热量衡算示例.doc

《热量衡算示例.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

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%P2O5）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%P2O5，循环料浆的液相含32%P2O5。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℃。排出料浆温度69℃。（注意：磷

2、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）带入的热量。即：Q进=Q磷矿+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反应+Q稀

3、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=36700×0.783×17.6=(KJ)≈505×106J(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℃Q硫酸=59800×2.470×40=(KJ)≈5908.7×106J(式中：2.470——40℃时56%H2SO4的比热，KJ/kg·K)H2SO4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

4、平均热容为（H2SO4比热数学模型）：Ct=(B0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B4*t2+B5*Cs*t+B6*Cs2*t)*4.19/t式中系数：B0=-38.,B1=0.,B2=-0.,B3=1.,B4=0.,B5=-0.,B6=0.（注意：计算时Cs为百分数，即不带入％）。Q淡磷酸=×3.036×55=(KJ)≈24245.5×106J[式中：3.036——29.2%P2O5磷酸溶液的比热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

5、反应热（磷精矿中的全部P2O5都按氟磷灰石计）：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO4·2H2O+3H3PO4+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）：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：≈21701.6×106J式中：0.

6、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=（33500×20976.9)/98=（KJ）≈7170.7×106J上式中：G硫酸——无水硫酸的量；q2——硫酸的比稀释热(KJ/mol)，按下式确定：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)/(18×56)=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

7、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：式中：910和715分别为无水硫酸量和56%H2SO4带入的水量（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H3PO4的浓度（单位分数）；0.75为循环料浆中液相含量（单位分数）。从而得出：因而，=20976.9（KJ/Kmol）进入萃取槽空气带入的热量：=（KJ）≈320.3×106J（式中