Đồ án Thiết kế phân xưởng suppe phốt phát đơn 260.000 tấn/năm

O4)2.H2O + HF (1.1) Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O (2.1) 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O (3.1) Theo phản ứng (1.1) Số mol Ca5F(PO4)3, H3PO4, H2O tham gia là: n1.1’ CaF(PO) = n1’’ CaF(PO) = 12,3295 kmol/h n1.1’HPO = 7.n1.1’ CaF(PO) = 86,3065 kmol/h n1.1’HO = 5.n1.1’ CaF(PO) = 61,6475 kmol/h Số mol Ca(H2PO4)2.H2O , HF tạo thành là: n1.1Ca(HPO). HO = 61,6475 kmol/h n1.1HF = 12,3295 kmol/h Theo phản ứng (2.1) Số mol Ca3(PO4)2 , H3PO4 , H2O tiêu tốn là: n2.1’Ca (PO) = n2’’ Ca (PO) = 14,5 kmol/h n2.1’ HPO = 4. n2.1’ Ca (PO) = 58 kmol/h n2.1’ HO = 3. n2.1’ Ca (PO) = 43,5 kmol/h Số mol Ca(H2PO4)2.H2O tạo thành là: n2.1 Ca(HPO). HO = 3.n2.1’ Ca (PO) = 43,5 kmol/h Theo phản ứng 3.1 Số mol HF và SiO2 tham gia phản ứng là: n3.1’SiO = n1.1HF = 3,083kmol/h Û 184,98 kg/h n3.1’HF = n1.1HF = 12,3295 kmol/h Số mol SiF4 và H2O tạo thành là : n3.1SiF = n3.1’SiO = 3,083 kmol/h n3.1HO = n1.1HF = 6,1648 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 : 21,2769 – 12,3295= 8,9473 kmol/h Û 4509,4392 kg/h Ca3(PO4)2 : Số mol Ca3(PO4)2 còn lại là: 25,0227 – 14,5 = 10,5227kmol/h Û 3262,037 kg/h Ca(H2PO4)2.H2O : Gồm lượng Ca(H2PO4)2.H2O sinh ra ở phản ứng (1.1), (2.1), lượng này là : (61,6475 + 43,5).252 = 26497,17 kg/h H3PO4 : Số mol này bao gồm số mol H3PO4 còn lại ở giai đoạn I trừ đi số mol H3PO4 phản ứng ở (1.1), (2.1). Số mol này là: 326,8358 – 86,3065 - 58 = 182,5293 kmol/h Û 17887,8714 kg/h CaSO4 : Gồm toàn bộ lượng CaSO4 ở giai đoạn I, lượng này là: 88749,5744 kg/h MgSO4 : Là toàn bộ lượng MgSO4 ở giai đoạn I, khối lượng MgSO4 này là: 4200 kg/h CO2 : Gồm toàn bộ lượng CO2 ở giai đoạn I, lượng CO2 này là: 4299,988 kg/h AlPO4 : Là toàn bộ lượng AlPO4 ở giai đoạn I, lượng này là: 3588,2640kg/h FePO4 : Gồm toàn bộ lượng FePO4 ở giai đoạn I, Khối lượng FePO4 này là: 1321,25 kg/h SiF4 : Gồm lượng SiF4 ở cuối giai đoạn I và lượng SiF4 sinh ra ở phản ứng (3.1),lượng này là: 1773,1272 +3,083 = 1776,2102 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 : 37098,5936+(6,168-61,6475-43,5).18=35316,9052 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 : 1892,837 – 184,98=1707,854 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: 0,4.1776,2102 = 710,4841 kg/h - CO2 bay ra hoàn toàn là : 4299,988 (kg/h) - Lượng nước bay hơi chiếm 25% lượng nước do dung dịch H2SO4 68% đưa vào, lượng nước này là: 31709,895.0,25=7927,4738kg/h Như vậy thành phần Suppe tươi là : + Ca5F(PO4)3 : 4309,792 kg/h + Ca3(PO4)2 : 3262,037 kg/h + Ca(H2PO4)2.H2O : 26497,17 kg/h + H3PO4 : 17887,8714 kg/h + CaSO4 : 88749,5744 kg/h + MgSO4 : 4200 kg/h + AlPO4 : 3588,2640 kg/h + FePO4 : 1321,25 kg/h + SiF4 : 1776,2102- 710,4841 = 1065,7261 kg/h + H2O : 35316,9052 – 7927,4738 = 27389,4314 kg/h + Tạp chất : 1707,854 kg/h ------------------------------------------------ Tổng : 179978,6175 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% 94342,336 99093,421 - 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 12937,9459 710,4841 4299,988 7927,4738 179979,6175 4509,4392 3262,037 26497,17 17887,8714 88749,5744 4200,0000 3588,2640 1321,25 1065,7261 27389,4314 1707,854 Tổng 193435,757 192916,5634 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: 0,4.8,9473 = 3,5789 kmol/h Ca5F(PO4)3 0,4.10,5227 = 4,2091 kmol/h Ca3(PO4)2 giả sử lượng quặng đưa vào trung hoà là 94342,336.y kg/h . Lượng quặng này sẽ gồm : Kmol/h kg/h Ca5F(PO4)3 89,474.y 45094,896.y Ca3(PO4)2 101,226.y 32620,06.y CaCO3 70,975.y 7097,5.y MgCO3 26,752.y 2247,168.y MgO 8,248.y 329,92.y Al2O3 14,706.y 1500.y Fe2O3 4,375 700.y H2O 102,056.y 1837.y SiO2 và tạp chất 2915,792.y Phản ứng trung hoà trong kho: Ca5F(PO4)3 + 7H3PO4 + 5H2O = 5 Ca(H2PO4)2.H2O + HF (a) (3,5789+ 89,474.y) Ca3(PO4)2 + 4H3PO4 + 3H2O = 3Ca(H2PO4)2.H2O (b) (4,2091 + 105,226.y) CaCO3 + 2 H3PO4 = Ca(H2PO4)2.H2O + CO2 (c) 70,975.y MgCO3 + 2 H3PO4 = Mg(H2PO4)2 + CO2 + H2O (d) 26,752.y MgO + 2 H3PO4 = Mg(H2PO4)2 +H2O 8,248.y Al2O3 + 2H3PO4 = 2AlPO4 + 3H2O (e) 14,706.y Fe2O3 + 2H3PO4 = 2FePO4 + 3H2O (f) 4,375.y 4HF + SiO2 = SiF4 + 2H2O (g) (3,5789 + 89,474.y) Khi trung hoà thì H3PO4 phản ứng hết có nghĩa là H3PO4 phản ứng 182,5293 kmol/h . Từ các phản ứng (a), (b), (c), (d), (e), (f),(g) và lượng Axit H3PO4 bị trung hoà ta có phương trình : (3,5789 + 89,474.y).7 + (4,2091 + 105,226.y).4 + 70,975.y.2 + 26,752.y.2 + 8,248.y.2 +14,706.y.2+4,375.y.2=182,5293 ị y = 0,1084074 ị Lượng quặng đưa vào trung hoà là : 94342,336.y.y = 10227,5158 kg/h Sản phẩm sau giai đoạn trung hoà : + Ca5F(PO4)3 : 0,6.4509,4392=2705,664 kg/h + Ca3(PO4)2 : 0,6.3262,037 = 1957,222 kg/h + Ca(H2PO4)2.H2O : 26497,17 kg/h + lượng Ca(H2PO4)2.H2O sinh ra ở các phản ứng (a), (b), (c) Û 26497,17 + [(3,5789 + 89,474.y).5 + (4,2091 + 105,226.y).3 + 70,975.y ].252 = 56973,0584 kg/h + CaSO4 : 88749,5744 kg/h + MgSO4 : 4200kg/h + Mg(H2PO4)2 : (26,752.y+8,248.y).218 = 827,1485 kg/h + AlPO4 : 3588,264 + 2.14,706.y.122 = 3977,2584 kg/h + FePO4 : 1321,25 + 2.4,375y.151 = 1464,4833 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. (3,5789 + 89,474.y).104 = 138,0969 kg/h + CO2 : (70,975.y + 26,752.y).44 = 466,1505 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: 27389,4314 - [(3,5789 + 89,474.y).5 + (4,2091+ 105,226.y).3].18 + [26,752.y + 8,248.y + 3.14,706.y +34,375 .y+ (3,5709 + 89,474.y)].18 = 25802,1094 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 : 1707,854 + 2915,792.y - (3,5789 + 89,474.y)].60 = 1824,7693 kg/h +Tổng lượng sản phẩm Suppe 189754,1591 kg/h + Tổng lượng các chất bay vào môi trường trong giai đoạn này 604,2474 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 179978,6175 10227,5158 - 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 604,2474 466,1505 138,0969 18975,1591 2705,6640 1957,222 56973,0584 88749,5744 4200 827,1485 3977,2584 1464,4833 1272,8714 25802,1096 1824,7693 Tổng 190206,1333 190358,4065 Sai số 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 : 91837. = 91928,837 kg/h ị Lượng quặng cần thiết để cung cấp cho dây chuyền là : 91928,837. . = 10010012892kg/h Û 792794,2903 tấn/năm Như vậy cứ 792794,2903 tấn quặng/năm đem sản suất thì Cần : 68456,920 kg/h dung dịch H2SO4 73242,963 % 25850,458 kg/h H2O Tạo ra : + Lượng khí thoát ra khỏi phòng hoá thành là : CO2 : 4299,988 kg/h SiF4 : 710,4841 kg/h H2O : 7928,4738 kg/h + Suppe tươi : 179978,6175 kg/h + Tạo ra lượng sản phẩm là : 189754,1591 kg/h Û 1502852,940 tấn/năm Dây chuyền ta thiết kế là 230 000 tấn/năm thì cần : + Lượng quặng : 137156,810 tấn/năm + dung dịch H2SO4 95 % : 12671,346 kg/h + H2O : 4472,240 kg/h Tạo ra lượng khí thoát ra ở phòng hoá thành : CO2 : 743,916 kg/h SiF4 : 122,916 kg/h H2O : 1371,659 kg/h Tạo ra lượng suppe tươi là : 31137,072 kg/h Apatit vào phòng hoá thành là 16321,628 kg/h Khí bay ra ở phòng hoá thành Khí bay ra khỏi phòng hoá thành ở nhiệt độ 900 C gồm : CO2 : 743,916 kg/h Û 16,907 kmol/h Û 503,569 m3/h SiF4 : 122,916 kg/h Û 1,181 kmol/h Û 35,196 m3/h H2O : 1371,659 kg/h Û 76,202 kmol/h Û 2269,673 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 : 743,916 kg/h Û 16,907 kmol/h Û 503,569 m3/h + SiF4 : 122,916 kg/h Û 1,181 kmol/h Û 35,196 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 : 1371,659 + 368,6 = 1740,259 kg/h Û 96,680 kmol/h Û 2879,559 m3/h Tổng thể tích khí sang công đoạn hấp thụ là : 503,369 + 35,196 + 23273 + 2879,559 = 26691,424 m3/h 6. Cân bằng vật chất ở công đoạn hấp thụ khí Flo Khí vào hấp thụ ở 900C gồm + CO2 : 743,916 kg/h + SiF4 : 122,916 kg/h + H2O : 1740,259 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. 122,916 = 121,686kg/h Lượng SiF4 đi vào môi trường là : 1.229 vậy lượng H2O tham gia phản ứng trên là : 121,686 = 28,081 kg/h Lượng H2SiF4 tạo thành là : 121,686. = 112,325 kg/h Lượng SiO2. H2O tạo thành là : 142,827. = 35,707 kg/h + Dung dịch sau hấp thụ có nồng độ là 10% nên lượng dung dịch thu được là: 112,325. = 1123,25 kg/h => lượng nước trong dung dịch là 1123,25. = 1010,88 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 + 1371,639 +368,6= 1219,50 + 2000,184 => X = 1479,445 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 22621,4 1740,259 122,916 743,916 1479,445 + Khí ra - Không khí khô - Hơi nước - SiF4 - CO2 + Dung dịch H2SiF6 + SiO2. H2O 22621,4 2000,18400 1,229 743,916 1123,25 28,081 Tổng 26698,936 26509,06 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 = 12671,346 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 = 195138,728 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 = 4472,240 kg/h C2 = 1 kcal/kg.độ (V-195) t2 = 250C => Q2 = 111806,00 (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 = 0,473 => q2 - q1 = 8036,003 kcal/kmol H2SO4 vậy nhiệt pha loãng là : Q3 = 12671,346.. 6774,717 = 805889,801 (kg/h) Nhiệt ra + Nhiệt do dung dịch axit 68% mang ra là : Q4 = G4C4t4 G4 là lượng dung dịch axit H2SO4 68% thu được : G4 = 17143,5865 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%, t4 = 550C => Q4 =540280,1285 kcal/h => Nhiệt cần phải rút ra là = Tổng nhiệt vào - Tổng nhiệt ra = 195138m728 + 111806,00 + 805889,801 – 540280,1285 =1115834,529 – 540180,1285 = 575554,401 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 = 575554,401 => G5 = 19185,1467 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 = 17143,5865.C.t = 1115834,528 => C.t = 65,0875 Tra bảng (IX-146) ta thấy ứng với nhiệt độ là t = 1090C và C = 0,593 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 : 1115834,528 kcal/h + Nhiệt do Apatit mang vào là : Q1 = G1C1t1 G1 ,C1 ,t1 là khối lượng, nhiệt dung riêng, nhiệt độ của Apatit G1 = 17317,7. 7900 kg/h C1 = 1,045 kj/kg.độ t1 = 550C => Q1 = 995339,384 kj/h = 216407,968 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 = 80,75.68,1971.103 = 5506915,825 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 = 80,2033.103. 63,07 = 5058422,131 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 = 70,975.103 = 1494733,5 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 = 23,45.26,752.103 = 627334,4 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 = 53,30.8,248.103 = 439618,4 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 12,3295.103 mol vậy nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q6 = q6.n Ca5F(PO4)3 = 45,55. 12,3295.103 = 561608,725 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 14,5.103 mol vậy nhiệt toả ra của phản ứng này là : Q7 = q7.n Ca3(PO4)2 = 41,95. 14,5.103 = 668275 kcal/h Tổng nhiệt toả ra của các phản ứng là : Qpư = Q1 + Q2 + Q3 + Q4 + Q5 + Q6 + Q7 = 1515295,21 kcal/h Đây là nhiệt toả ra của phản ứng trong phòng hoá thành khi sản suất đạt được sản phẩm là 1502852,940 tấn/năm Còn lượng nhiệt toả ra của phản ứng trong phòng hoá thành khi sản suất đạt được lượng sản phẩm là 260000 tấn/năm là Qtoả = 2621239,011 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 = 227732,719 + 85854,124 + 2621239,011 + 1115834,528 = 4050660,382 kcal/h Nhiệt ra + Nhiệt do không khí mang ra : - CO2 : Q1’ = G1’ .C1’.t1’ G1’ là lượng khí CO2, G1’ = 743,916 kg/h C1’ = 0,207 kcal/kg.độ (II - 164) t1’ = 900C => Q1’ = 13859,1551 kcal/h - SiF4 : Q2’ = G2’ .C2’.t2’ G2’ là lượng khí SiF4, G2’ = 122,916 kg/h C2’ = 1,072 kcal/kg.độ (II - 96) t2’ = 900C => Q2’ = 11858,9357 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) : 1371,659 + 386,6 = 1758,259 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’ = 1758,259 – 0,4508 . 90 + 22621,400.0,241.90 = 561994,2501 kcal/h Vậy nhiệt do không khí mang ra là : Qkk = 13859,1551 ++ 11858,357 + 561994,2501 = 587712,341 kcal/h + Nhiệt tổn thất : Qtt = 0,01.Qv = 40506,604 kcal/h + Nhiệt do suppe tươi mang ra là : Qsp Ta có cân bằng : Tổng nhiệt vào = Tổng nhiệt ra 4050660,382 = 587712,341 + 40506,604 + Qsp ị Qsp = 3422441,437kal/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 1115834,528 227732,719 85854,124 2621239,011 - Nhiệt do khí mang ra - Nhiệt tổn thất - Nhiệt do suppe mang ra 587712,341 40506,604 3422441,437 Tổng 4050660,382 Tổng 4050660,382 3. Cân bằng chất và cân bằng nhiệt cho máy sấy thùng quay Lượng quặng vào sấy l17317,779 kg/h đi vào hai máy sấy thùng quay, mỗi thùng là 8658,89 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 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 : 8658,89 kg/h gồm quặng khô : 8658,89. = 7793,001 kg/h ẩm : 8658,89.= 865,889 kg/h - Quặng ra thùng sấy có độ ẩm là 2% gồm : quặng khô : 7793,001 kg/h ẩm : 7793,001 = 159,041 kg/h + Nhiệt vào thùng sấy : - Nhiệt do quặng mang vào gồm : nhiệt quặng khô : Q1 = mqk .C1.t1 = 7793,001 . 0,187.25 = 36432,28 kcal/h mqk là lượng quặng khô vào trong 1h : 7793,001 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 = 865,889.1.25 = 21647,225 kcal/h mH2O là lượng ẩm vào trong 1h : 865,889kg/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 : 58079,505 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 : 865,889 – 159,041 = 706,848 kg/h Nhiệt do khí mang ra là : q1 = [ (2,717.C CO + 0,027.CCO + 0,1CO + 5,396 .CN + 0,016. C SO ).t + 0,299.i HO ].x + 706,848. 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 + 1934580,18. kj/h = 546,5041.x + 462066,538 kcal/h - Nhiệt do quặng đã sấy mang ra là : nhiệt quặng khô : Q1 = mqk .C1.t1 = 7793,00 mqk là lượng quặng khô vào trong 1h : 7793,001kg/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 = 15911 . 1 . 130 = 20675,33 kcal/h m HO là lượng ẩm vào trong 1h : 159,041kg/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 : 210123,184 kcal/h Coi như nhiệt tổn thất là không đáng kể, ta có cân bằng nhiệt sau : Tổng nhiệt vào = Tổng nhiệt ra 58079,505 + 2540,868x = 546,298x + 462066,538 + 210123,7843 ị x = 198,924 kg/h vậy khí nóng vào máy sấy gồm : CO2 : 540,477 kg/h CO : 5,371 kg/h O2 : 19,8924 kg/h N2 : 1670,166 kg/h SO2 : 3,183 kg/h H2O : 59,867 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 7793,001 865,889 540,477 5,371 19,8924 1670,166 3,183 59,478 - Quặng : quặng khô ẩm - Khí nóng : CO2 CO O2 N2 SO2 H2O 7793,001 540,477 5,371 19,8924 1670,166 3,183 766,326 Tổng 10957,4374 10957,4574 Nhiệt vào Kcal/h Nhiệt ra Kcal/h - Nhiệt khí nóng mang vào - Nhiệt do quặng mang vào 722764,626 58079,505 - Nhiệt do khí mang ra - Nhiệt do khí mang ra 570738,3214 210123,184 Tổng 780844,131 Tổng 780861,5054 Sai số .100%=0,00001% 4. Cân bằng nhiệt bộ phận hấp thụ khí 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.Dovậy ta coi như bỏ qua một phần nhỏ hơi nước từ hỗn hợp khí chuyển vào dung dịch. a.Nhiệt lượng vào:(Qvào) Bao gồm nhiệt lượng do hỗn hợp khí ,nước đưa vào và nhiệt phản ứng. +Nhiệt lượng do hỗn hợp