热量衡算示例

热量衡算示例。求车间生产能力为11万吨/年PO萃取磷酸（32%PO）过程的小时热量平25 25衡（采用真空冷却）。小时消耗量为：磷精矿36.7吨；100%HSO33.5吨；真空蒸发器进口循环2 4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°C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55C。空气温度20C。排出气体温度40C。排出料浆温度69Co（注意：磷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PO产量进行折算；其理论耗量，是由CaF（PO）的理论PO含量求得CaF（PO）的25 5 43 25 5 43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;）带入的热量。即：Q进Q磷矿+Q硫酸+Q淡磷酸+Q反应+Q稀释+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=36700X0.783X17.6=505755（KJ）Q505X106J（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CQ硫酸=59800X2.470X40=5908747（KJ）^5908.7X106J（式中：2.470——40C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=20-250C范围，硫酸溶液的平均热容为（h2SO4比热数学模型）：C=（B+B*Cs+B*Cs2+B*t+B*t2+B*Cs*t+B*Cs2*t）*4.19/tt0 1 2 3 4 5 6式中系数：B「-38.2471158,B1=0.8799812,B「-0.0050389,B3=1.4884802,B4=0.0002962,B5=-0.0201982,B6=0.0000868Q淡磷酸=145200X3.036X55=24245496（KJ）*24245.5X106J[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=4.2324-0.02968X40.3=3.036（KJ/kg•K），式中:40.3为淡磷酸含H3PO4重量%]硫酸与磷精矿的反应热（磷精矿中的全部P2O5都按氟磷灰石计）：CaF（PO）+5HSO+10HO=5CaSO-2HO+3HPO+HF+q5 43 2 4 2 4 2 3 4 2根据盖斯定律q「（5X2022.6+3X1278.2+269.6）-（6828.7+5X839.5+10X286.4）=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;HO（液体）:286.4；2HF（气体）:269.6由此可得：八36700x0.93x0.98x327x1000=21701627（KJ=21701627（KJ）反应 504◎21701.6X106J式中：0.93——磷精矿中氟磷灰石含量，单位分数，(即：磷精矿中P2O5的含量；3PO分子量X2CaF(PO)分子量)；25 5 430.98——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稀释二G硫酸Xq2/98=(33500X20976.9)/98=7170675(KJ)q7170.7X106J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：q=7"_74776ni(KJ/kmol)2n+1.7983n+1.7983式中n和n为硫酸进入萃取槽稀释前后溶液中HO/HSO摩尔比。1 2 2 2 4n=(44X98)/(18X56)=4.281为了确定气，必须知道稀释后萃取槽中硫酸的浓度C2(假定硫酸同其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：

910C2—910+715+3940.6(1—0.403)+382344x0.75x(1—0.442)'顶。％-心%910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）。 34从而得出：n=9'5x丝~=115.542 18 4.574776+115.5474776x4.28,因而，q= 一 =20976.9（KJ/Kmol）2115.54+1.79834.28+1.7983进入萃取槽空气带入的热量：5000x2333x18x0.8Q=5000x1.004x1.29x20+ x2530空气 （101323—2333x0.8）x22.4=320275（KJ）q320.3X106J（式中：1.004——空气热容，KJ/kg-K；1.29——0°。和1.013X105Pa时的空气密度，kg/m3；2333——20°C空气中饱和水蒸气的分压Pa；0.8——空气的相对湿度；2530——20C时水蒸气的焓，KJ/kg）。来自真空蒸发器去萃取槽的循环料浆带入的热量Q循环料浆，是总的收入热量和支出热量之差。所以，萃取槽的总收入热量为：Q收入二505755+5908747+24245496+21701627+7170675+320275+Q循环料浆二59852575+Q '循环料浆2、支出热量：带走的热量是下列热量总和：送去过滤的料浆（Q）；料浆从萃取槽排出的气体（Q气体）；送真空蒸发器冷却的循环料浆（Q’循环料浆）和热损失（QU下面分别求每一项带出的热量：69C时，送去过滤的料浆带走的热量为：Q料浆=235000XC料浆X69

式中：235000——料浆量，kg；69——温度，。CC料桨——料浆比热，KJ/kg-K，其值按下式确定，C料"液X建固X固(C液和C固——料浆中液相和固相的热容，KJ/kg-K;X液和X固——料浆中液相和固相的质量分数)当不考虑杂质时，料浆中的液相就是磷酸溶液，而固相就是石膏。则:C=料浆=2.4584(KJ/kg-k)(4.2324-0.02968x44.2)x^800C=料浆=2.4584(KJ/kg-k)6400 6400(4.2324-0.02968X44.2)——浓度为32%PO即44.2%HPO磷酸的比热;25 3 44800/6400——液/固=3/1时料浆中磷酸的质量分数；1600/6400——料浆中石膏的质量分数；1.072——石膏热容)。从而：Q,浆=23500X2.4584X69=3986295.6(KJ)^3986.3X106J40C时，从萃取槽排出气体带走的热量，以空气和水蒸气计算(HF)和Sg的热量，由于其值很小，可忽略不计)：Q^=5000x1.004x1.29x40+ 丸00x7373x18x0.8乂2568.6气体 (101323—7373x0.8)x22.4=896950(KJ)q897.0X106J去真空蒸发器的循环料浆带走的热量为：Q’循环料浆=1412000X2.4584X69=239517000(KJ)q239517X106J(1412000——循环料浆量，kg；2.4584——料浆热容KJ/kg・K)。热损失Q热损，根据实际数据约为各项支出热量的1.8%即6533.9X106J.则萃取槽总的支出热量为：Q=(3986.3+897.0+239517+6533.9)X106=250934.2X106J从而可求得进萃取槽循环料浆带入的热量为：Q=(250934.2-59852.6)X106=191081.6X106J循环料浆3、萃取磷酸工段的小时热平衡：收入106J/h 支出106J/h去过滤料浆带出：3986.3排出废气带出：去过滤料浆带出：398