Đề tài Thiết kế xưởng sản xuất supe phốt phát đơn

không khí ẩm là: m1H2O = F.W = 23,03 x 0,85 = 19,6 (g H2O h/m3 không khí ) Coi thể tích của hơi nước trong không khí là không đáng kể thì lượng hơi nước theo không khí vào hỗn hợp và hóa thành là: N1H2O = m1H2O .V= 19,6 .10-3 . 0,775a = 0,0152a(kg/h) 8.4- Tổng hợp hơi nước có trong không khí ra khỏi bộ phận hỗn hợp và hóa thành. Hơi nước trong không khí bằng tổng hơi nước do không khí mang vào và hơi nước thoát ra khỏi hỗn hợp Supe ở bộ phận hỗn hợp và hóa thành. N2H2O = N1H2O + 1845,9 = 0,0152a + 1845,9 (kg/h) Đổi ra thể tích tiêu chuẩn: VH2O = (m3) Hay: VH2O = (m3/h) Coi hơi nước không bị hấp thụ ở bộ phận hấp thụ. 8.5- Lượng SiF4 đi ra khỏi bộ phận hỗn hợp và hóa thành 319,1(kg/h) Đổi ra thể tích tiêu chuẩn: V1SiF4 = (m3/h) 8.6- Lượng SiF4 đi ra khỏi bộ phận hấp thụ: Chọn hiệu quả hấp thụ là 99% thì lượng SiF4 vào bộ phận hấp thụ là: Lượng SiF4 còn lại sau hấp thụ là: m1SiF4 = 319,1 – 315,91 = 3,19 (kg/h) Đổi ra thể tích tiêu chuẩn V2SiF4 = (m3/h) 8.7- Lượng CO2 vào và ra bộ phận hấp thụ. Vì lượng CO2 tan ra trong nước nhỏ nên ta coi CO2 không bị nước hấp thụ trong bộ phận hấp thụ. Vậy lượng CO2 thoát ra ở bộ phận hỗn hợp và hóa thành bằng lượng CO2 thóat ra sau bộ phận hấp thụ và bằng 447,9 (kg/h) . Đổi ra thể tích tiêu chuẩn: VCO2 = (m3/h) 8.8- Xác định lượng không khí. Tổng thể tích các khí thành phần của hỗn hợp khí vào bộ phận hấp thụ bằng năng suất quạt hút ta có. Qquạt = Vkk + VH2O + VCO2 + V1SiF4 15.000 = 0,775a + 0,019a + 2297,12 + 228,02 + 68,73 Hay: a = 15624,85 (kg/h) N1H2O = 0,0152 a + 1845,9 = 0,0152 . 15624,85 + 1845,9 = 2083,4 (kg/h) Bảng 9: Thành phần khí vào và ra bộ phận hấp thụ: Cấu tử Trước hấp thụ (kg/h) Sau hấp thụ (kg/h) 1, Không khí khô 15624,85 15624,85 2, Hơi nước 2083,4 2083,4 3, SiF4 319,1 3,19 4, CO2 447,9 447,9 Tổng 18475,25 18159,34 9- Cân bằng vật chất ở bộ phận hấp thụ: 9.1- Kiểm tra mức độ đúng khi chọn hiệu quả hấp thụ Flo là 99%. - Tính lượng Flo cho phép thải ra ngoài trời: Theo công thức kinh nghiệm ta có phương trình xác định nồng độ lớn nhấn của Flo ra ngoài trời như sau: Cmax = Trong đó: Cmax : Là nồng độ cực đại của Flo trong không khí cho phép bằng; 0,03 g/m3 Wc: Là tốc độ gió thổi vào miệng ống thoát khí từ 1 m/s á 4 m/s Lấy điều kiện xấu nhất : Wc = 1m/s H: chiều cao của ống dẫn khói (m) g: lượng Flo cho phép thải ra ngoài (mg/s) - Chiều cao dẫn của ống khói được xác định theo công thức: H = h + Trong đó: h: Là chiều cao hình học của ống khói (m) ta chọn h = 52 m d: Là đường kính ống khói (m) ta chọn d = 0,8m W: Vận tốc khí ra khỏi miệng ống (m/s) W = Với Q =15.000 m3/h là năng xuất quạt khí. H = 52 + Lượng Flo cho phép thải ra ngòai trời là: g = Tính theo (kg/s) là: GF = g . Tính theo SiF4 cho phép thải ra ngòai trời. GSiF4 = Mức hấp thụ thấp nhất phải đạt được: Trong đó: 319,1 (kg/h) là lượng SiF4 vào bộ phận hấp thụ Flo. Vậy mức hấp chọn 99% là thỏa mãn yêu cầu môi trường. 9.2- Tính cân bằng vật liệu quá trình hấp thụ: SiF4 được hấp thụ ở bộ phận hấp thụ và thực hiện phản ứng (11).Các lượng chất tham gia và tạo thành ta đã tính ở phần cân bằng phân xưởng. Để xác định lượng nước vào hấp thụ X (kg) ta phải thiết lập cân bằng vật liệu ở bộ phận hấp thụ. + Lượng vào: - Lượng khí vào hấp thụ bằng tổng lượng khí khô và hơi nước, SiF4 và CO2 như ta đã xác định ở mục (8) là: 18475,25 (kg/h) - Lượng nước vào X (kg/h) - Tổng vào: + Lượng ra: - Lượng khí bằng tổng lượng khí khô, SiF4 còn lại CO2 hơi nước như ta đã xác định ở mục (8) là: 18159,34 (kg/h) - Lượng axit H2SiF6 10% là: 149,82(kg/h) = Lượng H2SiF6 Tạo thành .100 10 - Lượng SiO2 .H2O tạo thành: 40,6 (kg/h). - Tổng lượng ra: 18159,34 + 1498,2 + 40,6 = 19698,14 (kg/h) hay X + 18475,25 = 19698,14 đX = 1222,9 (kg/h) Bảng 10: Cân bằng vật liệu quá trình hấp thụ: Lượng vào (kg/h) Lượng ra (kg/h) 1, Khí 2, H2O 18475,25 1222,9 1, Khí 2, Axit H2SiF6 10% 3, SiO2.H2O 18159,34 1498,2 40,6 vào 19698,14 ra 19698,14 9.3- Cân bằng vật liệu tháp hấp thụ: Để xác định mức độ hấp thụ Flo ở bể hấp thụ và tháp hấp thụ ta phải thiết lập cân bằng vật liệt tháp hấp thụ. * Lượng vào. - Lượng nước vào tháp G1 = 1538,8 (kg/h) - Lượng khí vào tháp bao gồm không khí khô, hơi nước CO2 và SiF4 (chưa biết) G2 = 15624,85 + 2083,4 + 447,9 + Gx = 17756,15 + Gx (kg/h) Gx : Là lượng khí SiF4 đi vào tháp (kg/h) - Lượng axit Flo silic 00,15 tuần hoàn lấy khối lượng riêng là 103 kg/m3. G3= L.S - G1 Với L : Mật độ tưới vào tháp bằng 15m3/m2.h = 15. 103 = 20.000 (kg/ m2.h) S là diện tích mặt cắt ngang của tháp ta lấy S = 6 (m3) G3 = 15.000 x 6 – 1538,8 = 88461,2 (kg/h) Tổng vào: = G1+ G2 + G3 = 1538,8 + 17756,15 + Gx + 88461,2 = 107756,15 + GX (kg/h) * Lượng ra: - Lượng axit H2SiF6 0,15% tưới vào tháp phòng hấp thụ G4. - Lượng SiF4 được hấp thụ vào tham gia phản ứng (11) ở tháp hấp thụ là: G'X = GX - 3,19. Theo phản ứng (11) lượng axit tạo thành là: G'X = - Lượng axit H2SiF6 0,15% tạo thành ở tháp hấp thụ là: G4 = Đây chính là lượng axit H2SiF6 0,15% tưới vào tháp hấp thụ. - Lượng axit H2SiF6 0,15% tuần hoàn G5 = G3 = 117998,4 (kg/h) - Lượng SiO2.H2O tạo thành cùng đi vào buồng hấp thụ tính theo phản ứng (11) là: G6 = G'X = - Lượng khí thải đã tính ở mục (8) ta được G7 = 18159,34 (kg/h) Tổng lượng ra: = G4 + G5 + G6 + G7 = 615,3 . GX - 1960 + 88461,2 + 0,25.GX - 0,8 + 18159,34 = 615,55 .GX + 104659,74 (kg/h) vào = hay 107756,15 + GX = 615,55 . GX + 104659,74 đ GX= 5,04(kg/h) Từ đó ta có: G2 = 17756,15 + 5,04 = 17761,19 (kg/h) G4 = 615,3 . 5,04- 1960 = 1141,11 (kg/h) G6 = 0,25 . 5,04 - 0,8 = 0,46(kg/h) - Lượng SiF4 được hấp thụ ở tháp là: GX - 3,19 = 5,04- 3,19 = 1,85(kg/h) Mức hấp thụ ở tháp: - Lượng SiF4 được hấp thụ ở bể là: 319,1 – 5,04 = 314,06 (kg/h) Mức hấp thụ ở bể là: Bảng 11: Cân bằng vật liệu ra và vào tháp hấp thụ: Lượng vào (kg/h) Lượng ra (kg/h) Khí vào hấp thụ axit H2SiF6 0,15% SiO2. H2O 18475,25 1141,11 0,46 Khí ra Axit H2SiF6 10% SiO2.H2O 18159,34 1498,2 40,6 Svào 19616,82 Sra 19698,14 Sai số: Bảng 12: Cân bằng vật liệu ra và vào tháp hấp thụ: Lượng vào (kg/h) Lượng ra (kg/h) Khí từ bể hấp thụ ra H2O Axit H2SiF6 0,15% tuần hoàn 17761.19 1538,8 88461,2 Khí ra tháp Axit H2SiF6 tuần hoàn H2SiF6 sang bể hấp thụ SiO2.H2O 18159,34 88461,2 1141,11 0,46 Svào 107761,19 Sra 107761,65 Sai số : II- Tính toán cân bằng nhiệt sản xuất supe. 1- Tính cân bằng nhiệt ở bộ phận pha loãng axit. H2SO4 từ 76% xuống 68% Mục đích: Axít đặc bị pha loãng tỏa nhiệt để axit 68% vào bộ phận hỗn hợp có nhiệt độ hợp lý là 550C thì phải rút bớt nhiệt tỏa ra các quá trình pha loãng. Vậy ta phải chọn chất làm lạnh. a- Nhiệt độ do các chất mang vào. - Axit 76% có nhiệt mang vào. - Axit 76% H2SO4 ở nhiệt độ 400C có Cp = 0,462 (kcal/kgđộ) Q1 = C.G76%.t = 0,462 . 17421,9 .40 = 321956,7 (kcal/kgđộ) - Nhiệt do nước mang vào. Nước ở nhiệt độ 250C có Cp = 1 kcal/kgđộ Q2 = GH2O.C.t =2049,7.1.25 = 5124,5 (kcal/h) Nhiệt do axit 68% mang ra. Axit 68% ở 550C có Cp = 0,51 kcal/kgđộ Q3 = G68%.C.t = 19471,6..0,51.55 = 546178,4 (kcal/h) - Nhiệt pha loãng axit 76% đ 68% Q4 = q: Nhiệt tỏa ra theo 1 mol axit H2SO4 được tính theo q= 17860 kcal/kmol Trong đó: n1 : Là tỷ số mol H2O trên 1 mol axit 68% n1 = n2: Là tỉ số mol H2O trên 1 mol axit 76% H2SO4 n2 = Vậy q= 17860. G3 Lượng axit H2SO4 100% G3 = 13240,7(kg/h) Vậy: Q4 = (kcal/h) Tổng nhiệt mang vào. Qv = Q1 + Q2 + Q4 Qv = 321956,7 + 51242,5 + 238075,8 = 611274,3(kcal/h) - Nhiệt mang ra: Gồm nhiệt axit 68% mang ra và nhiệt rút: QR = Q3 + Q Rút = 546178,4 + QRút Ta có: Qv = Qr hay 611274,3 = 546178,4+ Qrút hay Qrút = 65095,9 (kcal/h) b- Tính lượng nước cần làm lạnh Lượng nước làm lạnh giảm nhiệt độ của axit 68% có nhiệt độ vào 25oC và nhiệt ra 45oC. Ta có: Qrút = G.C .Dt = G.C.(45-25)=20.G.C Từ 25oC đ 45oC ta có C =1 kcal/kgđộ đ 65095,9 = 20.G.1 Hay G = 3254,79 (kg/h) Bảng 13: Cân bằng nhiệt pha loãng axit. Nhiệt vào (kg/h) Nhiệt ra (kg/h) 1, Do H2SO4 76% 2,H2O 3, Tỏa do pha loãng 321956,7 51242,5 238075,8 1, axit 68% mang 2, Nhiệt mất do làm lạnh 546178,4 65095,9 611274,3 611274,3 2- Cân bằng nhiệt bộ phận sấy apatit Các số liệu đầu: - Độ ẩm apatit vào máy sấy 7,9% - Độ ẩm sau khi sấy 2%. - Lượng quặng ẩm vào: 18036,2 (kg/h) - Lượng quặng ra: 19191,6 (kg/h) - Apatit mang ra 100oC. - Apatit mang vào 25oC. - Nhiệt không khí vào lò đốt 25oC - Độ ẩm tương đối của không khí 25oC là 85% a- Chọn loại máy sấy. - Chọn thiết bị sấy thùng quay với các điểm làm việc liên tục, năng xuất lớn, cường độ đảo trộn lớn, ít bị dính bết trong thùng sấy, - Chọn phương thức sấy xuôi chiều dù nhiệt độ apatit ra thấp, không ảnh hưởng đến độ bền và chế độ làm việc của các thiết bị máy nghiền búa và thiết bị vận chuyển. Giảm lượng bụi theo khí sấy ra ngoài so với sấy ngược chiều. - Tính nhiệt lò đốt. Dùng than hòn gai có thành phần như sau: Bảng 14: Thành phần Cp Hp Op Np Sp W (ẩm) Ap % trọng lượng 79 1 1 0,5 1 5 11 Nhiệt trị của than cung cấp khí đốt 1(kg) tính theo công thức. qp = 81. Cp + 300 Hp - 26 (Op- Sp) (Kcal/kg) = 81.79 + 300.1 - 26 (1-1) = 6699 (Kcal/kg) - Lượng không khí tiêu hao khi đốt 1 (kg) than theo lý thuyết. LLT = (kgkkk/kgthan) = (kgkkk/kgthan) Hay: LLT = 9,59: 1,29 = 7,38 (m3kkk/kgthan) ở đây 1,29 là khối lượng 1m3 không khí khô. Thực tế để đảm bảo cháy triệt để nhiên liệu phải lấy một lượng dư không khí là: LLT = .LLT : là hệ số dư. * Cân bằng nhiệt lò đốt than (tính theo cho 1 kg than) + Nhiệt do than mang vào: Nhiệt ở môi trường 250C Q1 = G1 .C1.t1= 1.0,31 .25 = 7,75 (Kcal/kg) C1: Nhiệt dung của than C1 = 0,31 Kcal/kg 0C + Nhiệt do khí mang vào: Q2 = .LLT.I250C = .9,52 . 16,5 = 157,08 (Kcal/kg) ở đây: I250C là hàm nhiệt của không khí ở 250C + Nhiệt do nhiên liệu cháy sinh ra: Q3 = 0,9 . 6699 = 6029,1 (Kcal/kg) ở đây: Là hiệu xuất cháy của 1 (kg) than chọn = 90% - Tổng nhiệt vào. = Q1 + Q2 + Q3 = 7,75 +157,08+6029,1 = 6036,85 + 157,08 (Kcal/kgthan) + Nhiệt lượng do xỉ thải ra. Q'1 = G'1 .C'1.t'1= 0,11.0,18 .250 = 4,95 (Kcal/kg) ở đây: G'1: Lượng xỉ than G'1 = Ap . 1 = 4,95 (Kcal/kg) C'1: 0,18 (Kcal/kg0C) là nhiệt dung của xỉ than. t'1= 2500C là nhiệt dung của xỉ mang ra. + Nhiệt lượng ra theo hỗn hợp khí là ở 7500C Qhh = Q2(GCO2 . C CO2 + GH2O .CH2O . GSO2 .C SO2 . GN2 .C N2 . GO2 .C O2 ).thh ở đây: Gi: Là khối lượng của cấu tử i trong khí đốt nếu đốt 1 kg than. Ci là nhiệt dung tương ứng của các cấu tử này ở thh = 7500C Ta có: GCO2 = ( GH2O kg/kgthan) GSO2 GN2 GO2 GH2O = Hay: GH2O = (0,14 + 0,144 ) ở đây: là lượng nước do 1m3 không khí mang vào. GSO2= (kg/kgthan) GN2 = 0,79 .LLT. (kg/kgthan) ở đây 0,79 là thể tích N2 trong không khô GO2 = 0,21 (-1). (kg/kgthan) ở điều kiện 7500C tra bảng trang Được: CCO2 = 0,296 (kcal/kgđộ) CSO2 = 0,200 (kcal/kgđộ) CN2 = 0,280 (kcal/kgđộ) CO2 = 0,260 (kcal/kgđộ) CH2O = 0,544 (kcal/kgđộ) b- Cân bằng nhiệt thùng sấy trong 1 giờ * Nhiệt vào: - Nhiệt vào theo quặng ẩm: Q1 = G1 . C1.t1 Q1= 19191,6 x 239,83 x 25 = 115068035,7 (Cal/h) Q1= 115068,0 (kcal/h); M = 19191,6(kg/h) là lượng apatit ẩm 7,9% vào thùng sấy Cp = 239,83 (cal/kg0C) là nhiệt dung của apatit ẩm 7,9% ở nhiệt độ 250C. - Nhiệt do khí mang vào: Q2= X. (kcal/h) X: là lượng than tiêu hao trong 1 giờ. 6519,225 kcal/kg: là tổng hàm nhiệt của khí lò đốt với 1(kg) than. Tổng nhiệt vào: Qvào = Q1+ Q2=115068,0 + X.6519,225 * Nhiệt ra: - Nhiệt do quặng ẩm 2% mang ra. Q'1 = 18036,2 . 0,2116 . 100 = 381645,9 (kcal/h) m = 18036,2 kg/h là khối lượng apatit ẩm 2% ra khỏi thùng sấy. Cp = 0,2116kcal/kg0C là nhiệt dung của apatit ẩm 2% ở 1000C. - Lượng nhiệt ra theo khí lò: Q'2 = (GCO2 . CCO2 +. GSO2 .C SO2 + GN2 .C N2 + GO2 .C O2 + GH2O.CH2O).t Q'2 = (2,9.0,2236 + 0,585.0,485 + 0,02.0,252 + 22,531.0,165 + 4,627.0,23).120x + 115,4.0,458.120 Q'2 = 686,27x + 63500,78 (kcal/h) m = 115,4 kg/h là lượng nước bay hơi từ quặng. - Nhiệt tổn thất ra môi trường. QTT = 0,05 . QV = 0,05 (115068,0+x.6519,225) QTT = 5753,4 + 325,96 . x (kcal/h) - Nhiệt hóa hơi nước: QHH = 1155,4 . 580,3 = 670478,6 (kcal/h) Với r = 580,3(kcal/kg) là nhiệt hóa hơi của nước. Tổng nhiệt ra. Qra = Q'1 + Q'2 + QTT + QHH Qra = 381645,9 + 686,27 x + 63500,78 + 5753,4 + 325,96.x+670478,6 Qra = 1121378,68 + 1012,23 x * Cân bằng nhiệt vào và ra Qvào = Qra 115068,0 + x.6519,225 = 1121378,68 + 1012,23.x X = 182,7 (kg/than) Vậy Q2 = 6519,225 . 182,7 = 1191062,4 Q'2 = 686,27 .182,7 + 63500,78 = 188882,3 QTT = 5753,4 + 325,96 . 182,7 = 65306,29 Lượng không khí cần trong 1 giờ. L = LLT. X = 29,42 . 182,7 = 5375,03 (kg/h) Lương khí ra khỏi máy sấy. L' = L + 1957,2 = 5375,03 + 1957,2 = 7332,23 (kg/h) Bảng 15: Cân bằng nhiệt của máy sấy apatit Nhiệt vào (kcal/h) Nhiệt ra (kcal/h) - Nhiệt theo quặng - Nhiệt do khí lò mang vào 115068,0 1191062,4 - Nhiệt ra theo quặng - Nhiệt do khí mang ra - Nhiệt hóa hơi nước - Nhiệt tổn thất. 381645,9 188882,3 670478,6 65306,29 Svào 1306130,4 Sra 1306313,1 sai số : 0,01%. c- Cân bằng nhiệt phân hủy apatit ở bộ phận hỗn hợp và hóa thành. * Nhiệt vào: Nhiệt do quặng mang vào. Q = G1.C1.t1 (kcal/h) G1: Lượng apatit vào thùng trộn G1 = 18036,2 (kg/h) C1: Nhiệt dung của apatit ở nhiệt độ t1 = 250C Ta có: C1 = .178,9 + 0,02 . 1000 C1 = 195,3 (cal/độ)= 0,1953 (cal/độ) Vậy: Q1 = 18036,2 . 0,1953.25 = 88061,7 (kcal/h) = 88,06.103 (kcal/h) Nhiệt do axit mang vào. Là nhiệt do axit 68% ở nhiệt độ 55oC mang vào Q2 = 546178,4 (kcal/h) = 546,18. 103(kcal/h) Nhiệt do không khí mang vào. Q3 = G3.C3.t + G'3.C'3.t Với: G3 : Khối lượng không khí khô (kg/h) G3 = 20878,2 (kg/h) C3 : Nhiệt dung của không khí khô ở nhiệt độ t = 2500C (kcal/kg độ) G'3: Khối lượng hơi nước trong không khí vào G'1 = 486,19 (kg/h) C'3 : Nhiệt dung của hơi nước ở t = 2500C C03 = 0,446 (kcal/kg độ) Tính nhiệt dung của không khí khô: ở 2500C thì CN2 = 0,25 (kcal/kg độ) CO2 = 0,25 (kcal/kg độ) Vậy: C3 = (kcal/kg độ) Trong đó: 32 ; 28 : Lần lượt là khối lượng kmol của O2 và N2(kg) 0,21 ; 0,79 lần lượt là thành phần thể tích của O2 và N2 Trong không khí khô. 22,4 thể tích của 1 kmol khí (m3) 1,29 là khối lượng riêng của không khí khô (kg/m3) Thay các số liệu đã có ta được. Q3 = 20878,2 . 0,244 . 25 + 486,19 . 0,446 . 25 = 132778,04 (kcal/h) = 132,78 . 103 (kcal/h) Nhiệt phân hủy apatit. Bảng 16: Nhiệt sinh của 1 số chất lấy từ và Chất Nhiệt sinh (kcal/h) Chất Nhiệt sinh (kcal/h) Ca5F(PO4)3 1619,5 H2SO4 193,8 H3PO4 303,4 MgCO3 313,1 CaSO4 338,7 MgSO4 360,1 HF 64,0 SiF4 94,8 H2O 68,4 SiO2 208,1 Ca(H2PO4)2.H2O 816,82 H2SiF6 542,3 Hiệu ứng giai đoạn 1: Để tính hiệu ứng nhiệt giai đoạn 1 ta tính cho các phản ứng chính như phản ứng phân giải Flo apatit và phản ứng tỏa nhiều nhiệt, các phản ứng khác ta không tính đến. + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (8) là DH1 DH1 = (3.QSH3PO4 + 5QSCaSO4 + QSHF ) - (QSCa5F(PO4)3)+ 5Q SH2PO4) = (3.304,4 + 5.338,7 + 64,0 ) - (1619,5 +5.193,8) = 79,2 (kcal/mol Flo apatit) + Hiệu ứng nhiệt của phản ứng (4). DH2 = (3.QSMgSO4 + QSCO2 + QSH2O ) - (QSH2SO4)3)+ QSMgCO3) = (303,4 +5.338,7 + 64,0 )- (193,8 + 266,6) = 15,9 (kcal/mol) Như ta tính lượng quặng khô vào bộ phận hỗn hợp và hóa thành ở mục (7) là: 17675,5 (kg/h) Vậy: Lượng Flo apatit được phân giải ở giai đoạn 1 là: m1 = 17675,5 . (kg/h) + Lượng MgCO3 được phân hủy là: m2 = 17675,5 . (kg/h) Với 91,48% và 2,35% lần lượt là hàm lượng của Flo apatit và MgCO3 trong quặng khô. + Nhiệt lượng tỏa ra do phân hủy Flo apatit giai đoạn 1 . Q'1 = DH1(kcal/h) + Nhiệt lượng tỏa ra do phân hủy MgCO3: Q'2 = DH2 (kcal/h) Vậy tổng nhiệt giai đoạn 1: Q'1 + Q'2 = (2540,93 + 78,34) . 103 = 2619,27.103 (kcal/h) Hiệu ứng giai đoạn 2: + Hiệu ứng của phản ứng 11 là: 5DH3 = (5.QSCa5F(PO4)2H2O + QSHF ) - (QSCa5F(PO4)3+7 QSH3PO4 +5Q SH2O) = (5.816,82 + 64,0) - (1619,5 + 7. 303,4 + 5.68,4) = 62,8 kcal đ DH3 = 12,56 (kcal/kmol) + Hiệu ứng của phản ứng (6) DH4 = QS SiF4+ QS H2O) - (4.QS HF + QS SiO2) = (360,1 + 2.68,4) - (4.64,0 + 208,1) = 32,8 (Kcal/mol SiF4) + Nhiệt tỏa ra do phản ứng (11) + Nhiệt tỏa ra do phản ứng (6) là: Trong đó: 5180,8 và 339,6 là khối lượng của SiF4 và Ca(H2PO4)2.H2O tạo ra khi kết thúc giai đoạn hóa thành (Kg/h) + Tổng nhiệt giai đoạn 2: Q'3 + Q'4 = (258,22 + 107,1)103 = 365,32.103 (Kcal/h) Vậy hiệu ứng nhiệt phân hủy apatit là: Q'1 + Q'2 + Q'3 + Q'4 = (2540,93 + 78,34)103 + (258,22 + 107,1)103 = 2984,59.103 (Kcal/h) - Tổng nhiệt vào: DQV = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 = 88,06.103 + 546,18.103 + 132,78.103 + 2984,59.103 = 3751,61.103 (kcalo/h) * Nhiệt ra: Gồm nhiệt tổn thất, nhiệt do không khí mang ra, nhiệt làm bốc hơi, nhiệt do supe tương mang ra. + Nhiệt tổn thất: lấy bằng 0,05 nhiệt vào. QTT = 0,05.DQV = 0,05.3751,61.103 = 187,58.103 (Kcal/h) + Nhiệt làm bốc hơi nước: Qhh = r GH2Oh r: là ẩn nhiệt hóa hơi của nước ở 10000C: r = 539 Kcal/kg GH2Oh: là lượng nước bốc hơi trong phòng hóa thành (kg/h) trong mục (6) ta đã tính toán GH2Oh = 2533,8 (kg/h) Qhh = 539.2533,8 = 1365718,2 (Kcal/h) ằ 1365,72.103(Kcal/h) Với: Gi, Ci lần lượt là khối lượng và nhiệt dung của các khí thành phần. t: nhiệt độ khí mang ra 8500C ở t = 8500C ta tra băng ở [7 - 164] được. CKKK = 1,008 (KJ/kg độ) = 0,241 (Kcal/kg độ) CCO2 = 0,875 (KJ/kg độ) = 0,209 (Kcal/kg độ) CH2O = 1,867 (KJ/kg độ) = 0,446 (Kcal/kg độ) CSiF4 = 0,1445 (KJ/kg độ) Khối lượng các khí trong hỗn hợp đã được tính ở mục (8) Vậy: QK = (20878,2.0,241 + 2851,1.0,446 + 339,6.0,1445 + 392,2.0,209).85 = 546913,69 (Kcal/h) = 546,91.103 (Kcal/h) - Gọi QSupe là nhiệt lượng do supe tươi mang ra. - Cân bằng nhiệt lượng vào và ra ta được: SQvào = QTT + Qhh + QK + Qsupe 3751,61.103 = (187,58 + 1365,72 + 546,91)103 + Qsupe đQsupe = 1651,4.103 (Kcal/h) Nhiệt độ của supe tươi mang ra là: Trong đó: 34219,4 là lượng supe tươi ra khỏi phòng hóa thành C = 0,477 (Kcal/kg độ) là nhiệt dung của supe tươi Bảng 17: Cân bằng nhiệt bộ phận hỗn hợp và hóa thành: Chất vào Nhiệt lượng 103 cal/h Chất ra Nhiệt lượng 103 cal/h 1. Apatit ẩm 2% 88,06 1. Nước bốc hơi 1365,72 2. Không khí 132,78 2. Khí 546,91 3. Axit 68% 546,18 3. Nhiệt tổn thất 187,58 4. Nhiệt phân huỷ 2984,59 4. Nhiệt supe mang ra 1651,4 Svào 3751,61 Sra 3751,61 d. Cân bằng nhiệt bộ phận hấp thụ Flo: ở phần tính toán cân bằng vật liệu ta coi như H2O và CO2 không bị hấp thụ ở bộ phận hấp thụ Flo do vậy ta coi như bỏ qua nhiệt lượng do một phần nhỏ hơi nước từ hỗn hợp khí chuyển vào dung dịch. * Nhiệt lượng vào: Bao gồm nhiệt lượng do hỗn hợp khí, nước đưa vào và nhiệt phản ứng. + Nhiệt lượng do hỗn hợp khí đưa vào QK1 như ở phần tín cân bằng, nhiệt ở bộ phận hỗn hợp hóa thành nhiệt lượng do khí mang ra ở t = 8500C là QK = 546,91.103(Kcal/h) Tổn thất nhiệt trên ống dẫn chọn là 2% QK vậy nhiệt lượng do hỗn hợp khí mang vào là: + Nhiệt lượng do phản ứng (12) tỏa ra: DHPư = (2 QSH2SiF6 + QSSiO2) - (3 QSSiF4 + QSH2O) = (2.542,3 + 208.1) - (3.360,1 + 3.68,4) = 72 Kcal Nhiệt lượng tỏa ra để tạo thành 236,6 kg H2SiF6 là: = 5,67.103 (Kcal/h) Với 144g là khối lượng mol của H2SiF6 + Nhiệt lượng do nước mang vào: Q3 = CH2O . GH2O. t = 1. 2001,6 . 25 = 50040,0 (Kcal/h) Hay Q3 = 50,04 . 103 (Kcal/h) Trong đó: CH2O = 1 (Kcal/h.độ) là nhiệt dung của nước GH2O = 2001,6 kg/h là lượng nước vào bộ phận hấp thụ Flo t= 250C là nhiệt độ của nước. + Vậy tổng nhiệt vào : SQvào: SQV = Qk1 + Qpư + Q3 = 535,97 .103 + 5,76 . 103 + 50,04 . 103 SQV = 591,68 . 103 (Kcal/h) * Nhiệt lượng ra: Gồm nhiệt do hỗn hợp khí mang ra ở nhiệt độ 350C do axit H2SiF6 10% mang ra và SiO2.H2O mang ra . + Xác định nhiệt do khí mang ra: Qk2 = (GCO2 . CCO2 + GH2O.CH2O + . CKKK + GSiF4 .C SiF4).t Trong đó: GCO2, GH2O, GKKK, GSiF4 lần lượt là các khối lượng của các khí thành phần hỗn hợp khí sau hấp thụ ta đã tính ở phần cân bằng ở bộ phận hấp thụ. ở nhiệt độ 680C tra trong CKKK = 1,008 (KJ/kg độ) = 0,241(Kcal/kgđộ) CCO2 = 0,855(KJ/kg độ) = 0,2042(Kcal/kgđộ) CH2O = 1,863 (KJ/kg độ) = 0,445(Kcal/kgđộ) C SiF4 = 0,1445 (KJ/kg độ). Từ đó ta có: Qk2 = (20878,2 . 0,241 + 2851,1 . 0,445 + 392,2 . 0,2042 + 8,8 . 0,1445).68 Qk2 = 433958,63 (Kcal/h) = 433,96 . 103 (Kcal/h) + Nhiệt tổn thất: Qtt lấy bằng 5% nhiệt vào. QTT = 0,05 . 591,68 .103 = 29,58 . 103 (Kcal/h) + Nhiệt độ SiO2.H2O mang ra: gọi t là nhiệt độ của dung dịch H2SiF6 10%. Q'3 = G.C.t = 64,4 . (Kcal/h) Với G = 64,4 (kg/h) là lượng SiO2.H2O tạo thành. C = 0,177 (Kcal/kg độ) là nhiệt dung của SiO2. C= 1 (Kcal/kg độ) là nhiệt dung của nước. 78; 60; 18 lần lượt là phân tử lượng của SiO2.H2O; SiO2; H2O. + Nhiệt do dung dịch axit H2SiF6 10% mang ra: Dung dịch H2SiF6 10% có chứa 226,8 kg H2SiF6. Vậy trong 2268 kg dung dịch H2SiF6 10% có chứa. 2268 - 226,8 = 2041,2 (kg/h) nước. - Nhiệt dung của H2SiF6 tính theo công thức. Cp = Scini (kcal/mol độ) C = 2 .4,3 + 5,8 + 6 . 7,0 = 56,4 (cal/mol độ) Trong đó: CH = 4,3 (cal/mol độ) Csi = 4,3(cal/mol độ) CF = 4,3 (cal/mol độ) C = 56,4 (cal/mol độ) = 0,3916 (Kcal/mol độ) Trong đó: 144.10-3 là khối lượng mol của H2SiF6 . - Vậy nhiệt do dung dịch H2SiF6 10% mang ra là: Q'4 = (226,8 . 0,3916 + 2041,2 . 1). t = 2130,01 . t (Kcal/h) Với : t : là nhiệt độ của dung dịch H2SiF6 mang ra. C = 1 (Kcal/kg độ) là nhiệt dung của H2O. + Tổng nhiệt ra: SQra = Qk2 + QTT + Q'3 + Q'4 = 433,96 .103 + 29,58 . 103 + 23,62.t +2130,01 . t SQra = 463,54 . 103 + 2153,63 . t (Kcal/h) Cân bằng nhiệt vào và xác định nhiệt độ của dung dịch H2SiF6 10%: SQvào = SQra Từ đó ta có: Q'3 = 23,62 . 59,5 = 1405,39 (Kcal/h) Q'3 = 1,41. 103(Kcal/h). Q'4 = 2130,01 x 59,5 = 126735,59(Kcal/h). Q'4 = 126,74. 103(Kcal/h). Bảng 18: Cân bằng nhiệt hấp thụ Flo. Nhiệt vào 103 (kcal/h) Nhiệt ra 103 (kcal/h) 1, Khí mang vào 2, Nhiệt phản ứng 3, Nhiệt do nước mang vào 535,97 5,67 50,04 1, Khí mang ra 2, Nhiệt tổn thất 3, Nhiệt do SiO2.H2O mang ra. 4, Nhiệt do dung dịch H2SiF6 mang ra. 433,96 29,58 1,41 126,74 Svào 591.68 Sra 591,69 Sai số: B - Tính toán và chọn thiết bị I - Tính và chọn thiết bị chính: 1.Tính toán phòng hoá thành: Năng xuất supe tươi ra khỏi phòng hoá thành. GSupe= 34219,4(kg/h) lưu lượng khí thoát ra phòng hoá thành VSupe = Với tỷ trọng supe d = 1,5.103 kg/m3 là khối lượng riêng của supe - Thời gian lưu của supe trong phòng hoá thành là T= 85 phút - Thể tích supe chiếm chỗ trong phòng hoá thành là: VSupe= (m3) - Chọn đường kính của ống trung tâm d1= 1m ´ 0,025 - Khoảng cách khe hở thân Karusen với thành phòng hoá thành là 0,25m - Chiều sâu dao cắt ăn vào ống trung tâm 0,25m - Đường kính trong của dao cắt là dn thì đường kính trong của phòng hoá thành là: D= = 2 Hay D = 2dn + 0,76 đ dn= D - 0,38(m) F1 m dn D - Diện tích khối supe chiếm chỗ: DS= Sht - Sn - Sống - 0,5(m3) Với Sht: Diện tích mặt cắt ngang bụi trong phòng hoá thành Diện tích Sht= = 0,785 d2n Sống = = 0,541m2 là diện tích thực tế mà ống trung tâm chiếm chỗ. 0,5m2 là diện tích phần gỗ ốp 1 phần ống trung tâm để thích hợp với sự nở ra của khối supe trong phòng hoá thành. Vậy: DS = 0,785.D2 - 0,785(- 0,38)2- 0,541- 0,5 = 0,589D2 + 0,3D - 1,15 - Chọn chiều cao phòng hoá thành h= 2,5m thì VSupe= DS.h = 2.5 ( 0,589 D2 + 0,3D - 1,15 )= 32,3 đ 0,589D2 + 0,3D - 20,49 = 0 đ D = 5,65(m) ở đây ta lấy tròn D = 6(m); h=2,5(m) Đường kính dao cắt là: dn= = 2,62(m) * Kiểm tra sự đúng đắn khi chọn h=2,5m Với d= 6(m) thì S= 0,589.62 + 0,3.6-1,15= 21,85m2 chiều cao thực của khối supe: Hsp= Vậy chiều cao thực của khối Supe nhỏ hơn chiều cao phòng hoá thành tức là h= 2,5m lầ chiều cao hợp lý. - Lấy chiều cao từ đáy phòng hoá thành tới nắp là 2,0m chiều cao nắp của phòng hoá thành là 0,5m. * Kiểm tra sự đúng đắn khi chọn đường kính trong ống trung tâm. ống trung tâm phải có kích thước hợp lý để supe ra khỏi phòng hoá thành không bị cản trở. Muốn vậy supe rơi trong ống phải là rơi tự do. Thời gian rơi tối đa tương ứng với supe cao nhất là: T= 0,54(giây) Thể tích tối đa supe chiếm chỗ trong ống trung tâm là: V = Vsp.T=m3 Trong đó thể tích trong của ống trung tâm là: Vống = 0,785 . d2 . h = 0,785 . 12 . 1,47 = 0,785 m3 >> 0,0034m3 Vậy D ống = 1m là kích thước đạt điều kiện cho phép. * Xác định bề dày của thùng hóa thành. Thùng hóa thành phải có bề dày đủ để bên cơ chứa supe và hạn chế nhiệt lượng của khối supe. ở đây ta chỉ tính bề dày để đạt yêu cầu giữ nhiệt cho supe để bảo đảm giữ nhiệt thì bề dày của phòng hóa thành đủ để nhiệt truyền ra từ phòng hóa thành bằng 0,8 nhiệt tốn nhất ở bộ phận hỗn hợp và hóa thành. - Thùng hóa thành vỏ có các lớp sau. Trong cùng là lớp nhựa êboxi dày 5mm, tiếp đến là lớp gạch chịu axit trát bằng vừa đibazơ dày 25 mm, tiếp đến là lớp bê tông cốt thép chịu axit (có độ dày phải tính toán) ngoài cù