熱量衡算示例

1、熱量衡算示例。求車間生產(chǎn)能力為11萬噸/年P(guān)2O5萃取磷酸（32%P2O5）過程的小時熱量平衡（采用真空冷卻）。小時消耗量為：磷精礦36.7噸；100%H2SO433.5噸；真空蒸發(fā)器進口循環(huán)料漿1412噸，出口1406噸；返回淡磷酸145.2噸。抽出235噸/小時料漿去過濾。萃取槽加入稀釋到56%，冷卻到40的硫酸。淡磷酸含29.2%P2O5，循環(huán)料漿的液相含32%P2O5。向萃取槽加入5000米3/小時空氣以便排出逸出的氣體。周圍空間的熱損失，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約取支出熱量的1.8%。入萃取槽淡磷酸的溫度55?？諝鉁囟?0。排出氣體溫度40。排出料漿溫度69。（注意：磷精礦的小時消耗量為實際耗量

2、，即由物料衡算100kg磷礦生產(chǎn)的P2O5量和每年的P2O5產(chǎn)量進行折算；其理論耗量，是由Ca5F(PO4)3的理論P2O5含量求得Ca5F(PO4)3的消耗量，再以任務書中所給的原料磷精礦中P2O5含量換算成Ca5F(PO4)3的含量，進行原料磷精礦耗量的計算，理論耗量未考慮磷的損失和收率等）。1、 收入熱量：總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（Q磷礦），硫酸（Q硫酸），淡磷酸（Q淡磷酸），以及反應熱（Q反應）和萃取槽中硫酸稀釋熱（Q稀釋）。另外，還有空氣（Q空氣）和循環(huán)料漿（Q循環(huán)料漿）帶入的熱量。即： Q進=Q磷礦+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反應+Q稀釋+Q空氣+Q循環(huán)料漿（注意：因為采

3、用真空冷卻時需要將反應槽中的料漿泵入真空冷卻器，冷卻后再返回反應槽，所以只有采用真空冷卻時才需要考慮Q循環(huán)料漿）下面分別求每一項帶入的熱量：Q磷礦=367000.78317.6=(KJ)505106J(0.783磷精礦比熱，KJ/kgK;17.6夏季月平均溫度，即車間熱負荷最大期間的溫度Q硫酸=598002.47040=(KJ)5908.7106J(式中：2.47040時56%H2SO4的比熱，KJ/kgK) H2SO4的比熱可以查手冊。當硫酸濃度Cs=81-100，溫度t=20-250范圍，硫酸溶液的平均熱容為（H2SO4比熱數(shù)學模型）：Ct=(B0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B4

4、*t2+B5*Cs*t+B6*Cs2*t)*4.19/t式中系數(shù)：B0=-38.,B1=0.,B2=-0.,B3=1.,B4=0.,B5=-0.,B6=0.Q淡磷酸=3.03655=(KJ)24245.5106J式中：3.03629.2%P2O5磷酸溶液的比熱KJ/kgK，可以查曲線或按以下經(jīng)驗公式計算：C=4.2324-0.0296840.3=3.036(KJ/kgK)，式中：40.3為淡磷酸含H3PO4重量%硫酸與磷精礦的反應熱（磷精礦中的全部P2O5都按氟磷灰石計）：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO42H2O+3H3PO4+HF+q2根據(jù)蓋斯定律q2=(5202

5、2.6+31278.2+269.6)-(6828.7+5839.5+10286.4)=327(KJ/mol)上式中反應物和生成物的生成熱（KJ/mol）：CaSO4.2H2O(固體):2022.6；H3PO4（溶液）：1278.2；Ca5F(PO4)3(固體)：6828.7;H2SO4（溶液）：839.5;H2O（液體）：286.4；HF（氣體）:269.6由此可得： 21701.6106J式中：0.93磷精礦中氟磷灰石含量，單位分數(shù)，（即：磷精礦中P2O5的含量3P2O5分子量2Ca5F(PO4)3分子量）；0.98氟磷灰石的分解率，單位分數(shù)；504氟磷灰石的分子量。萃取槽中H2SO4稀釋熱

6、按下式確定：Q稀釋=G硫酸q2/98=（3350020976.9)/98 =（KJ）7170.7106J上式中：G硫酸無水硫酸的量；q2硫酸的比稀釋熱(KJ/mol)，按下式確定： 式中n1和n2為硫酸進入萃取槽稀釋前后溶液中H2O/H2SO4摩爾比。n1=(4498)/(1856)=4.28為了確定n2，必須知道稀釋后萃取槽中硫酸的濃度C2（假定硫酸同其它的液體組分混合以后，才同磷灰石反應）。此濃度可根據(jù)以1000公斤磷精礦為基準的物料衡算數(shù)據(jù)確定： 式中：910和715分別為無水硫酸量和56%H2SO4帶入的水量（公斤）； 3940.6和38234.4分別為進入萃取槽的淡磷酸量和循環(huán)料漿量

7、（公斤）；0. 403和0.442分別為淡磷酸和循環(huán)料漿液相中H3PO4的濃度（單位分數(shù)）； 0.75為循環(huán)料漿中液相含量（單位分數(shù)）。從而得出：因而，=20976.9（KJ/Kmol）進入萃取槽空氣帶入的熱量：=（KJ）320.3106J （式中：1.004空氣熱容，KJ/kgK；1.290和1.013105Pa時的空氣密度，kg/m3；233320空氣中飽和水蒸氣的分壓Pa；0.8空氣的相對濕度；253020時水蒸氣的焓，KJ/kg）。來自真空蒸發(fā)器去萃取槽的循環(huán)料漿帶入的熱量Q循環(huán)料漿是總的收入熱量和支出熱量之差。所以，萃取槽的總收入熱量為：Q收入=+Q循環(huán)料漿=+Q循環(huán)料漿2、 支出熱

8、量：帶走的熱量是下列熱量總和：送去過濾的料漿（Q料漿）；從萃取槽排出的氣體（Q氣體）；送真空蒸發(fā)器冷卻的循環(huán)料漿（Q循環(huán)料漿）和熱損失（Q熱損）。下面分別求每一項帶出的熱量：69時，送去過濾的料漿帶走的熱量為：Q料漿=C料漿69式中:料漿量，kg；69溫度，C料漿料漿比熱，KJ/kgK，其值按下式確定，C料漿=C液X液+C固X固（C液和C固料漿中液相和固相的熱容，KJ/kgK; X液和X固料漿中液相和固相的質(zhì)量分數(shù)）當不考慮雜質(zhì)時，料漿中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。則：（4.2324-0.0296844.2）濃度為32%P2O5即44.2%H3PO4磷酸的比熱；4800/6400液/固

9、=3/1時料漿中磷酸的質(zhì)量分數(shù)；1600/6400料漿中石膏的質(zhì)量分數(shù)；1.072石膏熱容）。從而：Q料漿=235002.458469=.6(KJ)3986.3106J40時，從萃取槽排出氣體帶走的熱量，以空氣和水蒸氣計算（HF）和SiF4的熱量，由于其值很小，可忽略不計）：=（KJ）897.0106J去真空蒸發(fā)器的循環(huán)料漿帶走的熱量為：Q循環(huán)料漿=2.458469=(KJ)106J(循環(huán)料漿量，kg；2.4584料漿熱容KJ/kgK)。熱損失Q熱損，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約為各項支出熱量的1.8%即6533.9106J.則萃取槽總的支出熱量為：Q支出=（3986.3+897.0+6533.9）106=.2106J從而可求得進萃取槽循環(huán)料漿帶入的熱量為：Q循環(huán)料漿=（.2-59852.6）106=.6106J3、 萃取磷酸工段的小時熱平衡： 收入 106J/h 支出 106J/h 磷精礦帶入：505.8 去過濾料漿帶出：3986.356%H2SO4帶入：5908.7 排出廢氣帶出：897.