ带入的水量

8、（公斤）；3940.6 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 HPQ的浓度（单位分数）；0.75 为循环料浆中液相含量（单位分数）。Q空气5000 1.004 1.29 205000 2333 18 0.8(1013232333 0.8) 22.42530从而得出：n2955 98 115.54184.5因而,q274776115.5474776 4.28=20976.9 (KJ/Kmol)115.541.79834.28 1.7983进入萃取槽空气带入的热量:=320275 （KJ） 320.3 X 106J（式

9、中：1.004 空气热容，KJ/kg K;1.29 0C和1.013 X 105Pa时的空气密度，kg/m3;2333 20C空气中饱和水蒸气的分压 Pa；0.8 空气的相对湿度；2530 20 E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+循Qmm =59852575+Qs 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）o下面分别求每一项带出的热量：69 r时，送去过滤的料浆带走的热量为：Q料浆=235000X C料浆 X 69式中:235000 料浆量，kg; 69温度，CC料浆一一料浆比热，KJ/kg K,其值按下式确定，C料浆=C« X液+C固 X固(C液和C固一一料浆中液相和固相的热容，KJ/kg K;X液和X固一一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:48001600C料浆 (4.2324 0.02968 44.2)1.0722.4584(KJ/kg k)64006400(4.23

11、24-0.02968 X 44.2 ) 浓度为 32%PO5即 44.2%HPQ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=23500X 2.4584 X 69=3986295.6(KJ)3986.3 X 106J40T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SF4的热量，由于其值很小，可忽略不计)：Q气体5000 1.004 1.29 405000 7373 18 0.8(101323 7373 0.8) 22.42568.66=896950 ( KJ) 897.0 X

12、 10J去真空蒸发器的循环料浆带走的热量为：Q'循环料浆=X 2.4584 X 69=239517000(KJ)239517X 106J(循环料浆量，kg； 2.4584料浆热容KJ/kg K)。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 X 106J.则萃取槽总的支出热量为：Q支出=(3986.3+897.0+239517+6533.9 )X 106=250934.2 X 106J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 ) X 106=191081.6 X 106J3、萃取磷酸工段的小时热平衡：收入10 6J/h支出10 6J/h磷精矿带入：505.856%HSQ带入：5908.7淡磷