Đồ án Thiết kế phân xưởng Suppe phốt phát đơn 230.000 tấn/năm

.1HF = 10,52841 kmol/h Theo phản ứng (2.1) Số mol Ca3(PO4)2 , H3PO4 , H2O tiêu tốn là: n2.1’Ca (PO) = n2’’ Ca (PO) = 11,96751 kmol/h n2.1’ HPO = 4. n2.1’ Ca (PO) = 47,87000 kmol/h n2.1’ HO = 3. n2.1’ Ca (PO) = 35,90253 kmol/h Số mol Ca(H2PO4)2.H2O tạo thành là: n2.1 Ca(HPO). HO = 3.n2.1’ Ca (PO) = 35,90253 kmol/h Theo phản ứng 3.1 Số mol HF và SiO2 tham gia phản ứng là: n3.1’SiO = n1.1HF = 2,6321 kmol/h Û 157,926 kg/h n3.1’HF = n1.1HF = 10,52841 kmol/h Số mol SiF4 và H2O tạo thành là : n3.1SiF = n3.1’SiO = 2,6321 kmol/h n3.1HO = n1.1HF = 5,4980 kmol/h Vậy từ khi kết thúc giai đoạn I đến lúc ra khỏi phòng hoá thành thì hỗn hợp phản ứng gồm : Ca5F(PO4)3 : Số mol Ca5F(PO4)3 còn lại là : 19,7488 - 10,52841= 9,22039 kmol/h Û 4647,07656 kg/h Ca3(PO4)2 : Số mol Ca3(PO4)2 còn lại là: 22,1379 - 11,96751 = 10,17039kmol/h Û 3152,8209 kg/h Ca(H2PO4)2.H2O : Gồm lượng Ca(H2PO4)2.H2O sinh ra ở phản ứng (1.1), (2.1), lượng này là : 52,6421.252 + 35,90253.252 = 22313,24676 kg/h H3PO4 : Số mol này bao gồm số mol H3PO4 ở giai đoạn I trừ đi số mol H3PO4 phản ứng ở (1.1), (2.1). Số mol này là: 299,0688 - 73,6989 - 47,870 = 177,5 kmol/h Û 17395 kg/h CaSO4 : Gồm toàn bộ lượng CaSO4 ở giai đoạn I, lượng này là: 80938,5368 kg/h MgSO4 : Là toàn bộ lượng MgSO4 ở giai đoạn I, khối lượng MgSO4 này là: 5100 kg/h CO2 : Gồm toàn bộ lượng CO2 ở giai đoạn I, lượng CO2 này là: 2153,668 kg/h AlPO4 : Là toàn bộ lượng AlPO4 ở giai đoạn I, lượng này là: 5741,076 kg/h FePO4 : Gồm toàn bộ lượng FePO4 ở giai đoạn I, Khối lượng FePO4 này là: 3775 kg/h SiF4 : Gồm lượng SiF4 ở cuối giai đoạn I và lượng SiF4 sinh ra ở phản ứng (3.1),lượng này là: 1819,9584 +5,498.104 = 2093,6968 kg/h H2O : Bao gồm lượng nước sinh ra trong giai đoạn một và lượng nước sinh ra ở phản ứng (3.1) trừ đi lượng tiêu tốn ra ở phản ứng (1.1), (2.1), Khối lượng nước này là : 34679,029 + 5,498.18 - 52,6421.18 - 35,90253.18 = 33184,1897 kg/h Lượng tạp chất : Chính là lượng tạp chất ở cuối giai đoạn I trừ đi lượng SiO2 đã phản ứng ở phản ứng (3.1), lượng tạp chất này là : 2665,816 - 157,926 = 2507,890 kg/h Giả thiết - Flo bay ra khỏi phòng hoá thành chiếm 40% lượng Flo tạo thành SiF4. Flo bay ra ở dạng SiF4 , lượng Flo bay vào môi trường là: 0,4.2093,6968 = 837,47872 kg/h - CO2 bay ra hoàn toàn là : 2153,6680 (kg/h) - Lượng nước bay hơi chiếm 25% lượng nước do dung dịch H2SO4 68% đưa vào, lượng nước này là: 0,25.29406,2525= 7351,56313 kg/h Như vậy thành phần Suppe tươi là : + Ca5F(PO4)3 : 4647,07656 kg/h + Ca3(PO4)2 : 3152,8209 kg/h + Ca(H2PO4)2.H2O : 22313,24676 kg/h + H3PO4 : 17395 kg/h + CaSO4 : 80938,5368 kg/h + MgSO4 : 5100 kg/h + AlPO4 : 5741,076 kg/h + FePO4 : 3775 kg/h + SiF4 : 2093,6968- 837,47872 = 1256,21808 kg/h + H2O : 33184,1897 - 7351,56313= 25832,6266 kg/h + Tạp chất : 2507,890 kg/h ------------------------------------------------ Tổng : 172659,49170 kg/h Bảng cân bằng chất ở phòng hoá thành và thùng trộn Lượng vào Kg/h Lượng ra Kg/h - Quặng Apatit sấy - Dung dịch Axit H2SO4 68% 90769,62800 91894,53950 - Các chất bay hơi + SiF4 + CO2 + H2O - Suppe tươi + Ca5F(PO4)3 + Ca3(PO4)2 + Ca(H2PO4)2.H2O + H3PO4 + CaSO4 + MgSO4 + AlPO4 + FePO4 + SiF4 + H2O + Tạp chất 837,47872 2153,66800 7351,56313 4647,07656 3152,82090 22313,24676 17395,00000 80938,53680 5100,00000 5741,07600 3775,00000 1256,21808 25832,62660 2507,89000 Tổng 182664,16750 183002,20160 Sai số 3.Trung hoà sản phẩm bằng Apatit Giả thiết 40% Ca5F(PO4)3, Ca3(PO4)2 trong suppe tươi tiếp tục phản ứng khi ủ trong kho. Tức số mol Ca5F(PO4)3, Ca3(PO4)2 tiếp tục phản ứng trong kho ủ là: 0,4.9,22039 = 3,6882 kmol/h Ca5F(PO4)3 0,4.10,17039 = 4,0682 kmol/h Ca3(PO4)2 giả sử lượng quặng đưa vào trung hoà là 90769,62800.y kg/h . Lượng quặng này sẽ gồm : Kmol/h kg/h Ca5F(PO4)3 89,474.y 45094,896.y Ca3(PO4)2 101,704.y 31528,240.y CaCO3 6,447.y 6,447.y MgCO3 42,500.y 3570,000.y Al2O3 23,529.y 2400,000.y Fe2O3 12,500.y 2000,000.y H2O 100,890.y 1816,000.y SiO2 và tạp chất 3715,792.y Phản ứng trung hoà trong kho: Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5 Ca(H2PO4)2.H2O + HF (a) (3,6882+ 89,474.y) Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O (b) (4,0682 + 101,704.y) CaCO3 + 2 H3PO4 = Ca(H2PO4)2.H2O + CO2 (c) 6,447.y MgCO3 + 2 H3PO4 = Mg(H2PO4)2 + CO2 + H2O (d) 42,5.y Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O (e) 23,529.y Fe2O3 + 2H3PO4 = 2FePO4 + 3H2O (f) 12,5.y 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O (g) (3,6882 + 89,474.y) Khi trung hoà thì H3PO4 phản ứng hết có nghĩa là H3PO4 phản ứng 177,5 kmol/h . Từ các phản ứng (a), (b), (c), (d), (e), (f),(g) và lượng Axit H3PO4 bị trung hoà ta có phương trình : (3,6882 + 89,474.y).7 + (4,0682 + 101,704.y).4 + 6,447.y.2 + 42,5.y.2 + 23,529.y.2 = 177,5 ị y = 0,114941 ị Lượng quặng đưa vào trung hoà là : 90769,62800.y = 10433,152 kg/h Sản phẩm sau giai đoạn trung hoà : + Ca5F(PO4)3 : 0,6.4647,07656 = 2788,246 kg/h + Ca3(PO4)2 : 0,6.3152,8209 = 1891,69254 kg/h + Ca(H2PO4)2.H2O : 22313,24676 kg/h + lượng Ca(H2PO4)2.H2O sinh ra ở các phản ứng (a), (b), (c) Û 22313,24676 + [(3,6882 + 89,474.y).5 + (4,0682 + 101,704.y).3 + 6,447.y ].252 = 52019,41662 kg/h + CaSO4 : 80938,5368 kg/h + MgSO4 : 5100 kg/h + Mg(H2PO4)2 : 42,5.y.218 = 1064,9284 kg/h + AlPO4 : 5741,076 + 2.23,529.y.122 = 6400,96102 kg/h + FePO4 : 3775 + 2.12,5.y.151 = 4208,9023 kg/h + SiF4 : Giả định 40% SiF4 sinh ra trong giai đoạn này bay vào môi trường do vậy lượng SiF4 trong sản phẩm là: 1256,21808 + 0,6. (3,6882 + 89,474.y).104 = 1474,188 kg/h lượng SiF4 bay vào môi trường là: 0,4. (3,6882 + 89,474.y).104 = 145,3133 kg/h + CO2 : (6,447.y + 42,5.y).44 = 247,545 kg/h + H2O : Gồm lượng nước trong suppe tươi trừ đi lượng nước tham gia phản ứng (a), (b) cộng với lượng nước trong các phản ứng (d), (e), (f), (g), lượng này là: 25832,6266 - [(3,6882 + 89,474.y).5 + (4,0682 + 101,704.y).3].18 + [42,5.y + 3.23,529.y + 3.12,5.y + . (3,6882 + 89,474.y)].18 = 24158,93260 kg/h + Lượng tạp chất : Gồm lượng tạp chất chứa trong suppe tươi , trong quặng đem vào trung hoà trừ đi lượng SiO2 đã phản ứng : 2507,89 + 3715,792.y - (3,6882 + 89,474.y)].60 = 2725,4004 kg/h +Tổng lượng sản phẩm Suppe 182771,2047 kg/h + Tổng lượng các chất bay vào môi trường trong giai đoạn này 392,8583 kg/h Cân bằng vật chất trong giai đoạn ủ kho Lượng vào Kg/h Lượng ra Kg/h - Suppe tươi - Quặng đem trung hoà 172659,49170 10433,15200 - Các chất bay hơi + CO2 + SiF4 - Sản phẩm Suppe + Ca5F(PO4)3 + Ca3(PO4)2 + Ca(H2PO4)2.H2O + CaSO4 + MgSO4 + Mg(H2PO4)2 + AlPO4 + FePO4 + SiF4 + H2O + Tạp chất 392,85830 247,54500 145,31330 182771,20470 2788,24600 1891,69524 52019,41662 80938,53680 5100 1064,92840 6400,96102 4208,90230 1474,18800 24158,93260 2725,40040 Tổng 183092,64370 183164,06300 Sai số 4.Phân tích chất lượng sản phẩm Độ ẩm sản phẩm : = 13,22 % Hàm lượng P2O5 trong sản phẩm: Trong 182771,2047 kg/h sản phẩm chứa : + Ca5F(PO4)3 đ P2O5 504 .142 2788,246 1178,366 kg/h + Ca3(PO4)2 đ P2O5 142 1891,69254 866,51723 kg/h + Ca(H2PO4)2.H2O đ P2O5 142 52019,41662 29312,5284 kg/h + Mg(H2PO4)2 đ P2O5 142 1064,9284 693,669 kg/h + AlPO4 đ P2O5 .142 6400,96102 3725,14945 kg/h + FePO4 đ P2O5 151 .142 4028,9023 1894,38453 kg/h ị Tổng lượng P2O5 chứa trong sản phẩm : ồ P2O5 =1178,366+866,51723+29312,5284+693,669+3725,14945+1894,38453= 37670,61461(Kg/h) Tổng lượng P2O5 hữu hiệu : ồ P2O5 hh = ồ P2O5 - 1178,366 - 866,51723 = 35625,7314 kg/h vậy hàm lượng P2O5 chung là : .100% = 20,661% hàm lượng P2O5 hữu hiệu là : .100% = 19,429 % Hệ số phân huỷ quặng là : K = .100%= 94,6 % 5. Dây chuyển sản xuất Dây chuyền ta chọn giả sử không có tổn thất nguyên liệu ở máy sấy thùng quay. Còn tổn thất nguyên liệu ở thiêt bị phân ly cơ học là 0,1 % Do vậy lượng quặng cần thiết đưa vào máy nghiền bi để đạt được lượng sản phẩm trên là : 90,816.1000. = 90906,816 kg/h ị Lượng quặng cần thiết để cung cấp cho dây chuyền là : 90906,816. . = 100099,6401 kg/h Û 792789,1496 tấn/năm Như vậy cứ 792789,1496 tấn quặng/năm đem sản suất thì Cần : 67119,535 kg/h dung dịch H2SO4 95 % 24775,005 kg/h H2O Tạo ra : + Lượng khí thoát ra khỏi phòng hoá thành là : CO2 : 2153,668 kg/h SiF4 : 837,47872 kg/h H2O : 7351,56313 kg/h + Suppe tươi : 172659,4917 kg/h + Tạo ra lượng sản phẩm là : 182771,2047 kg/h Û 1447545,941 tấn/năm Dây chuyền ta thiết kế là 230 000 tấn/năm thì cần : + Lượng quặng : 125965,9533 tấn/năm + dung dịch H2SO4 95 % : 10664,5963 kg/h + H2O : 3936,491 kg/h Tạo ra lượng khí thoát ra ở phòng hoá thành : CO2 : 342,2 kg/h SiF4 : 133,067 kg/h H2O : 1168,086 kg/h Tạo ra lượng suppe tươi là : 27433,7981 kg/h Apatit vào phòng hoá thành là 14429,7182 kg/h Khí bay ra ở phòng hoá thành Khí bay ra khỏi phòng hoá thành ở nhiệt độ 900 C gồm : CO2 : 342,2 kg/h Û 7,7773 kmol/h Û 231,642 m3/h SiF4 : 133,067 kg/h Û 1,2795 kmol/h Û 38,11 m3/h H2O : 1168,086 kg/h Û 64,894 kmol/h Û 1932,821 m3/h Không khí Quạt hút có công suất khoảng 20.000 m3/h á 30.000 m3/h Ta giả thiết là lượng không khí lọt vào phòng hoá thành là 20.000 m3/h, khí này ở nhiệt độ là 250C và độ ẩm tương đối là j = 80 % tra bảng XV (IX -168) ta có : Không khí này có khối lượng riêng là 1,1495 kg/m3 Hàm ẩm là 18,43 g/m3 Nhiệt hàm của không khí là 15,89 kcal/kg không khí khô Như vậy lượng không khí vào phòng hoá thành là 20000.1,1495 = 22990 kg/h lượng nước chứa trong không khí là 20000. = 368,6 kg/h => lượng không khí khô mang vào là 22990 - 368,6 = 22621,4 kg/h vậy khí sang công đoạn hấp thụ gồm + CO2 : 342,2 kg/h Û 7,7773 kmol/h Û 231,6424 m3/h + SiF4 : 133,067 kg/h Û 1,2795 kmol/h Û 38,11 m3/h + Không khí khô 22621,4 kg/h , khối lượng riêng của không khí khô ở 900 C là 0,972 kg/m3 (st1-382) nên thể tích không khí khô là = 23273 m3/h + H2O : 1168,086 + 368,6 = 1536,686 kg/h Û 85,3714 kmol/h Û 2542,74 m3/h Tổng thể tích khí sang công đoạn hấp thụ là : 231,6424 + 38,11 + 23273 + 2542,74 = 26085,4924 m3/h 6. Cân bằng vật chất ở công đoạn hấp thụ khí Flo Khí vào hấp thụ ở 900C gồm + CO2 : 342,2 kg/h + SiF4 : 133,067 kg/h + H2O : 1536,686 kg/h + Không khí khô 22621,4 kg/h Hệ thống hấp thụ bằng nước, hấp thụ 99% lượng SiF4 . Khí ra khỏi thiết bị ở 500C và bão hoà hơi nước, tra bảng XV ta có lượng nước đi theo khí là 88,42.10-3 kg H2O/1kg Không khí khô Phản ứng hấp thụ : 3SiF4 + 4 H2O = 2H2SiF6 + SiO2. H2O (1) 3.104 4.18 2.144 78 131,73633 Lượng Flo bị hấp thụ là 99% nên lượng SiF4 bị hấp thụ là : 0,99. 133,067 = 131,73633kg/h Lượng SiF4 đi vào môi trường là : 133,067 -131,73633 =1,33067 kg/h vậy lượng H2O tham gia phản ứng trên là : 131,73633. = 30,4007 kg/h Lượng H2SiF4 tạo thành là : 131,73633. = 121,6028 kg/h Lượng SiO2. H2O tạo thành là : 131,73633. = 32,9341 kg/h + Dung dịch sau hấp thụ có nồng độ là 10% nên lượng dung dịch thu được là: 121,6028. = 1216,028 kg/h => lượng nước trong dung dịch là 1216,028. = 1094,4252 kg/h Lượng nước ra khỏi hệ thống hấp thụ đi vào môi trường là : 22621,4. 88,42.10-3 = 2000,184 kg/h + Nếu lượng nước cấp cho hệ thống hấp thụ là X thì ta có : Tổng lượng nước vào = Tổng lượng nước ra X + 1536,686 = 1094,4252 + 2000,184+30,4007 => X = 1588,3239 kg/h Bảng cân bằng vật liệu hấp thụ khí Flo Lượng vào Kg/h Lượng ra Kg/h + Khí vào hấp thụ - Không khí khô - Hơi nước - SiF4 - CO2 + Nước 22621,40000 1536,68600 133,06700 342,20000 1588,32390 + Khí ra - Không khí khô - Hơi nước - SiF4 - CO2 + Dung dịch H2SiF6 + SiO2. H2O 22621,40000 2000,18400 1,33067 342,20000 1216,02800 32,93410 Tổng 26221,67690 26214,07677 Sai số .100%=0,03% B- Cân bằng nhiệt 1. Cân bằng nhiệt của quá trình pha loãng axit Do quá trình pha loãng axit toả ra một nhiệt lượng làm cho nhiệt độ của dung dịch tăng, ta phải khống chế nhiệt độ của dung dịch để nhiệt độ của dung dịch vào phản ứng là tối ưu. Nhiệt dung dịch dịch axit H2SO4 95% là 400C Nhiệt của nước pha loãng axit 250C Nhiệt của dung dịch axit H2SO468% sau pha loãng 550C Nhiệt của nước vào làm mát 250C Nhiệt của nước sau làm mát 550C Nhiệt vào + Nhiệt do dung dịch axit H2SO4 95% mang vào là : Q1 = G1C1t1 G1 là lượng dung dịch axit H2SO4 95% mang vào : G1 = 10664,5963 kg/h C1 là nhiệt dung riêng của dung dịch axit H2SO4 95% mang vào : C1 = 0,364 kcal/kg.độ (IX-148) t1 là nhiệt dung dịch axit H2SO4 95%, t1 = 400C => Q1 = 10664,5963. 0,364 .40 = 155276,5221 kcal/h + Nhiệt do nước pha loãng axit mang vào là : Q2 = G2C2t2 G2 ,C2 ,t2 là lượng , nhiệt dung riêng, nhiệt độ của nước đem pha loãng G2 = 3936,491 kg/h C2 = 1 kcal/kg.độ (V-195) t2 = 250C => Q2 = 3936,491 .1.25 =98412,275 (kcal/h) + Nhiệt pha loãng dung dịch axit từ 95% đến 68% áp dụng công thức : q2 - q1 = n2.17860/(n2 + 1,7983) - n1.17860/(n1 + 1,7983) kcal/kmol H2SO4 (XIII - 88) n2, n1 là tỷ số mol H2O trên số mol H2SO4 trong dung dịch axit H2SO4 68% và 95 % n2=.=2,562 n1= .=0,287 n2 = 2,562 n1 = 0,287 => q2 - q1 = 8036,003 kcal/kmol H2SO4 vậy nhiệt pha loãng là : Q3 = 10664,5963.. 8036,003 = 830772,3619 (kg/h) Nhiệt ra + Nhiệt do dung dịch axit 68% mang ra là : Q4 = G4C4t4 G4 là lượng dung dịch axit H2SO4 68% mang vào : G4 = =14601,08691 kg/h C4 là nhiệt dung riêng của dung dịch axit H2SO4 68% mang vào : C4 = 0,573 kcal/kg.độ (IX-148) t4 là nhiệt độ của dịch axit H2SO4 68%, t1 = 550C => Q4 =14601,08691 . 0,573 .55=460153,254 kcal/h => Nhiệt cần phải rút ra là = Tổng nhiệt vào - Tổng nhiệt ra = 155276,5221 + 98412,275 + 830772,3619 - 460153,254 =624307,905 kcal/h + Lượng nước vào làm mát : Trong khoảng nhiệt độ nhỏ, coi sự thay đổi của nhiệt dung riêng của nước là không đáng kể. Giả sử lượng nước đem làm là G5, thì nhiệt rút ra của dung dịch nước là : Q5 = G5C5 (tra - tvào ) C5 = 1 kcal/kg.độ (V-195) (tra – tvào ) = 55 - 25 = 300C Ta có phương trình : Q5 = G5.1.30 = 624307,905 => G5 = 20810,2635 kg/h + Nhiệt độ của dung dịch Axit 68% khi chưa làm mát : Giả sử nhiệt độ này là t, thì nhiệt mang vào của Axit 68% là : Q = G4C.t = 14601,08691.C.t = 1084461,159 => C.t = 74,2726 Tra bảng (IX-146) ta thấy ứng với nhiệt độ là t = 148,4560C và C = 0,5003 kcal/kg.độ 2.Cân bầng nhiệt phân huỷ Apatit ở bộ phận hỗn hợp và hoá thành Nhiệt độ Apatit vào là 550C Nhiệt độ dịch Axit 68% vào trộn là 550C Nhiệt độ không khí vào 250C Nhiệt độ Suppe tươi ra là 1100C Nhiệt độ hỗn hợp khí ra khỏi phòng hoá thành là 900C Nhiệt vào + Nhiệt do dung dịch Axit mang vào là : 1084461,159 kcal/h + Nhiệt do Apatit mang vào là : Q1 = G1C1t1 G1 ,C1 ,t1 là khối lượng, nhiệt dung riêng, nhiệt độ của Apatit G1 = 14429,7182 kg/h C1 = 1,045 kj/kg.độ t1 = 550C => Q1 = 89348,0535 kj/h = 198119,5035 kcal/h + Nhiệt độ do không khí mang vào là : Q2 = mkkk.H mkkk là khối lượng không khí khô, mkkk = 22621,4 kg/h H là entanpi của không khí, H = 15,89 kj/kg không khí khô (tt2-175) => Q2 = 359454,046 kj/h = 85854,124 kcal/h + Nhiệt do các phản ứng : Bảng nhiệt tạo thành của một số chất Công thức kcal/mol Công thức kcal/mol Ca5F(PO4)3 1631,00 Ca(H2PO4)2.H2O 816,82 Ca3(PO4)2 986,20 CaSO4 340,80 CaCO3 289,00 MgSO4 322,75 MgCO3 286,56 CO2 94,40 SiO2 198,80 SiF4 362,10 H2O lỏng 68,37 HF 64,40 H2O hơi 56,63 H3PO4 304,30 - Nhiệt tạo thành của phản ứng ở giai đoạn I : Nhiệt của phản ứng : Ca5F(PO4)3 + 5H2SO4 = 5 CaSO4 + 3H3PO4 + HF (1) q1 = 3 ΔH H3PO4 + 5ΔH CaSO4 + ΔH HF - 5 ΔH H2SO4 - ΔHCa5F(PO4)3 = 3.304,30 + 5.340,80 + 64,40 – 5.193,91 – 1631 = 80,75 kcal/mol vậy nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q1 = q1.n Ca5F(PO4)3 = 80,75.69,9982.103 = 5652354,65 kcal/h Nhiệt của phản ứng : Ca3(PO4)2 + 3H2SO4 = 3CaSO4 + 2H3PO4 (2) q2 = 2 ΔH H3PO4 + 3ΔH CaSO4 - 3 ΔH H2SO4 - ΔHCa3(PO4)2 = 3.304,30 + 2.340,80 – 3.193,91 – 986,2 = 63,07 kcal/mol nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q2 = q2.n Ca3(PO4)2 = 79,5661.103. 63,07 = 5018233,927 kcal/h Nhiệt của phản ứng : CaCO3 + H2SO4 = CaSO4 + CO2 + H2O (3) q3 = ΔH H2O + ΔH CO2 + ΔH CaSO4 - ΔH H2SO4 - ΔH CaCO3 = 68,37+ 94,80 + 340,80 – 193,91 – 289,00 = 21,06 kcal/mol nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q3 = q3.n CaCO3 = 21,06.6,447.103 = 135773,82 kcal/h Nhiệt của phản ứng : MgCO3 + H2SO4 = MgSO4 + CO2 + H2O (4) q4 = ΔH H2O + ΔH CO2 + ΔH MgSO4 - ΔH H2SO4 - ΔH MgCO3 = 68,37+ 94,80 + 322,75 – 193,91 – 286,56 = 23,45 kcal/mol nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q3 = q3.n MgCO3 = 23,45.42,5.103 = 996625 kcal/h Nhiệt của phản ứng : 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O (5) q5 = 2.ΔH H2O + ΔH SiF4 - ΔHSiO2 - 4.ΔHHF = 2.68,37+ 362,10 – 198,80 – 4.64,4 = 42,44 kcal/mol Số mol HF sinh ra trong cả hai giai đoạn I và II, số mol này là : n HF = 10,996 + 69,530 = 80,52661 kmol/h nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q5 = q5.nHF = 42,44. .80,52661.103 = 854387,3321 kcal/h - Nhiệt phản ứng của giai đoạn II Nhiệt của phản ứng : Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5 Ca(H2PO4)2.H2O + HF (6) q6 = 5. ΔH Ca(H2PO4)2.H2O + ΔH HF - 5 ΔH H2O - ΔHCa5F(PO4)3 - 7 ΔH H3PO4 = 5.816,82 + 64,4 – 5.68,17 – 7.304,30 – 1631,000 = 45,55 kcal/mol số mol Ca5F(PO4)3 tham gia phản ứng này là 10,52841.103 mol vậy nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q6 = q6.n Ca5F(PO4)3 = 45,55. 10,52841.103 = 479569,0755 kcal/h Nhiệt của phản ứng : Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O (7) q7 = 3. ΔH Ca(H2PO4)2.H2O - 3 ΔH H2O - ΔH Ca3(PO4)2 - 4.ΔH H3PO4 = 5.816,82 + 64,4 – 3.68,37 – 4.304,30 – 986,200 = 41,95 kcal/mol số mol Ca3(PO4)2 tham gia phản ứng này là 11,96751.103 mol vậy nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q7 = q7.n Ca3(PO4)2 = 41,95. 11,96751.103 = 502037,0445 kcal/h Tổng nhiệt toả ra của các phản ứng là : Qpư = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 = 13638980,85 kcal/h Đây là nhiệt toả ra của phản ứng trong phòng hoá thành khi sản suất đạt được sản phẩm là 1447545,941 tấn/năm Còn lượng nhiệt toả ra của phản ứng trong phòng hoá thành khi sản suất đạt được lượng sản phẩm là 230000 tấn/năm là Qtoả = 2167092,254 kcal/h Tổng nhiệt vào là :(gồm nhiệt Aptit mang vào, nhiệt do không khí mang vào, nhiệt của các phản ứng, nhiệt dung dịch axit mang vào) Qv = 198119,5035 + 1084461,159 + 85854,124 + 2167092,254 = 3535527,04 kcal/h Nhiệt ra + Nhiệt do không khí mang ra : - CO2 : Q1’ = G1’ .C1’.t1’ G1’ là lượng khí CO2, G1’ = 342,2 kg/h C1’ = 0,207 kcal/kg.độ (II - 164) t1’ = 900C => Q1’ = 342,2 .0,207.90=6375,186 kcal/h - SiF4 : Q2’ = G2’ .C2’.t2’ G1’ là lượng khí SiF4, G2’ = 133,067 kg/h C1’ = 1,072 kcal/kg.độ (II - 96) t2’ = 900C => Q2’ = 133,067 .1,072.90=12838,3042 kcal/h - Không khí ẩm mang ra : Không khí ẩm gồm : Hơi nước (gồm nước bay hơi trong phản ứng và hơi nước do không khí khô mang vào) : 1168,086 + 386,6 = 1536,686 kg/h Không khí khô : 22621,400 kg/h Nhiệt độ không khí ẩm ra là 900C , nhiệt dung riêng của hơi nước là 0,4508 kcal/kg.độ (IX - 158) và của không khí khô là 0,241 kcal/h (V- 382). vậy nhiệt độ do không khí ẩm mang ra là : Q3’ = 1536,686.0,4508.90 + 22621,400.0,241.90 = 553004,5904 kcal/h Vậy nhiệt do không khí mang ra là : Qkk = 553004,5904 + 12838,3042 + 6375,186 = 572218,0806 kcal/h + Nhiệt tổn thất : Qtt = 0,01.Qv = 35355,2704 kcal/h + Nhiệt do suppe tươi mang ra là : Qsp Ta có cân bằng : Tổng nhiệt vào = Tổng nhiệt ra 3535527,04 = 572218,0806 + 35355,2704 + Qsp ị Qsp = 2927953,689 kal/h Bảng cân bằng nhiệt ở thiết bị hỗn hợp và hoá thành Nhiệt vào Kcal/h Nhiệt ra Kcal/h - Nhiệt do dung dịch axit 68% - Nhiệt do Apatit mang vào - Nhiệt do không khí mang vào - Nhiệt của các phản ứng 1084461,1590 198119,5035 85854,1240 2167092,1240 - Nhiệt do khí mang ra - Nhiệt tổn thất - Nhiệt do suppe mang ra 572218,0806 35355,2704 2927953,6890 Tổng 3535527,0400 Tổng 3535527,0400 3. Cân bằng chất và cân bằng nhiệt cho máy sấy thùng quay Lượng quặng vào sấy là .103 =15904,7921 kg/h đi vào hai máy sấy thùng quay, mỗi thùng là 7952,3961 kg/h Nhiệt độ khí vào là 8000C Nhiệt độ khí ra 1300C Nhiệt độ quặng vào là 250C Nhiệt độ quặng ra khỏi máy sấy là 1000C Không khí vào đốt ở 250C và độ ẩm là tương đối là j = 80% Ta dùng than có thành phần sau : C : 76,08 % S : 0,8 % Tro : 10,32 % H2O : 12,8 % Khi đốt thì Than cháy không hoàn toàn 1,1 % Than cháy chuyển thành CO2 97,4 % Than cháy chuyển thành CO 1,5 % Không khí cấp dư với hệ số là a = 1,05 Tính cân bằng quá trình cháy với 1 kg C + O2 = CO2 C + O2 = CO S + O2 = SO2 Các bon cháy đến CO2: 0,7608.0,974 = 0,7410 kg Các bon cháy đến CO : 0,7608.0,0150 = 0,0114 kg Các bon còn lại trong tro là : 0,7608.0,011 = 0,0084 kg - Lượng oxi cần để chuyển 0,7410 kg các bon thành CO2 là : = 1,9760 kg khi ấy tạo thành 2,7170 kg CO2 - Lượng oxi cần để chuyển 0,0114 kg các bon thành CO là : = 0,0152 kg tạo thành 0,0266 kg CO - Lượng oxi cần để chuyển 0,008kg các lưu huỳnh thành SO2 là : = 0,0080kg tạo thành 0,016 kg SO2 Tổng cộng cần có 1,9996 kg oxi . Do hệ số dư là 1,05 nên lượng oxi mà không khí cần cung cấp là : 1,9996.1,05 = 2,09958 kg Không khí khô có oxi chiếm 20% và nitơ chiếm 80%, lượng nitơ do không khí mang vào là 2,09958. = 8,39832 kg Tổng lượng không khí khô là 10,4979 kg Không khí vào đốt có d = 16,29.10-3 kg H2O/kg không khí khô Vậy lượng hơi nước vào theo không khí là : 16,29.10-3. 10,4979 = 0,1710 kg Hơi nước trong khí lò : 0,1710 + 0,128 = 0,299 kg Thành phần của khí lò : CO2 : 2,717 kg CO : 0,0266 kg O2 : 0,1 kg N2 : 8,39832 kg SO2 : 0,016 kg H2O : 0,299 kg Khi đốt 1kg than thì khí nóng đem vào máy sấy một lượng là : q = (m CO.C CO + mCO.CCO + mO.CO + mN.CN + m SO.C SO).t + m HO.i HO C CO, CCO, CO, CN, C SO, là nhiệt dung riêng của các chất tương ứng ở nhiệt độ t = 8000C . i HO là entanpi của H2O ở 8000C . Tra bảng ta có : C CO : 1,089 kj/kg.độ CCO : 1,111 kj/kg.độ CO : 1,017 kj/kg.độ CN : 1,100 kj/kg.độ CSO : 0,766 kj/kg.độ i HO : 993 kcal/kg Thay số ta có : q = (2,717.1,089 + 0,027.1,111 + 0,1.1,017 + 8,39832.1,1 + 0,016.0,766).800 + 0,299. 993.4,1868 = 11115,82463 kj = 2654,9691 kcal - Quặng vào thùng sấy là : 7952,3961 kg/h gồm quặng khô : 7952,3961. = 7077,63253 kg/h ẩm : 7952,3961.= 874,76357 kg/h - Quặng ra thùng sấy có độ ẩm là 2% gồm : quặng khô : 7077,63253 kg/h ẩm : 7077,63253 = 144,4415 kg/h + Nhiệt vào thùng sấy : - Nhiệt do quặng mang vào gồm : nhiệt quặng khô : Q1 = mqk .C1.t1 = 7077,63253.0,187.25 = 33087,9321 kcal/h mqk là lượng quặng khô vào trong 1h : 7077,63253 kg/h C1 là nhiệt dung riêng của quặng khô : 0,187 kcal/kg.độ t1 là nhiệt độ quặng vào 250C nhiệt ẩm: Q2 = m HO .C HO.t1 = 874,76357.1.25 = 21869,0893 kcal/h mH2O là lượng ẩm vào trong 1h : 874,76357kg/h CH2O là nhiệt dung riêng của ẩm : 1 kcal/kg.độ t1 là nhiệt độ quặng vào 250C ị Nhiệt do quặng mang vào : 54956,0214 kcal/h - Nhiệt do không khí nóng mang vào là : Giả sử ta đốt x kg/h than, thì lượng nhiệt do khí nóng mang vào là 2654,9691.x kcal/h + Nhiệt ra khỏi thùng sấy : - Nhiệt do khí mang ra : khí ra khỏi thùng sấy có các lượng khí tương tự như khí vào,nhưng có lượng nước tăng thêm do ẩm trong quặng bay hơi. Lượng nước này là : 874,76357 – 144,4415 = 730,3221 kg/h Nhiệt do khí mang ra là : q1 = [ (m CO.C CO + mCO.CCO + mO.CO + mN.CN + m SO.C SO ).t + m HO.i HO ].x + 730,3221. i HO C CO, CCO, C O , CN, C SO, là nhiệt dung riêng của các chất tương ứng ở nhiệt độ t = 1300C . iH2O là entanpi của H2O ở 1300C . Tra bảng ta có : CCO : 0,884 kj/kg.độ CCO : 1,023 kj/kg.độ CO : 0,938 kj/kg.độ CN : 1,044 kj/kg.độ CSO: 0,644 kj/kg.độ i HO : 653,7 kcal/kg Thay số ta có : q1 = 2288,10332.x + 1998826,706. kj/h = 546,5041.x + 477411,557 kcal/h - Nhiệt do quặng đã sấy mang ra là : nhiệt quặng khô : Q1 = mqk .C1.t1 = 7077,63253.0,187.130 = 172057,2468 kcal/h = mqk là lượng quặng khô vào trong 1h : 7077,63253kg/h C1 là nhiệt dung riêng của quặng khô : 0,187 kcal/kg.độ t1 là nhiệt độ quặng vào 1300C nhiệt ẩm: Q2 = m HO .C HO.t1 = 144,4415.1.130 = 18777,395 kcal/h m HO là lượng ẩm vào trong 1h : 144,4415kg/h CHO là nhiệt dung riêng của ẩm : 1 kcal/kg.độ t1 là nhiệt độ quặng vào 1300C ị Nhiệt do quặng mang ra là : 190834,642 kcal/h Coi như nhiệt tổn thất là không đáng kể, ta có cân bằng nhiệt sau : Tổng nhiệt vào = Tổng nhiệt ra 54956,0214 + 2654,9691.x = 546,5041.x + 477411,557 + 190834,642 ị x = 290,8705 kg/h vậy khí nóng vào máy sấy gồm : CO2 : 290,8705.2,717=790,2951 kg/h CO : 7,8535 kg/h O2 : 29,0871 kg/h N2 : 2443,11441 kg/h SO2 : 4,65393 kg/h H2O : 86,9703 kg/h Bảng cân bằng chất và cân bằng nhiệt của máy sấy thùng quay Chất vào Kg/h Chất ra Kg/h - Quặng : quặng khô ẩm - Khí nóng : CO2 CO O2 N2 SO2 H2O 7077,63253 874,76357 790,29510 7,85350 29,08710 2443,11441 4,65393 86,97030 - Q