Технологические расчеты

5. Технологические расчеты

Расчет материального баланса производства экстракционной фосфорной кислоты дигидратным способом.

Исходные данные:

1. Состав фосфорита приведен в таблице 5.1

Таблица 5.1 – Состав фосфорита

	Вес. %	кг на 1 т
Р2О5	28,2	282
СаО	45,8	458
СО2	6,0	60
F	2,6	26
Al2O3	1,8	18
Нерастворимый в кислоте остаток	15,6	156
Всего:	100%	1000 кг

2. Концентрация серной кислоты — 68% . Норма кислоты 100% от стехиометрии.

3. Степень разложения сырья 99%.

4. В газовую фазу переходит 25% фтора.

5. Соотношение соединений фтора в газовой фазе объемное SiF₄:HF=1:1.

6. Кратность циркуляции пульпы 5,8, отношение Ж:Т=3:1.

Для удобства расчет проводим на 1 т фосфорита.

Приход.

1. Количество серной кислоты, необходимой для разложения фосфорита по реакции СаО + Н₂SО₄ = СаSО₄ + Н₂О:

1000∙0,458∙98/56 = 801,5 кг

При норме кислоты 100% от стехиометрической, расход моногидрата:

801,5∙1,0 = 801,5 кг

Расход 68%-ной серной кислоты:

801,5/0,68 = 1178,68 кг

Количество воды, поступающей с кислотой:

1178,68 - 801,5 = 377,18 кг

2 Количество фосфорита определяется основанием расчета 1000 кг. Соответственно, приход компонентов фосфорита указан в таблице 5.1.

Расчет количества реакционной воды и воды на промывку производится ниже с использованием данных о расходе материалов.[7]

Расход.

1.Количество Р₂О₅, переходящее в раствор в процессе экстракции при коэффициенте извлечения фосфорной кислоты в раствор 97%:

1000∙0,282∙0,97 = 273,54 кг

Количество Р₂О₅, переходящее в кислоту в процессе отмывки гипса при коэффициенте 97%:

273,54∙0,97 = 265,3 кг

Количество фосфорной кисоты (Н₃РО₄), содержащей 265,3 кг Р₂О₅:

265,3∙196/142 = 366,24 кг

Количество фосфорной кисоты в пересчете на раствор с концентрацией 25% Р₂О₅:

265,3∙100/25 = 1061,2 кг

Потери Р₂О₅:

остается неразложившегося Р₂О₅

282 – 273,54 = 8,46 кг

в пересчете на фторапатит это составит

8,46∙504/213 = 20,02 кг

в нем находится СаО

20,02∙5∙56/504 = 11,12 кг

уходит с жидкой фазой фосфогипса

273,54 – 265,3 = 8,24 кг

2.Количество продуктов, получающихся в результате реакций.

1) Гипса СаSО₄∙2Н₂О

1000∙0,458∙172/56 = 1406,7 кг

в том числе кристализационной воды:

1000∙0,458∙36/56 = 294,4 кг

2) В результате разложения фторапатита в газообразную фазу переходит фтористых соединений в расчете на фтор

1000∙0,025∙0,25 = 6,25 кг

или в виде SiF₄:

6,25∙104/(4∙19) = 8,55 кг

Учитываем, что в неразложенном фосфате находится 3% фтора от общего его количества, т.е. 25∙0,03 = 0,75 кг; в растворе остается фтористых соединений в расчете на фтор

25 – 6,25 – 0,75 = 18 кг

или в расчете на фтористый водород

18∙25/19 = 23,68 кг

3) Из фтористого водорода по балансовой реакции

6НF + SiО₂ = Н₂SiF₆ + 2Н₂О

образуется следующее количество Н₂SiF₆:

23,68∙144/(6∙25) = 22,73 кг

При этом выделится воды:

23,68∙2∙18/(6∙25) = 6,68 кг

4) Количество воды, образующейся при реакции: СаО + Н₂SО₄ + Н₂О

1000∙0,458∙18/56 = 147,21 кг

5) При условии, что вся двуокись углерода перейдет в газовую фазу, количество выделившейся СО₂ будет 75 кг.

Всего выделяется сухих газов (СО₂ и SiF₄):

8,55 + 75 = 83,55 кг

6) Образуется фосфата алюминия по реакции

Al₂O₃ + 3H₃PO₄ = 2AlPO₄ + 3H₂O

18∙244/102 = 43,06 кг

На его образование израсходуется Р₂О₅:

43,06∙71/122 = 25,06 кг

При этом выделится воды:

18∙54/102 = 9,5 кг

7) Всего связанной Р₂О₅ образуется 25,06 кг.

Свободной Р₂О₅ в кислоте остается:

265,3 – 25,06 = 240,24 кг

Рассчитываем дополнительные статьи прихода и расхода.

1.Всего образуется воды в результате реакций:

147,21 + 6,68 + 9,5 = 163,39 кг

2.Количество оборотного и промывного раствора.

1) Количество экстракционной пульпы, поступающей из экстракционной системы на фильтрацию:

1500(1 + 3) = 6000 кг

Количество жидкой фазы в пульпе:

6000 – 1500 = 4500 кг

В ней содержится 25% Р₂О₅, что составляет:

4500∙0,25 = 1125 кг Р₂О₅

2) Количество жидкой фазы в гипсе первой фильтрации до промывки составляет (при влажности его 46,2%):

46,2∙1500/(100 – 46,2) = 1288,4 кг

В этом количестве жидкой фазы содержится Р₂О₅:

1288,4∙0,25 = 322,1 кг

3) Количество Р₂О₅, переходящее в раствор при промывке фосфогипса и вводимое в экстракцию с промывным раствором:

322,1 – 8,24 = 313,86 кг

4) Количество Р₂О₅, вводимое на экстракцию с оборотной кислотой:

1125 + 8,46 – 282 – 313,86 = 537,6 кг

5) Следовательно, количество оборотной кислоты с концентрацией 25% равно:

537,6/0,25 = 2150,44 кг

6) Испаряется воды в процессе экстракции 150 кг на 1 т фосфата.

7) Количество промывного раствора, которое должно быть подано на экстракцию:

6000 + 83,55 + 150 – (1020 + 1178,68 + 2150,44) = 1884,43 кг

Концентрация Р₂О₅ в промывном растворе:

313,86∙100/1884,43 = 16,65%

3.Количество промытого влажного фосфогипса при содержании твердой фазы во влажном фосфогипсе 60%:

1500/0,6 = 2500 кг

4.Суммируя количества веществ, образующихся из 1 т фосфорита, получаем расход материалов:

Фосфорная кислота…………………1061,2 кг

Газы……………………………………83,55 кг

Фосфогипс (влажный)………………...2500 кг

Испарившаяся вода………………….…150 кг

Всего: 3794,75 кг

5.Вычитая из общего расхода материалов известные (вычисленные ранее) элементы прихода материального баланса, устанавливаем необходимое количество воды на промывку фосфогипса. Оно равно:

3794,75 – (1020 + 1178,68) = 1596,07 кг

Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты из фосфорита приведен в таблицах 5.2, 5.3

Таблица 5.2 - Материальный баланс производства экстракционной фосфорной кислоты (приход)

Приход	кг	%	на 18000 кг
1.Серная кислота, в т. ч.	1178,68	31,1	21216,24
воды	377,18		6789,24
2.Фосфорит (без учета влаги), в т.ч.	1000	26,3	18000
Р2О5	282		5076
СаО	458		8244
СО2	60		1080
F	26		468
Al2O3	18		324
Нерастворимый остаток	156		2808
3.Вода (с фосмукой)	20	0,5	360
4.Вода на промывку	1596,07	42,1	28729,26
Всего:	3794,75	100	68305,5

Таблица 5.3 - Материальный баланс производства экстракционной

фосфорной кислоты (расход)

Расход	кг	%	на 18000 кг
1.Фосфорная кислота, в т.ч.	1061,2	27,9	19101,6
общей Р2О5	265,3		4775,4
свободной Р2О5	240,24		4324,32
Н2SiF6	22,73		409,14
AlPO4	43,06		775,08
2.Газы, в т.ч.	83,55	2,2	1503,9
СО2	75		1350
SiF4	8,55		153,9
3.Фосфогипс, в т.ч.	66,3		1193,4
твердая фаза	1500	39,5	27000
жидкая	1000	26,4	18000
4.Испаряется воды	150	4,0	2700
Всего:	3794,75	100	68305,5

34