Производство фосфорной кислоты

Размещено на http://www.allbest.ru

Содержание

Введение

1. Методы производства фосфорной кислоты

1.1 Электротермический метод

1.2 Экстракционный метод

2. Сырье для производства фосфорной кислоты

2.1 Разложение примесей, присутствующих в сырье

3. Коэффициенты использования сырья

4. Классификация реакций

5. Материальный баланс производства ЭФК

6. Энергетический (тепловой) баланс производства ЭФК

7. Характеристика основных аппаратов

8. Модели ХТС процесса производства ЭФК

8.1 Химическая схема

8.2 Структурная схема

8.3 Функциональная схема

8.4 Технологическая схема

Заключение

Список использованной литературы

Введение

Фосфорная кислота - твердое бесцветное вещество. Кристаллическая фосфорная кислота - гигроскопическое соединение, распыляется на воздухе и с водой смешивается в любых соотношениях. Разбавленные растворы фосфорной кислоты обладают кисловатым вкусом [1].

Впервые фосфорная кислота была получена в 1671 г. Р. Бройлем при растворении в воде продуктов сгорания фосфора. Позднее возможность получения кислоты из фосфора подтвердил А. Маркграф. После того как И. Г. Ган и К. В. Шееле обнаружили в 1770 г., что кости животных содержат фосфаты, фосфорную кислоту стали получать для технических целей, обрабатывая серной кислотой костяной уголь. Чистую же фосфорную кислоту приготовляли окислением фосфора азотной кислотой. Производство фосфорной кислоты сжиганием фосфора было реализовано в промышленном масштабе только через 250 лет после открытия Бройля [2].

Ортофосфорная кислота находит применение:

ѕ при очищении от ржавчины металлических поверхностей, она образует на обработанной поверхности защитную плёнку, предотвращая дальнейшую коррозию;

ѕ фосфорная кислота входит в состав фреонов, в промышленных морозильных установках используется как связующее вещество;

ѕ при пайке фосфорная кислота применяется в качестве флюса (по окисленной меди, по чёрному металлу, по нержавеющей стали);

ѕ в сельском хозяйстве ее используют в качестве минерального удобрения. За счет чего повышается урожайность и увеличивается морозоустойчивость культур;

ѕ в животноводстве фосфорную кислоту используют в качестве профилактического лекарственного средства. С ее помощью можно предотвратить мочекаменное заболевание;

ѕ в стоматологии фосфорная кислота используется для удаления зубной эмали перед пломбированием зуба;

ѕ в пищевой промышленности применяется в виде пищевой добавки Е338, а также как регулятор кислотности при производстве мармелада, лимонадов, газированной воды и сиропов [3].

Как трехосновная, фосфорная кислота относится к слабым кислотам. Теплоты и свободные энергии ионизации показывают, что первая ступень диссоциации Н₃РО₄ протекает с экзотермическим, а последняя - с эндотермическим эффектом. Химические свойства фосфорной кислоты сходны с другими кислотами; реактивом на ионы РО₄^{3 -} служит AgNO₃. При добавлении его к раствору, образуется осадок ярко-желтого цвета - фосфат серебра Ag₃PO₄. Кристаллическая Н₃РО₄ известна в виде безводной Н₃РО₄ и полугидрата Н₃РО₄·0,5Н₂О. Чистая фосфорная кислота образует призматические кристаллы моноклинной системы, легко расплывающейся на воздухе, кристаллизуется довольно медленно, и концентрированную Н₃РО₄ можно легко переохладить до получения стекла.

Показано, что в растворе Н₃РО₄ имеет место обмен между атомами кислорода между ионами РО₄ и Н₂О. в процессе термической диссоциации Н₃РО₄ могут образовываться ее дигидратированные формы пиро- и метафосфорной кислоты, а также существуют полифосфатные кислоты (пиро-, три-, мета-, ангидридомета-, тетраполи -, триполи-, пиро-, отрофосфорная кислоты). Фосфорную кислоту получают в виде густой, сиропообразной жидкости, из которой при охлаждении могут выделить кристаллический продукт. Во многих случаях кристаллизация происходит только при внесении затравки.

Фосфорную кислоту в лабораторных условиях легко получить окислением фосфора 32%-ным раствором азотной кислоты:

3P + 5HNO₃ + 2H₂O = 3H₃PO₄ + 5NO

В промышленности фосфорную кислоту получают экстракционным и термическим способами [1].

1. Методы производства фосфорной кислоты

1.1 Электротермический метод

Электротермический метод производства фосфорной кислоты основан на восстановлении фосфатов до элементарного фосфора, его последующим окислении до оксида фосфора (5) и гидратации оксида до фосфорной кислоты. фосфорный кислота производство реакция

Са₅(РО₄)₃F> Рп > Р₂О₅ > Н₃РО₄

1. Получение фосфора

Восстановление фосфора из природных фосфатов представляет собой сложный многостадийный гетерогенный процесс, протекающий через стадии:

- нагревание компонентов шихты;

- поступление в расплав фосфата кальция и оксида кремния;

- диссоциация трикальцийфосфата;

- диффузия продуктов диссоциации к поверхности частиц углерода;

- взаимодействие трикальцийфосфата с углеродом и образование фосфора, оксида углерода (II) и оксида кальция;

- удаление оксида кальция из зоны реакции в виде силикатов кальция.

2. Сжигание фосфора - гетерогенный экзотермический процесс, протекает по уравнению:

Р₄ жидк. +5О₂ газ = Р₄О₁₀ тв. - ДH

через димер диоксида фосфора (V).

3. Гидратация оксида фосфора (V) протекает через ряд стадий. На первой стадии процесса, вследствие высокой температуры в системе, взаимодействие паров оксида фосфора с водой дает метафосфорную кислоту:

Р₄О₁₀ +2Н₂О = 4НРО₃ -ДH

При понижении температуры метафосфорная кислота через полифосфорные кислоты превращается в фосфорную кислоту:

НРО₃ + Н₂О = Н₃РО₄ -ДH

Технологический процесс производства фосфорной кислоты электротермическим методом может строиться по двум вариантам (рис. 1):

- по одноступенчатой схеме, без предварительной конденсации паров фосфора, с непосредственным сжиганием выходящего из стадии восстановления фосфорсодержащего газа и

- по двухступенчатой схеме, с предварительной конденсацией паров фосфора и последующей переработкой его в фосфорную кислоту.

При окислении фосфора и гидратации оксида фосфора (V) выделяется большое количество тепла, которое для поддержания оптимального теплового режима процесса должно отводиться из системы. По методу отвода теплоты установки по производству термической фосфорной кислоты делятся на испарительные, циркуляционные и теплообменные. Наиболее распространены циркуляционно-испарительные схемы, в которых охлаждение газов происходит за счет теплообмена с циркулирующей фосфорной кислотой и в результате испарения из нее воды [4].

1.2 Экстракционный метод

Экстракционный метод производства фосфорной кислоты основан на реакции разложения природных фосфатов серной кислотой. Процесс состоит из двух стадий: разложение фосфатов и фильтровании образовавшейся фосфорной кислоты и промывки сульфата кальция водой.

Са₅(РО₄)₃F + 5Н₂SО₄ + nН₃РО₄+ 5mН₂О= (n+3)Н₃РО₄ +5СаSО₄ * mН₂О +НF

Часть образовавшейся фосфорной кислоты возвращается в процесс. Фактически фосфат разлагается смесью серной и фосфорной кислот.

В зависимости от температуры и концентрации фосфорной кислоты, находящийся в равновесии с ней в твердой фазе сульфат кальция существует в трех формах: ангидрита СаSО₄, полугидрата СаSО₄ * 0,5 Н₂О и дигидрата или гипса СаSО₄ * 2Н₂О. При осаждении сульфата кальция из фосфорнокислых растворов вначале выделяется наиболее растворимый полугидрат, который затем превращается в стабильную при данных условиях форму, обладающую меньшей растворимостью. Это превращение происходит путем постепенного растворения полугидрата и одновременной кристаллизации из растворов гипса или ангидрита.

Основой для выбора технологических параметров процесса разложения фосфатов серной кислотой являются свойства системы СаSО₄-Н₃РО₄-Н₂О, в которой СаSО₄ может существовать в трех формах: безводной и двух кристаллогидратов (СаSО₄, СаSО₄ * 0.5Н₂О и СаSО₄ * 2Н₂О).

В соответствии с этим различают три режима экстракции фосфорной кислоты: дигидратный, полугидратный и ангидритный. Наиболее распространен дигидратный метод, который осуществляют при 65-80⁰С, получая кислоту с концентрацией до 30-32% Р₂О₅. Нашел применение и полугидратный режим (рис. 2), осуществляемый при 90 -105⁰С и позволяющий производить кислоту, содержащую до 50% Р₂О₅. Все шире распространяются комбинированные полугидратно-дигидратные способы экстракции, в которых сначала выделяют полугидрат, а затем, охлаждая и разбавляя суспензию, перекристаллизовывают его в гипс. Такие способы позволяют получать концентрированную (до 50%) кислоту при высокой степени использования сырья. Однако всем вариантам экстракционного метода производства фосфорной кислоты свойственны общие недостатки, а именно:

ѕ необходимость упаривания полученной фосфорной кислоты до концентрации, необходимой в производстве минеральных удобрений;

ѕ сильная коррозия аппаратуры на стадии концентрирования;

ѕ отложение кристаллов сульфата кальция и геля кремниевой кислоты на стенках аппаратуры [5].

Принципиальные схемы производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным и полугидратным методами идентичны. Однако полугидратный метод позволяет получить более концентрированную кислоту, снизить потери сырья и обеспечить более высокие интенсивность и производительность аппаратуры. Принципиальная схема производства экстракционной фосфорной кислоты полугидратным методом представлена на рисунке ниже.

Высокая степень разложения фосфатов, равная 0,99 дол.ед., достигается всего за 1-1,5 часа. Практически процесс экстракции продолжается до 4-8 часов. Это необходимо для образования крупных кристаллов сульфата кальция, которые легко фильтруются и промываются для извлечения фосфорной кислоты небольшим количеством воды.

Мы более подробно рассмотрим именно экстракционный способ производства фосфорной кислоты [4].

2. Сырье для производства фосфорной кислоты

В природе известно более 120 минералов. Наиболее распространены и имеют промышленное значение минералы апатитовой группы - фторапатит Ca₁₀F₂(PO₄)₆, гидроксиапатит Ca₁₀(PO₄)₆(OH)₂, хлорапатит Ca₅(PO₄)₃Cl.

К фосфатам группы апатита относятся минералы с общей формулой Ca₁₀R₂(PO₄)₆, где R - F, Cl, OH.

Некоторая часть Са в апатитах замещена Sr, Ba, Mg, Mn, Fe и трехвалентными редкоземельными элементами в сочетании со щелочными металлами.

Другие апатитовые минералы являются продуктами замещения части фосфора углеродом - карбонатапатит, франколит и курскит, в качестве заместителей могут выступать Fe, Al, щелочные металлы. В результате получаются такие апатитовые минералы, как крандаллит Ca(Al, Fe)₃(PO₄)₂(OH)₅*5H₂O и милизит Ca_0,5(Na, K)_0,5(Al, Fe)₃(PO₄)₂(OH)_4,5*1,5H₂O.

Минералы, входящие в руду отличаются по физико-химическим и флотационным свойствам, что позволяет при флотации обогащать полученный концентрат с содержанием целевого продукта 92-93%. Флотация (фр. flottation, от flotter -- плавать) -- это процесс разделения мелких твёрдых частиц (главным образом, минералов), основанный на различии их в смачиваемости водой. Гидрофобные (плохо смачиваемые водой) частицы избирательно закрепляются на границе раздела фаз, обычно газа и воды, и отделяются от гидрофильных (хорошо смачиваемых водой) частиц. При флотации пузырьки газа или капли масла прилипают к плохо смачиваемым водой частицам и поднимают их к поверхности.

Чистый кальций-фторапатит содержит: 42,22% Р₂О₅; 55,6% СаО, 3,76% F.

По происхождению фосфаты бывают магматические и осадочные. Магматические, или собственно апатитовые породы образовались либо при непосредственном застывании расплавленной магмы, либо в отдельных жилах в процессе кристаллизации магматического расплава (гематитовые жилы), либо при выделении из горячих водных растворов (гидротермальные образования), либо при взаимодействии магмы с известняком (контактовые).

Апатитовые породы имеют зернистую крупнокристаллическую структуру и характеризуются отсутствием полидисперсности и микропористости. Вкрапленные в них или сопутствующие им другие минералы магматического происхождения также имеют кристаллическое строение. К ним относятся: нефелин (Na, K)AlSiO4*nSiO2, пироксены [эгирин NaFe(SiO₃)₂ и эгирин-авгит Ca(Mg, Fe, Al)(SiO₃)], титаномагнетит Fe₃O₄*FeTiO₂, ильменит FeTiO₃, сфен CaTiSiO₅, полевые шпаты, слюда, эвдиалит и др.

Крупнейшие в мире месторождение апатита находится в Хабинской тундре на Кольском полуострове. Мощность пластов достигает 200 м.

Осадочными фосфатами являются фосфориты. Они образовались в результате выветривания горных пород, взаимодействия с другими горными породами и отложения их как в рассеянном состоянии, так и с образованием крупных скоплений.

Фосфоритные руды отличаются от апатитовых высокой дисперсностью содержащихся в них фосфатных минералов и тесным срастанием их с сопутствующими минералами (примесями). Фосфориты быстрее растворяются в кислотах, чем апатиты.

Другими важнейшими минералами, содержащими фосфор, являются амблигонит LiAl(PO₄)F, бирюза CuAl₆(PO₄)₄(OH)₈*5H₂O, вавеллит 4AlPO₄*2Al(OH)₃*9H₂O, вагнерит Mg₂PO₄F, варисцит AlPO₄*2H₂O, вивианит Fe₃(PO₄)₂*8H₂O, ксенотим YPO₄, либетенит Cu₂(PO₄)OH, литиофилит Li(Mn, Fe)PO₄, монацит (Ce, La, Dy)PO₄, отэнит Ca(UO₂)₂(PO₄)₂*8H₃O, мироморфит Pb₅(PO₄)₃Cl, триплит (Mn, Fe)₂PO₄F, трифилит Li(Fe, Mn)PO₄.

Некоторые из этих минералов служат источником получения целевых редкоземельных элементов, крана и т.д., а получаемые соединения фосфора при их переработке представляют собой побочный продукт.

Лучшее сырье для получения экстракционной фосфорной кислоты - апатитовый концентрат, содержащий 2% R₂О₃ или 5% от общего содержания Р₂О₅. В нем почти отсутствуют карбонаты. Вследствие этого на его разложение расходуется наименьшее (по сравнению с другими видами сырья) количество серной кислоты.

При экстракции фосфорной кислоты из фосфоритов Каратау, содержащих значительное количество карбонатов, железистых и глинистых веществ, не только увеличивается расход серной кислоты, вследствие необходимости разложения карбонатов, но и фосфорная кислота получается худшего качества. Она содержит сульфаты и фосфаты магния, железа и алюминия, что обуславливает нейтрализацию значительной части (до половины) фосфорной кислоты. Кроме того, из такого сырья можно извлечь Р₂О₅ на 3-6% меньше, чем из апатитового концентрата. Это объясняется, главным образом, ухудшением условий фильтрования и промывки фосфогипса, выделяющегося из раствора в виде кристаллов с малыми размерами, пронизанных примесями тонких глинистых частиц.

Другие виды фосфоритов - песчанистые (актюбинские, щигровские), глинисто-глауконитовые (вятские, рязанско-егорьевские) даже после обогащения, достигаемого современными методами, в настоящее время не применяются для получения фосфорной кислоты. Они могут быть использованы в смеси с апатитовым концентратом. Количество добавляемого апатита должно обеспечить такое отношение R₂O₃: Р₂О₅, которое позволяет осуществить процесс с минимальными потерями [6].

2.1 Разложение примесей, присутствующих в фосфатном сырье

Содержащиеся в природных фосфатах силикаты (например, нефелин, глауконит, каолин) разлагаются с образованием сульфатов и кремниевой кислоты

Na₂O*K₂O*Al₂O₃*2SiO₂ + 5H₂SO₄ = Na₂SO₄ + K₂SO₄ + Al₂(SO₄)₃ + 2SiO₂ + 5H₂O.

Выделившаяся кремневая кислота реагирует с растворенным фтористым водородом, образуя кремнефтористоводородную кислоту:

6HF + SiO₂ = H₂SiF₆ + 2H₂O.

При 70-80^ОС и концентрации фосфорной кислоты в жидкой фазе, равной 25-32% Р₂О₅, кремнефтористоводородная кислота частично выделяется в газовую фазу в виде эквимолекулярной смеси 2HF и SiF₄. в присутствии избытка кремневой кислоты H₂SiF₆ в растворе разлагается с образованием газообразного SiF₄

2 H₂SiF₆ + SiO₂ = 3 SiF₄ + 2H₂O.

Давление пара SiF₄ над раствором чистой кремнефтористоводородной кислоты довольно значительно.

Однако над растворами фосфорной кислоты давление пара фтористых соединений относительно невелико (меньше, чем над растворами серной кислоты), и в газовую фазу при экстракции дигидратным способом выделяется 6-10% фтора от его общего количества.

Фтористые соединения, уносимые с газами, абсорбируются водой с образованием раствора H₂SiF₆

(n + 2) H₂O + 3 SiF₄ = 2H₂SiF₆ + SiO₂·nH₂O,

который перерабатывают в различные фторсодержащие продукты.

Из других примесей, содержащихся в сырье, наибольшее влияние на процесс экстракции оказывают карбонаты кальция и магния и соединения трехвалентного железа и алюминия.

Карбонаты и силикаты кальция и магния, сопутствующие фосфатному веществу в фосфоритах, легко разлагаются серной кислотой

MgSiO₄ + 2H₂SO₄ = 2MgSO₄ + SiO₂ + 2H₂O.

При этом увеличивается расход серной кислоты, идущей на разложение балластных (нефосфатных) веществ. Сульфат магния, растворимый в фосфорной кислоте, реагирует с соединениями кальция

Ca(H₂PO₄)₂ + MgSO₄ = CaSO₄ + Mg(H₂PO₄)₂.

В результате этого некоторое количество фосфорной кислоты связывается в фосфат магния, и выход свободной (активной) кислоты уменьшается. При содержании в сырье около 28% оксида магния от количества фосфорного ангидрида вся фосфорная кислота полностью связывается в дигидрофосфат магния, и выход ее фактически равен нулю.

Соединения алюминия (нефелин, каолины) и железа (гематит, бурый железняк) расворяются в реакционной смеси и переходят в фосфаты алюминия и железа

Al₂O₃ + H₂SO₄ + Ca(H₂PO₄)₂ = 2AlPO₄ + CaSO₄ + 3H₂O.

Они образуют пересыщенные растворы, из которых медленно выделяются гидраты фосфатов железа и алюминия. Поэтому в присутствии окисидов трехвалентных металлов и особенно железа выход фосфорной кислоты в жидкую фазу уменьшается. При 70-80 °С и содержании в растворе 25-32% Р2О5 и 2-3% SO₃растворимость фосфатов железа невелика (2% в расчете на окись железа). Таким образом, при содержании Fe₂O₃ в исходном сырье не более 6-8% от общего количества Р₂О₅ фосфаты железа полностью остаются в растворе [6].

3. Коэффициенты использования сырья

Экстракционную фосфорную кислоту получают разложением природных фосфатов (в основном фторапатитов) серной кислотой. Реакцию проводят в присутствии раствора разбавления - фосфорной кислоты и циркуляции образующейся пульпы:

Ca₅F(PO₄)₃ + 5H₂SO₄ + 5n*H₂O = 3H₃PO₄ + 5CaSO₄*nH₂O + HF

В зависимости от температуры и концентрации кислоты сульфат кальция выделяется в виде дигидрата - гипса (дигидратный процесс) или полугидрата (полугидратный процесс). Фосфат разлагают в реакторах - прямоугольных или цилиндрических экстракторах. Отделение фосфогипса или фосфополугидрата и промывку его производят на карусельном или ленточном вакуум-фильтре. Конечную пульпу охлаждают на вакуум-испарительной установке, откуда часть ее отводят на фильтрацию, а оставшееся количество возвращают в экстрактор - на разложение фосфата( см. Схема 1). Из апатитового концентрата дигидратным методом получают 28-32% по P₂O₅ кислоту, которую упаривают до концентрации 54-55%; полугидратным методом - 35-37% и 42-48%-ную кислоту.

Полное разложение фосфата не означает полный переход P₂O₅ в раствор; обусловлено это протекающими вторичными процессами (выделение фосфатов железа из пересыщенных растворов и др.). по этой причине коэффициент разложения фосфата К_разл., характеризующий степень разложение фосфата, определяют соотношением CaO/SO₃ в фосфогипсе. Если вся содержавшаяся в фосфате окись кальция связана с SO₃ (или SO₃ имеется в избытке по отношению к оксиду кальция), то фосфат разложится нацело - весь кальций фосфата превращен в гипс или полугидрат сульфата кальция.

Для сульфата кальция отношение молекулярных масс CaO/SO₃ = 0,7. Следовательно, при отношении в фосфогипсе CaO/SO₃ ? коэффициент разложения фосфата составляет 100%; большее отношение CaO/SO₃ свидетельствует о недоразложении фосфата

К_разл.= 0,7/(С_СaO/C_SOз)*100%;

где С_СaO и C_SOз содержание CaO и SO₃ в фосфогипсе, %.

Коэффициент извлечения К_извл, т.е. перехода P₂O₅ в раствор, определяют по содержанию общей и водорастворимой P₂O₅ в фосфогипсе

К_извл = 100-((С_общ-С_вод)G_г/C_ф)*100%;

где С_общ- содержание общей P₂O₅ в фосфогипсе, %;

С_вод- содержание водорастворимой P₂O₅ в фосфогипсе,%;

C_ф- содержание P₂O₅ в фосфате ( на абсолютно сухое вещество), %;

G_г- гипсовое число, т.е. выход сухого фосфогипса или фосфополугидрута при расчете по содержанию CaO в сырье на единицу фосфата( или G_г' на 100 масс.ч. фосфата).

Коэффициент эффективности отмывки фосфогипса К_эф.отм позволяет оценить потери водорастворимой P₂O₅ в отбросном фосфогипсе:

К_эф.отм = 100-(( С_вод* G_г*100)/ C_ф* К_извл)*100%

Коэффициент технологического выхода К_вых характеризует степень перехода P₂O₅ из исходного фосфата в фосфорную кислоту; его вычисляют по формуле:

К_вых = ( К_эф.отм* К_извл)/100, %

Концентрацию P₂O₅ в фосфорной кислоте С_прод подсчитывают по формуле

С_прод = G _P2O5*100/G_прод = (C_ф* К_вых)/(100 + G_k + G_{в -} G_ж.ф- G_г'- G_газ)%

где G _P2O5 массовое количество P₂O₅, перешедшей из 100 масс.ч. исходного фосфата в продукционную кислоту;

G_{прод -} массовое количество продукционной фосфорной кислоты, полученной из 100 масс.ч. фосфата;

число 100 в знаменателе - массовое количество фосфата, по отношению к которому берутся все остальные величины;

G_{k -} массовое количество серной кислоты в натуре на 100 масс.ч. фосфата;

G_{в -} массовое количество воды, введенной в процесс для промывки фосфогипса на 100 масс.ч.фосфата;

G_ж.ф- массовое количество жидкой фазы в отбросном фосфогипсе на 100 масс.ч. фосфата;

G_г'- выход фосфогипса на 100 масс.ч. фосфата;

G_газ - массовое количество веществ, выделяющихся в газовую фазу, в том числе и водяных паров при экстракции 100 масс.ч. фосфата.

Нормой серной кислоты называют число массовых частей моногидрата H₂SO₄ на 100 масс.ч. фосфата. стехиометрическую норму H₂SO₄ определяют, исходя из общего содержания CaO в фосфате

(98/56) С_СaO = 1,75 С_СaO масс.ч. на 100 масс.ч. фосфата,

где С_СaO - содержание СaO в 100 масс.ч. фосфата.

Если концентрация серной кислоты С, а коэффициент избытка ее (т.е. отношение фактического количества к стехиометрическому) составляет б, то расход кислоты в натуре:

G_k = 1,75 С_СaO (б/С) *100 масс.ч. на 100 масс.ч. фосфата.

Массовый выход пульпы G_п определяют по формуле

G_п = 100 G_г(n+1) масс.ч. на 100масс.ч. фосфата,

где n- массовое отношение Ж/Т в пульпе.

Для апатитового концентрата гипсовое число G_г =1,6; полугидратное число G_г = 1,35-1,4.

Количество раствора разбавления G_р.р. на 100 масс.ч. фосфата рассчитывают по формуле:

G_р.р.= G_{п -} (100 + G_k- G_газ)

Кратность циркуляции пульпы N можно ориентировочно вычислить по формуле

N = G_ц.п./G_п.= (С_СaO* 100 (n+1))/(0,7*(a-b)*n*G_п)

где а и b - концентрации SO₃ в жидкой фазе в конечной и начальной пульпе (в последней и первой зонах экстрактора),%

G_{ц.п -} количество циркулирующей пульпы, кг на 100 кг фосфатного сырья.

В большинстве случаев задаются значением кратности циркуляции пульпы и по нему вычисляют количество циркулирующей пульпы.

Выход продукционной фосфорной кислоты G_прод. На 100 кг фосфата можно вычислить по формуле:

G_прод.= С_ф.*К_вых./c_прод. кг.

Необходимое для промывки фосфогипса количество воды G_в. рассчитывают из уравнения материального баланса ( на 100 кг фосфата):

G_в.= G_прод+ G_ж.ф+ G_г*100+ G_газ-100- G_к. кг.

Количество оборотной фосфорной кислоты G_об.к. определяют по разности между содержанием жидкой фазы в пульпе и суммой количеств продукционной фосфорной кислоты и жидкой фазы фосфогипса после первой (основной) фильтрации; в расчете на 100 кг фосфата это составляет:

G_об.к.= G_г*100n-(G_прод + G_г.*100*(100-а₀)/а₀), кг

где а₀ - процентное содержание сухого вещества в фосфогипсе после первой фильтрации.

Количество первого фильтрата G_ф. , есть сумма количеств продукционной фосфорной кислоты и оборотной кислоты:

G_ф1= G_прод+ G_об.к кг

Количество второго фильтрата G_ф.2 , полученного после первой промывки фосфогипса, определяют по разности между количествами раствора разбавления и оборотной фосфорной кислоты:

G_ф.2= G_р.р. - G_об.к.

Количество третьего фильтрата G_ф.3 , полученного после второй промывки фосфогипса и вводимого на первую промывку, определяют вычитанием количества влажного фосфогипса, направляемого на первую промывку G_r⁰, из суммы количеств влажного фосфогипса, полученного после первой промывки G_r', и второго фильтрата:

G_ф.3= G_r'+ G_ф.2- G_r⁰

Так как

G_r⁰= G_F(n+1)- G_ф1 и G_r'= G_r*100/а₁

То G_ф.3= G_ф.2+ G_r*100/а₁-[ G_r(n+1)- G_ф1]

где а_i- содержание сухого вещества в фосфогипсе после i-ой промывки,%.

Количество четвертого фильтрата G_ф.4 , полученного после первой промывки фосфогипса, определяется по следующей формуле:

G_ф.4= G_r''+ G_ф.2- G_r'= G_r*100/а₂+ G_ф.3- G_r*100/а₁

где G_r''- количество фосфогипса после второй промывки.

Объем экстракционной аппаратуры V определяют по заданной на основании опытных данных продолжительности взаимодействия реагентов. При часовом объеме продукционной пульпы Q( в м³/ч) необходимый полезный объем:

V=Q*ф (м³)

Так как часовой объем продукционной пульпы

Q = (G_пm)/(с*100)= G'/ с

где m-часовой количество расходуемого фосфата, кг/ч;

с- плотность реакционной пульпы, кг/ м³;

то V = (G_п ф_m)/(с*100)= G' ф/ с,

где G'- часовое количество пульпы, кг/ч [7].

4. Классификация реакций

Ca₅F(PO₄)₃+5H₂SO₄+5n*H₂O=3H₃PO₄+5CaSO₄*nH₂O+HF

По числу и составу исходных веществ и продуктов реакции - реакция разложения.

По агрегатному состоянию - гетерогенная (жидкотвердофазная).

Ca₅F(PO₄)₃-фторапатит, минерал класса фосфатов, химический состав -- содержание (в %): СаО - 53-56; Р₂O₅ - 41; F - до 3,8.

H₂SO₄ - сильная двухосновная кислота, тяжёлая маслянистая жидкость без цвета и запаха.

H₃PO₄ - кислота средней силы, бесцветная сиропообразная жидкость без запаха.

CaSO₄*nH₂O - кальциевая соль серной кислоты, бесцветные кристаллы при нормальных условиях -- с ромбической кристаллической решёткой, плотность 2,96 г/смі, температура плавления 1450 °C.

HF - бесцветный газ (при нормальных условиях) с резким запахом, при комнатной температуре существует преимущественно в виде димера H₂F₂, ниже 19,9°C - бесцветная подвижная жидкость.

Данная реакция протолитическая. К протолитическим реакциям относят химические процессы, суть которых заключается в переносе протона от одних реагирующих веществ к другим. В основе этой классификации лежит протолитическая теория кислот и оснований, в соответствии с которой кислотой считают любое вещество, отдающее протон, а основанием - вещество, способное присоединять протон.

Реакция необратимая. Необратимыми называют такие химические процессы, продукты которых не способны реагировать друг с другом с образованием исходных веществ.

Реакция экзотермическая. По закону Гесса Q = 325 кДж/моль.

По протонной теории Бренстеда-Лоури:

H₂SO₄ - кислота(донор протонов);

Ca₅F(PO₄)₃ - основание( акцептор протонов)

CaSO₄*nH₂O - сопряженное основание

HF и H₃PO₄ - сопряженные кислоты.

Молекулярность элементарной реакции -- число частиц, которые, согласно экспериментально установленному механизму реакции, участвуют в элементарном акте химического взаимодействия. Молекулярность нашей реакции равна 2.

Порядок реакции по данному веществу -- показатель степени при концентрации этого вещества в кинетическом уравнении реакции. По основному веществу (Ca₅F(PO₄)₃) порядок нашей реакции равен 1.

Скорость реакции - изменение количества вещества за единицу времени в единице объема (единице площади поверхности раздела фаз).

A+B>C+D

В общем случае скорость химической реакции прямопропорциональна концентрациям реагирующих веществ в некоторых степенях, т.е. для нашей реакции

V = k[Ca₅F(PO₄)₃]ⁿ * [ H₂SO₄]^k * [H₂O]^l,

где n, k,l - порядок реакции по данному веществу (они определяются эксперементально);

[x_i]- равновесная концентрация i-ого вещества:

k-константа скорости химической реакции.

Закон действующих масс. Связь между равновесными концентрациямиили парциальными давлениями веществ, участвующих в химической реакции; выражается законом действующих масс, количественная формулировка и кинетический вывод которого были даны Гульбергом и Вааге.

Закон действующих масс при равновесии можно выразить уравнением ?V_i*M_i=0; где V_i- стехиометрический коэффициент i-ого вещества системы; M_i- его химический потенциал.

С точки зрения термодинамики закон действующих масс- связь между собой равновесных активностей исходных веществ и продуктов реакции:

К_с - константа равновесия.

Для нашей реакции

К_с = [CaSO_4*nH₂O]⁵ * [H₃PO₄]³ * [HF] / ([Ca₅F(PO₄)₃] * [ H₂SO₄]⁵ * [H₂O]¹⁰).

Принцип Ле-Шателье - Брауна: если на систему, находящуюся в устойчивом равновесии, воздействовать извне, изменяя какое-либо из условий равновесия (температура, давление, концентрация, внешнее электромагнитное поле), то в системе усиливаются процессы, направленные на компенсацию внешнего воздействия.

Влияние температуры: зависит от знака теплового эффекта реакции. При повышении температуры химическое равновесие смещается в направлении эндотермической реакции, при понижении температуры -- в направлении экзотермической реакции. Наша реакция эндотермическая, следовательно чтобы увеличить выход продуктов реакции, нужно снижать температуру процесса.

Влияние давления. Давление существенно влияет на положение равновесия в реакциях с участием газообразных веществ, сопровождающихся изменением объёма за счёт изменения количества вещества при переходе от исходных веществ к продуктам: при повышении давления равновесие сдвигается в направлении, в котором уменьшается суммарное количество молей газов и наоборот. В нашей реакции одно газообразное вещество HF, в правой части уравнения, следовательно, чтобы увеличить выход продуктов реакции нужно снижать давление в системе.

Влияние концентрации. Влияние концентрации на состояние равновесия подчиняется следующим правилам:

ѕ при повышении концентрации одного из исходных веществ равновесие сдвигается в направлении образования продуктов реакции;

ѕ при повышении концентрации одного из продуктов реакции равновесие сдвигается в направлении образования исходных веществ.

5. Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты

Составим материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты из апатитового концентрата на основании следующих исходных данных.

Содержание P₂O₅ в продукционной кислоте 32%. Концентрация серной кислоты 76%. Апатитовый концентрат содержит 39,4% P₂O_5, 52% оксида кальция и 3% фтора. Норма серной кислоты 100% от стехиометрической на оксид кальция. Коэффициент извлечения P₂O₅ при экстракции 98%, коэффициент отмывки P₂O₅ при фильтрации 98%.

В газовую фазу выделяется 20% фтора от содержания в сырье. Кратность циркуляции пульпы равна 5,8:1; в пульпе, поступающей на фильтрацию, отношение Ж/Т =3/1 . Влажность гипса на карусельном фильтре: в первой зоне 47%, во второй 44,2%, в третьей 42%, в четвертой 40%. В процессе фильтрации испаряется на 1т.апатита 29,5 кг воды( по практическим данным). Расчет ведем на 1 т апатитового концентрата.

На разложение апатита, содержащего 52% оксида кальция, расходуется, кг:

Моногидрата H₂SO₄ (1000*0,520*98)/56 = 910

76%-ой H₂SO₄ 910/0,76 = 1197,4

Кислота содержит воды: 1197,4-910 = 287,4 кг.

Количество фтора, выделившегося при экстракции: 1000*0,03*0,2 = 6 кг.

В пересчете на SiF₄ это составляет: (6*104)/(19*4) = 8,21 кг.

Количество P₂O₅, кг:

Переходящее в раствор при экстракции: 1000*0,394*0,98 = 386,12

Переходящее в кислоту при отмывке гипса: 386,12*0,98 = 378,40

Потери P₂O₅ составляют, кг:

При экстракции (с неразложенным апатитом): 394-389,12 = 7,88

При отмывке: 386,12-378,40 = 7,72.

Количество образующейся кислоты (32% P₂O₅): 378,40/0,32 = 1182,5 кг.

Кислота содержит воды : 1182,5-378,4 = 804,1 кг.

Найдем количества раствора разбавления и циркулирующей пульпы количество пульпы, поступающей на фильтрацию (Ж/Т =3/1; гипсовое число =1,6) равно:

1600*(3+1) = 6400 кг.

В ней содержится жидкой фазы 6400-1600=4800 кг, в том числе 23 % P₂O₅ ,т.е.

(4800-9,1)*0,32 = 1533,09 кг.

где 9,1-количество влаги, испаряющейся в первой зоне фильтрации.

Количество жидкой фазы в фосфогипсе после первой фильтрации (до промывки в первой зоне влажность осадка по заданию 47%):

(1600*47)/53 = 1418,6 кг.

Фосфорная кислота, содержащаяся в жидкой фазе осадка, после промывки фосфогипса возвращается в процесс.

В жидкой фазе осадка содержится P₂O₅:

1418,6* 0,32 = 454,0 кг.

Учитывая потери при отмывки фосфорной кислоты из фосфогипса, количество P₂O₅, вводимого( возвращаемого) на экстракцию с промывным раствором, равно:

454,0-7,72 = 446,28 кг

Количество P₂O₅, вводимого на экстракцию с оборотной кислотой

1533,09-(394-7,88)-446,28 ? 700,7 кг

где 394 и 7,88- количества P₂O₅ в исходном апатите и оставшееся в неразложившемся апатите, кг.

Количество оборотной кислоты с концентрацией 32% P₂O₅ :

700,7/0,32 = 2189,53 кг

Разность между расходом и приходом материалов дает количество промывного раствора, которое следует подать на экстракцию

(6400+8,21+140)-(1000+1197,4+2189,53) = 2161,28 кг

где 1197,4- количество вводимой 76%-ой H₂SO₄, кг;

140- количество воды,испаряющейся при вакуум-испарении пульпы(по заданию),кг

8,21- количество фтора, выделяющегося в газовую фазу( в пересчете на SiF₄),кг.

Концентрация P₂O₅ в промывном растворе:

(446,28*100)/2161,28 = 20,65%

Количество раствора разбавления :

2189,53+2161,28 = 4350,81 кг

Количество циркулирующей пульпы определим в соответствии с заданным значением кратности ее циркуляции(5,8) по отношению к пульпе, поступающей на фильтрацию. Количество циркулирующей в процессе пульпы:

6400*5,8 = 37120 кг

Составим баланс материалов процесса экстракции (без учета испарения воды):

Таблица 1

Баланс материалов процесса экстракции

Поступает на экстракцию	m, кг	Уходит с экстракции	m, кг
Апатитовый концентрат	1000	Фтор (в пересчете на SiF4)	8,21
Серная кислота	1197,4	Экстракционная пульпа	43660
Раствор разбавления	4350,81
Циркулирующая пульпа	37120
Всего	43668,21	Всего	43668,21

Определим содержание P₂O₅ в экстракционной пульпе.

Количество P₂O₅ в жидкой фазе экстракционной пульпы( циркулирующей и вновь образующейся при экстракции)

1533,09*5,8 + 1533,09 = 10425,01 кг

в том числе из апатитового концентрата 386,12 кг и из раствора разбавления

700 + 446,28 = 1146,98 кг

Следовательно, вновь образующаяся пульпа содержит P₂O₅:

386,12 + 1146,98 = 1533,1 кг.

Количество P₂O₅, поступающей с циркуляционной пульпой:

10425,01 - (386,12 + 1146,98) ? 8891,9 кг

(или же 1533,1*5,8 ? 8891,9 кг).

На экстракцию поступает пульпы( при принятой кратности циркуляции и без учета испаряющейся воды при экстракции)

6400 + 5,8*6400 + 14 = 43660 кг

в том числе, кг:

твердой фазы 1600 + 5,8*1600 = 10880

жидкой фазы 4800 + 5,8*4800 + 140 = 32780

Концентрация P₂O₅ в жидкой фазе пульпы( без учета испарения):

(10425,01/32780)*100 = 31,8%

Найдем распределение пульпы по секциям экстрактора при условии, что процесс протекает в 5 секциях

1. В последнюю секцию поступает 6400 кг пульпы (то же количество, что и на фильтрацию), так как пульпа на циркуляцию отводится из последней (четвертой) секции;

2. В первую секцию возвращается пульпа с учетом испаряющейся воды при экстракции

43660 - 6400 - 140 = 37120 кг

(140 кг-количество воды, испаряющейся при вакуум-испарении пульпы)

в том числе, кг:

твердой фазы 10880 - 1600 = 9280

жидкой фазы 32780 - 4800 - 140 = 27840

3. Количество P₂O₅ в жидкой фазе пульпы, возвращаемой в первую секцию (то же, что поступает с циркуляционной пульпой):

10425,01-1533,09 = 8891,92 кг

Концентрация P₂O₅ в жидкой фазе циркулирующей пульпы:

(8891,92/27840)*100 = 31,94%.

Найдем количество воды, необходимое для промывки гипса:

Таблица 2

Количество воды, требуемое для промывки гипса

Поступает в систему	m, кг	Уходит из системы	m, кг
Серной кислоты	1197,4	Влажного гипса, содержащего 40% воды	1600/0,6 ? 2667
Апатитового концентрата	1000	Фосфорной кислоты	1182,5
		SiF4	8,2
		Испаряется воды при фильтрации	29,5
		Испаряется воды при вакуум-охлаждении	140
Всего	2197,4	Всего	4027,2

Необходимо ввести воды в систему: 4027,2 - 2197,4 ? 1830 кг.

Ниже приведен материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты (на 1 т апатитового концентрата) [7]:

Таблица 3

Материальный баланс производства ЭФК

Приход	m, кг	Расход	m, кг
Апатитовый концентрат	1000	Продукционная фосфорная кислота	1182,5
Серная кислота	1197,4	Фосфогипс (влажный)	2667,0
Раствор разбавления оборотная кислота промывные растворы	2189,5 2161,3	Раствор разбавления оборотная кислота промывные растворы	2189,5 2161,3
Циркулирующая пульпа	37120	Фтористый газ (SiF4)	8,2
Вода	1829,8	Испарившаяся вода при фильтрации при вакуум-охлаждении	29,5 140
		Циркулирующая пульпа	37120
Всего	45489,0	Всего	45489,0

6. Энергетический (тепловой) баланс производства экстракционной фосфорной кислоты

Ca₅F(PO₄)₃ + 5 H₂SO₄ + 5 nH₂O = 3 H₃PO₄ + 5 CaSO₄*nH₂O + HF

Составляем часовой тепловой баланс процесса экстракции фосфорной кислоты (32% P₂O₅) для цеха производительностью 110 тыс. т. в год в пересчете на P₂O_5.

Часовой расход составляет: апатитового концентрата 36,7 т; 100%-ной H₂SO₄ 33,5 т; циркулирующей пульпы на входе в вакуум-испаритель 1412 т, а на выходе из него 1406 т; раствора разбавления 145,2 т. На фильтрование отводится 235 т/ч пульпы. В экстрактор поступает разбавленная до 56% серная кислота, охлажденная до 40 ^ОС. Раствор разбавления содержит 29,2 % P₂O₅, а жидкая фаза циркулирующей пульпы 32% P₂O_5. В экстрактор подается 5000 м3/ч воздуха для отсоса выделяющихся газов. Теплопотери в окружающую среду составляют по практическим данным примерно 1,8% от других статей расхода.

Приход теплоты.

Суммарная теплота определяется теплотами, вносимыми: апатитом (Qап), серной кислотой (Qск), раствором разбавления (Qр.р), а также теплотами реакции (Qр) и разбавления серной кислоты в экстракторе (Qразб). Кроме того, теплоту вносит поступающий воздух (Qвозд) и циркулирующая пульпа (Qц.п). Итак:

Qприх = Qап + Qск + Qр.р + Qр + Qразб + Qвозд + Qц.п

Определим эти теплоты.

Qап = 36700*0,783*17,6 = 505755 кДж ? 505 МДж, где

где 0,783 - удельная теплоемкость апатитового концентрата, кДж/(кг*К);

17,6 - средняя температура в Северо-Западном районе в самом жарком месяце (июль), т.е. в период наиболее напряженного теплового режима цеха, °С.

Qск = 59800*2,470*40 = 5908747 кДж ? 5908,7 МДж,

где 2,470 - удельная теплоемкость 56%-ной H₂SO₄, кДж/(кг·К);

40 - температура кислоты, °С;

Qр.р = 145200*3,036*55 = 24245496 кДж ? 24245,5 МДж,

где 3,036 - удельная теплоемкость раствора разбавления фосфорной кислоты концентрации 29,2% P₂O₅ или 40,3% H₃PO₄ кДж/(кг*К), определяемая по уравнению: С = 4,2324 - 0,02968 * 40,3 = 3,036 кДж/(кг*К)

55 - температура поступающего раствора разбавления, °С.

Тепловой эффект реакции взаимодействия серной кислоты с апатитовым концентратом (при условии, что весь Р₂О₅ в апатитовом концентрате находится в виде фторапатита)

CaF(PO₄)₃ + 5 H₂SO₄ + 10 H₂O = 5 CaSO₄·2H₂O + 3 H₃PO₄ + q,

определяем по закону Гесса

q = (5*2022,6 + 3*1278,2 + 269,6) - (6828,7 + 5*839,5 + 10*286,4) = 14217,2 - 13890,2 = 327 кДж/кмоль,

В таблице ниже приведены значения теплот образования реагирующих веществ и образующихся продуктов реакции равны, в кДж/кмоль

Таблица 4

Теплоты образования реагентов и продуктов реакции

Наименование вещества	Теплоты образования Q, кДж/моль
CaSO4*2H2O (тв)	2022,6
H3PO4 (р-р)	1278,2
HF (г.)	269,6
CaF(PO4)3 (тв.)	6828,7
H2SO4 (р-р)	839,5
Н2О (ж)	286,4

Отсюда

Qр = 36700*0,93*0,98*327*1000/504 = 21701627 кДж ? 21701,6 МДж,

где 0,93 - содержание фторапатита в апатитовом концентрате, доля единицы;

0,98 - степень разложения фторапатита, доля единицы;

504 - молекулярная масса фторапатита.

Теплоту разбавления в экстракторе 56%-ной H₂SO₄ определяем по формуле:

Qразб = G_k*q/98 = (33500*20976,9)/98 = 717065 кДж ? 7170,7 МДж,

где G_k - часовое количество серной кислоты, поступающей в экстрактор, кг.

Удельную теплоту разбавления серной кислоты q определяем по формуле:

q = 74776n₂/(n₂ + 1,7983) - 74776n₁/(n₁ + 1,7983) кДж/кмоль.

Здесь n₁ и n_{2 -} мольное отношение H₂O: H₂SO₄ в исходном и конечном растворах серной кислоты (до и после разбавления в экстракторе).

n₁ = (44 * 98)/(18 * 56) = 4,28 кмоль Н₂О/кмоль H₂SO₄.

Для определения n₂ необходимо знать концентрацию серной кислоты С₂ после разбавления в экстракторе (в предположении, что взаимодействие кислоты с апатитом происходит после смешения ее с другими жидкими компонентами). Эту концентрацию определяют по данным материального баланса, составленного на 1000 кг апатитового концентрата

С₂ = 910/(910+715+3940,5*(1-0,403) + 38234,4*0,75*(1-0,442)) * 100 = 4,55%,

где 910 и 715 - количества моногидрата и воды, поступающих с 56% - ной H₂SO₄, кг;

3940,6 и 38234,4 - количества раствора разбавления и циркулирующей пульпы, поступающих в экстрактор, кг;

0,403 и 0,442 - концентрации Н₃РО₄ в растворе разбавления и циркулирующем растворе, доли единицы;

0,75 - содержание жидкой фазы в циркулирующей пульпе, доли единицы.

Окончательно:

n₂ = 95,5/18*98/4,5 = 115,54 кмоль Н₂О/кмоль H₂SO₄.

Следовательно

q = 74776*115,54/(115,54+1,7983) - 74776*4,28/(4,28+1,7983) = 20976,6 кДж/кмоль.

Поступающий в экстрактор воздух вносит

Qвозд = 5000*1,004*1,29*20 + 5000*2333*18*0,8*2530/((101323-2333*0,8)*22,4)= 320275 кДж ? 320,3 МДж,

где 5000 - объем при н. у. поступающего воздуха (по практическим данным), м³/ч;

1,004 - теплоемкость воздуха, кДж/(кг*К);

1,29 - плотность воздуха при 0 °С и 1,013 · 10⁵ Па (760 мм рт. ст.), кг/м³;

2333 Па - парциальное давление водяных паров в насыщенном при 20 ° воздухе (17,5 мм рт. ст.);

0,8 - относительная влажность воздуха;

2530 - энтальпия водяных паров при 20 °С, кДж/кг.

Теплота, поступающая в экстрактор с циркулирующей пульпой из вакуум-испарителя Qц.п есть разность между общим приходом и расходом теплоты.

И окончательно, общий приход теплоты в экстрактор равен

Qприх = 505755 + 5908747 + 24245496 + 21701627 + 7170675 + 320275 + Qц.п = 59852575 + Qц.п, кДж.

Расход теплоты.

Уносимая теплота есть сумма теплот: пульпы, направляемой на фильтрацию (Qп); газов, выходящих из экстрактора (Qг); циркулирующей пульпы, поступающей из экстрактора в вакуум-испаритель для охлаждения (Q'ц.п) и теплотпотерь (Qпот).

Определим эти теплоты.

Теплота отходящей о экстрактора пульпы на фильрацию при 69 °С равна

Qп = 235000*Сп*69,

где 235000 - количество пульпы, кг;

69 - температура, °С;

Сп - удельная теплоемкость пульпы, кДж/(к · К), определяемая по формуле:

Сп = Сж * Хж + Ств * Хтв,

здесь Сж и Ств - теплоемкости жидкой и твердой фаз в пульпе кДж/(кг*К)

Хж и Хтв - массовые доли жидкой и твердой фаз в пульпе.

Принимаем, что жидкая фаза пульпы представляет собой раствор фосфорной кислоты (без учета примесей), а твердая фаза - гипс, тогда:

Сп = (4,2324 - 0,02968*44,8)*4800/6400 + 1,072*1600/6400 = 3,188 кДж/(кг* К),

где 4,2324 - 0,2968*44,8 - удельная теплоемкость фосфорной кислоты концентрации 44,2% H₃PO₄ или 30% Р₂О₅;

4800/6400 - содержание фосфорной кислоты в пульпе с отношением Ж/Т = 3:1;

1600/6400 - содержание гипса в пульпе;

1,072 - теплоемкость гипса.

И окончательно:

Qп = 235000*3,188*69 = 51693420 кДж ? 51693,4 МДж/ч.

Теплота газов, уходящих из экстрактора при 40 °С, в расчете на воздух и водяные пары:

Qг = 5000*1,004*1,29*40 + 5000*7373*18*0,8*2568,6/((101323-7373*0,8)*22,4) = 896950 кДж ? 897,0 МДж/ч.

где 5000*1,004*1,29*40 - теплота, вносимая воздухом, поступающим в экстрактор;

7373 Па - парциальное давление водяных паров в газе, насыщенном при 40 °С;

0,8 - относительная влажность воздуха;

2568,6 - теплота водяных паров, кДж/кг.

Теплота, уносимая циркулирующей пульпой, направляемой в вакуум-испаритель, составляет

Q'ц.п = 1412000*3,188*69 = 310405608 кДж ? 310405,6 МДж

где 1412000 - количество циркулирующей пульпы, кг;

...