«Экстракционное получение фосфорной кислоты»

Поступает в систему кг Уходит из системы кг
апатитовый концентрат 1000 Влажного гипса,
содержащего 38% Н₂О 1600/0,62 2580,65
серная кислота 1 260 фосфорная кислота 905,85
SiF₄ 1,71
Испаряется воды
При фильтрации 30
При вакуум-охлаждении 140
Всего 2260 Всего 3658,21

Необходимо ввести воды в систему:

Ниже произведен материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты (на 1 т апатитового концентрата):
Поступает в систему кг Уходит из системы кг
апатитовый концентрат 1000 продукционная
фосфорная кислота 905,85
серная кислота 1 260 фосфогипс (влажный) 2580,65
раствор разбавления раствор разбавления
оборотная кислота 1027,97 оборотная кислота 1027,97 промывные растворы 1653,74 промывные растворы 1653,74 циркулир-я пульпа 38400 Фтористый газ (SiF₄) 1,71
вода 1398,21 испаривашаяся вода
при фильтрации 30
при вакуум-охлаждении 140
циркулирующая пульпа 38400

Всего 44739,92 Всего 44739,92

8.2. Составление теплового баланса процесса экстракции фосфорной кислоты


Приход теплоты
Суммарная теплота определяется теплотами, вносимыми: апа­титом (Q_an), серной кислотой (Q_ск), раствором разбавления (Q_p._p), а также теплотами реакции (Q_p) и разбавления серной кислоты в экстракторе (Q_paзб). Кроме того, теплоту вносит поступающий воздух (Q_возд) и циркулирующая пульпа (Q_ц.п.). Итак:
Q_прих = Q_an + Q_ск + Q_p._p + Q_p + Q_paзб + Q_возд + Q_ц.п.
Определим эти теплоты:

(C_{апатита} (0,783) — удельная теплоемкость апатитового концентрата, кДж/(кг • К); 17,6 — средняя температура в Северо-Западном рай­оне в июле, т. е. в период наиболее напряженного теплового ре­жима цеха, °С).

[С_{75%-ной Н2SO4} — удельная теплоемкость 75%-ной H₂S0₄, кДж/(кг-К) при 35°С, рассчитывается по формуле: С_{75%-ной Н2SO4} = Х_Н2О*С_Н2О + Х_Н2SО4 *С_Н2SО4 = 4,17825*0,25 + 1,4*0,75 = 2,095 кДж/(кг-К) ; 35 — температура кислоты, °С];

(С_{40,3%-ной Н3РO4} — удельная теплоемкость раствора разбавления фосфорной кислоты концентрации 40,3% Н₃Р0₄, кДж/(кг-К) при 60°С, рассчитывается по формуле: С_{40,3%-ной Н3РO4} = Х_Н2О*С_Н2О + Х_Н3РО4 *С_Н3РО4 = 0,403*0,493 + 0,597 *4,1841 = 2,7 кДж/(кг-К), 60 — температура поступающего раствора разбавления, °С).
Тепловой эффект реакции взаимодействия серной кислоты с апа­титовым концентратом (при условии, что вся Р₂0₅ в апатитовом концентрате находится в виде фторапатита)
Ca₅F(Р0₄)₃ + 5H₂S0₄ +10Н₂0 = 5CaS0₄*2H₂0 + ЗН₃Р0₄ + HF + q
определяем по закону Гесса:
q = (5*2022,6 + 3*1278,2 + 269,6) – (6828,7 + 5*839,5 +10-286,4) =
= 14 217,2 — 13 890,2 = 327 кДж/кмоль
Здесь значения теплот образования реагирующих веществ и образующихся продуктов реакции равны, в кДж/кмоль:
CaS0₄* 2H₂0 _(tb.) 2022,6 Ca₅F(P0₄)_{3 (tb.)} 6828,7
H₃P0_{4 (p-p)} 1278,2 H₂SO_{4 (p-p)} 839,5
HF _(г.) 269,6 H₂0 _(ж.) 286,4
Отсюда:

(0,98 — степень разложения фторапатита, доля единицы; — молекулярная масса фторапатита).
Теплоту разбавления в экстракторе 75%-ной H₂S0₄ определяем по формуле:

Здесь G_H — часовое количество серной кислоты, поступающей в экстрактор, кг.
Удельную теплоту разбавления серной кислоты q определяем по формуле:

Здесь п₁ и n₂ — мольное отношение Н₂0: H₂S0₄ в исходном и конечном растворах серной кислоты (до и после разбавления в экстракторе):