Примеры расчета материального и теплоюго балансов химического производства Таблица 6.1. Материальный баланс производства уксусной кислоты

Вещество

Количество

кг/ч

мЗ/ч

Веще ство

Количество

кг/ч

Технический ацетальдегид

В том числе: ацетальдегид

В том числе:

кислород

1160,63

1149,02 5,8

2696,78

628,35 2068,43

60408

14075 46333

21 79

Уксусная

96,9%-ная

кислота

Ацетальдегид

Муравьиная

кислота

Отходящие

В том числе кислород азот

диоксид углерода

1500

30,92 15,46

2311,69

145 2068,43 98,16

51780

3248 46333 2199

6,3 89,5 4,2

Итого

3857,41

60408

Итого

3858,07

51780

Пример 6-2. Рассчитать материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты (рис. 6.2) из апатитового концентрата, содержащего 39,4% PjOj, 52% СаО и 3% фтора. Норма серной кислоты 100% от стехиометрической на СаО. Коэффициент извлечения PjOj в экстракторе - 0,98, а коэффициент отмывки Р2О5 при фильтрации - 0,98. Концентрация исходной серной кислоты 76%. Содержание PjOj в продукционной кислоте 32%. В газовую фазу вьщеляется 20% фтора от содержащегося в сырье. Влажность гипса на карусельном фильтре: в первой зоне - 47%, во второй - 44,2%, в третьей -

H2SO4

Реактор

Фосфорная

кислота

Фосфогипс

Рис. 6.2. Схема материальных потоков ХТС в производстве экстракционной фосфорной кислоты

42%, В четвертой - 40%. В процессе фильтрации на 1 т апатитового концентрата испаряется 29,5 кг воды.

Расчет провести на 1 т апатитового концентрата.

Расчет материального баланса. Разложение апатитового концентрата протекает по реакции

CaO F(P205)p + nHjSO + 4ПН2О =

= 2р Н3РО4 + m F + п CaS04-2H20.

Рассчитываем количество 76%-ной кислоты, необходимой для разложения апатита, содержащего 52% СаО:

Сап 0,52vhso4/h,so4 1000-0,52-п-98

Gh п =-------- =-= 1197,4 кг.

VcaoMcao-0,76 п-56 0,76

Определяем количество выделяющегося фтора: Gp= GGjfQ,! = 10000,03 0,2 = 6 кг.

Находим количество Р2О5, переходящее: в раствор при экстракции

5р204,1 = 5апСр2О50,98 = 1000 0,394-0,98 = 386,12 кг; в кислоту при фильтрации и промывке гипса

Р205.2 = Р2О5,г0,98 = 386,120,98 = 378,4 кг. Общие потери Р2О5

А%05 = Р205,об - So5,2 = 1000-0,394 - 378,4 = 15,6 кг.

Определяем количество дигидрата гипса, образующегося в экстракторе:

С. -0.52Уф,Мф, 1000.0,52.п-172

СоЛ^СаО П-56

Количество балласта в апатите

бал = ап(1 - СаО - ЪОь^ =

= 1000-(1 - 0,52 - 0,394 - 0,03) = 56 кг.

Общее количество твердой фазы в пульпе

тф = ба, + %п = 56 + 1597,15 = 1653,14 кг.

Рассчитываем количество получаемой продукционной фосфорной кислоты, содержащей 32% Р2О5:

G = 378,4/0,32 = 1182,5 кг.

Определяем количество воды, необходимое для получения данного количества фосфорной кислоты;

Своды = кп - S03 = 1182,5 - 378,4 = 804,1 кг.

Находим количество влаги, выводящейся из системы, в виде кристаллизационной воды гипса (см. стехиометрическое уравнение):

G.±J=Jll±}l.334,2S кг.

крвода .72

Рассчитываем количество влаги, выводящейся из системы с влажным фосфогипсом;

Сзф = (Ц,ф/0,6)-0,4 = (1653,14/0,6)0,4= 1102,1 кг.

Количество влаги, испаряющейся в процессе фильтрации G, составляет согласно условиям задания 29,5 кг.

Количество воды, поступающей с исходной серной кислотой,

висх = Gh,so4-024 = 1197,4-0,24 = 287,38 кг

Рассчитываем количество воды, образующейся в результате реакции оксида кальция с серной кислотой;

СапСсао^ирЛ^н^о 1000-0,52-1-18 , Gn =---- =-= 167,14 кг.

Vc,oA/caO 1-56

Определяем количество воды, подаваемое в систему на промывку фильтров:

воды кр вода вф + ви ~ в исх ~ реакц

= 804,1 + 334,28 +1102,1 + 29,5 - 287,38 - 167,14 = 1815,46 кг Данные расчета сводим в табл. 6.2.

Разбаланс по массе обусловлен ошибкой вычисления (см. п. 1.3)

Технологические показатели производства Расходный коэффициент:

по серной кислоте 1197,4/1182,5 = 1,012 кг Щ^О^кт Щ?0;

по апатиту 1000/1182,5 = 0,8456 кг апатита/кг Н3РО4;

по воде 1815,46/1182,5 = 1,535 кг Пр/кт Н3РО4.