【文章內(nèi)容簡介】 川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 10 所以 CaHPO4的量為 59 .06 9 .57 49. 49 / 3 /－ kmo l h t h?? 則水溶性磷為： 159 .62 49 .49 /－ kmol h? 設 4 2 4()NH HPO 的量為水溶性磷的 10%，則： 11 3 1 0% 11 .01 kmo l / h t / h? ? ? 所以 4 2 4NH HPO 為 11 3 11 .01 99 .12 kmo l / h 11 .40 t / h－ ?? 所以中和反應器中需要 3NH 的量為 194 .74 99 .12 11 .01 2 315 .88 kmo l / h 5 .37 t / h? ? ? ? ? 考慮到雜質的影響，所以 NH3用 量為 105%則： 7 105 % 4t / h?? 把中和器中進出物料歸結于表 34： 表 34 中和器物料衡算 輸 入 輸 出 組分 F（ t/h） 組分 F（ t/h） 硝酸 NH4NO3 磷酸 CaHPO4 水 （ NH4） 2HPO4 其他 NH4H2PO4 Ca(NO3)2 水 NH3 水蒸氣 其他 合計 合計 濃縮段物料衡算 進出濃縮段的物料組分如圖 34： 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 11 圖 34 濃縮器物料流程圖 通入 220℃的過熱蒸氣為 t/h，料漿進口含水量為 %，查閱相關報告設料漿出口含水量為 10%； 設從 Ca(NO3)2晶體中返回的 43NHNO 為 X Kmol/h，則： 1 1 0 . 1 3 0 . 1 4 21 9 4 . 7 4 2 1 1 . 0 1 2 9 9 . 1 2 2 X 0 . 0 1 4 2（ ） ?? ? ? ? ? ? ? X ? 查閱文獻 [7]知出料濕基含量為 15%～ 10%，故取 10%； 10%xxx? ??? 各組分量歸納于表 35： 表 35 濃縮段物料衡算 輸 入 輸 出 組分 F（ t/h） 組分 F（ t/h） 料漿 料漿 過熱蒸氣 水蒸發(fā)量 硝酸銨 蒸氣 硝酸銨 合計 合計 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 12 干燥段物料衡算 進出干燥器的物料組成如圖 35： 圖 35 干燥器物料流程圖 查閱文獻 [7]知出料濕基含量為≤ 1%，故取 1%； 返料為出料的 4 倍左右，故取160t/h。 故蒸發(fā)水量為 x t/h，則： 1%xxx?? ??? 各組分的量如表 36所示： 表 36 干燥段物料衡算 輸 入 輸 出 組分 F（ t/h） 組分 F（ t/h） 料漿量 出料量 返料量 水蒸氣 爐氣 爐氣 合計 合計 能量衡算 分別對反應器、中和器、濃縮器和干燥器作能量衡算，以 1h 及 0℃的生成焓為基準。 反應器能量衡算 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 13 輸入熱量 總的熱量由下列物料帶入的熱量確定：磷礦粉（ Q 礦 ）、硝酸（ Q 硝酸 ）以及反應熱（ Q 反 ）。即 Q Q Q Q Q進 磷 礦 硝 酸 反 應 磷 酸? ? ? ? 下面分別求每項的熱量： 3Q 3 5 . 2 1 1 0 0 . 7 8 3 2 0 5 5 1 3 8 8 . 6 k J磷 礦 ? ? ? ? ? 式中 [15]： —— 磷精礦比熱， kJ/kg K。 20—— 平均溫度， K。 33HNO3 3 0 3 0Q Q Q 3 3 . 0 2 1 0 7 5 . 3 0 4 2 . 0 3 1 0 1 0 9 . 8 71 8 6 3硝 酸 水? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 式中： —— 水的比熱， J/mol K； —— 56%HNO3的比熱， J/mol K； 30—— 進料溫度， K； 硝酸與磷礦的反應熱： 5 4 3 3 3 2 3 4( ) 10 5 ( ) 3? ? ? ?Ca F P O H NO Ca NO H P O H F 即： q=5 92 7 3 128 9 .5 268 .6 1 0 ( 174 .1 0) ( 682 8 .7 )366 .45 kJfnH（ － ） （ － ） － － － －?? ? ? ? ?? 式中： － —— 硝酸鈣的摩爾生成含， kJ/mol － —— 磷酸的摩爾生成含， kJ/mol —— 氟化氫的摩爾生成含， kJ/mol － —— 3HNO 的摩爾生成含， kJ/mol － —— 5 4 3()Ca F PO 的摩爾生成含， kJ/mol 因為其他成分的量很少，且放出的熱量也較少，故忽略不計； 由此可得： 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 14 33 5 . 2 1 1 0 0 . 7 6 3 6 6 . 4 5 1 0 0 0 19456459. 17504反 應 ? ? ? ?Q k J 式中： —— 磷精礦中氟磷灰石含量，單位分數(shù)，（即：磷精礦中 P2O5的含量 247。 3P2O5分子量 2Ca5F(PO4)3分子量）； 504—— 氟磷灰石的分子量。 Q 0 . 4 8 1 0 0 0 1 . 0 6 1 3 0 1 5 2 3 5 . 2 k J磷 酸 ? ? ? ? ? 式中： —— 磷酸的比熱， kJ/(kg K) 2 輸出能量 Q Q Q Q料 氣 損? ? ? 下面分別求每一項帶出的熱量： 當不考慮雜質時，而固相的量很少，即料漿為磷酸溶液和硝酸鈣溶液： Q 5 4 8 1 0 C 6 2 5 4 3 4 0 3 . 8 1 4 6 2料 料? ? ? ? ? ? 式中： 54810—— 磷酸和水的質量， kg； 54340—— 硝酸鈣的質量， kg； 62—— 出料溫度， K； —— 硝酸鈣的比熱， kJ/（ kg K） C 料 —— 料漿比熱； kJ/（ kg K） ，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/（ kg K） ； X 液 和 X 固 ——料漿中液相和固相的質量分數(shù)） C 4 .2 32 4 0. 02 96 8 14 .7 7 3 .7 94 0k J / (k g K)液 －? ? ? ? 即 % H3PO4磷酸的比熱； 則： Q 5 4 8 1 0 3 . 7 9 4 0 6 2 5 4 3 4 0 3 . 8 1 4 6 2 2 5 7 4 2 5 1 7 . 8 k J硝 ? ? ? ? ? ? ? Q 1 . 5 9 1 0 0 0 0 . 8 3 8 6 2 8 2 6 1 0 . 0 4 k J氣 ? ? ? ? ? 式中 [15]： —— 二氧化碳的比熱， kJ/（ kg K） ； 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 15 熱損失 Q 損 ，根據(jù)實際數(shù)據(jù)約為各項支出熱量的 %即 kJ 將各組分的熱量歸結于表 37： 表 37 反應器能量衡算表 輸 入 輸 出 組成 kJ 組成 kJ 磷礦帶入 料漿帶出 硝酸帶入 氣體帶出 磷酸帶入 熱損失 反應產(chǎn)生 合計 合計 中和段能量衡算 進料溫度為 20℃；出料溫度為 120℃； 則帶入的熱量為： 1ppm3 8 2 0 2 . 7 2 2 0 1 5 6 4 0 1 . 0 6 1 2 0 1 6 0 1 0 4 . 1 8 3 2 01 0 8 7 0 3 . 8 1 4 2 0 5 6 4 0 2 . 2 2 2 0=2958665 kJPQ C T?? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ??1 KJ 式中 [15] —— 硝酸的比熱， kJ/（ kg K）； —— 磷酸的比熱， kJ/（ kg K）； —— 水的比熱， kJ/（ kg K）； —— 硝酸鈣的比熱， kJ/（ kg K）； —— 氨氣的比熱， kJ/（ kg K）； 反應產(chǎn)生的熱量：以 1mol 為基準 3 3 4 3( ) ( ) ( )NH g HN O l NH NO l?? kJ? 則：1 3 8 2 0 1 1 9 . 2 9 1 0 0 0q 7 2 3 3 1 3 9 . 6 8 k J63nH ??? 3 3 4 4 2 4( ) ( ) ( )N H g H P O l N H H P O l?? kJ? 則： 2 9 7 1 0 1 2 1 . 2 4 1 0 0 0q 1 2 0 1 2 6 5 7 . 1 4 k J98nH ??? 3 3 4 4 2 42 ( ) ( ) ( ) ( )NH g H PO l NH HP O l?? kJ? 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 16 則：3 1 0 8 0 2 0 3 . 5 9 1 0 0 0q 2 2 4 3 6 4 4 . 9 k J98nH ??? 3 4 3 2 3 4 4 3( ) ( ) ( ) 2 ( ) ( ) 2 ( )H P O l C a N O l N H g C a H P O l N H N O l? ? ? ? 21 3H kJ? 則：4 6 7 3 0 * 2 1 6 . 8 3 * 1 0 0 0q 1 0 7 2 9 8 9 6 . 3 2 k J136nH ? 所以 ：Q 7 2 3 3 1 3 9 . 6 8 1 2 0 1 2 6 5 7 . 1 4 2 2 4 3 6 4 4 . 9 1 0 7 2 9 8 9 6 . 3 2 3 2 2 1 9 3 3 8 . 0 4 k J反 應 n q? ? ? ? ??帶出的熱量： 2ppm155 80 62 120 673 0 09 120 145 0 27 120114 00 93 120 247 0 69 120 896 5 1201 06 077 73 .2k JPQ C T? ? ? ? ? ? ? ? ?? ? ? ? ? ? ? ?? 式中 [15] —— 硝酸銨的比熱， kJ/（ kg K）； —— 磷酸氫鈣的比熱， kJ/（ kg K）； —— 磷酸氫二銨的比熱， kJ/（ kg K）； —— NH4H2PO4的比熱， kJ/（ kg K）； 0． 869—— 副產(chǎn)物的比熱， kJ/（ kg K）； —— 水的比熱， kJ/（ kg K）； 7 0 4 4 . 4 2 7 1 6 . 2 7 0 4 4 . 4 4 . 2 5 1 2 0 pQ m C T m h? ? ? ? ?? 氣 式中 [8] —— 水的汽化熱， kJ/kg； 損失的熱量為總熱量的 %則： Q 損 = kJ 表 38中的物質是指硝酸、磷酸、水、硝酸鈣以及氨氣； 將給組分的能量總結于表 38： 四川理工學院本科畢業(yè)設計 工藝計算 17 表 38 中和器能量衡算 輸 入 輸 出 組成 KJ 組成 KJ 料漿帶入 2958665 料漿帶出 反應產(chǎn)生 氣化熱 熱損失 合計