热量衡算示例

1、热量衡算示例。求车间生产能力为11万吨/年P2O5萃取磷酸（32%P2O5）过程的小时热量平衡（采用真空冷却）。小时消耗量为：磷精矿36.7吨；100%H2SO433.5吨；真空蒸发器进口循环料浆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55。空气温度20。排出气体温度40。排出料浆温度69。（注意：磷精矿的小时消耗量为实际耗量

2、，即由物料衡算100kg磷矿生产的P2O5量和每年的P2O5产量进行折算；其理论耗量，是由Ca5F(PO4)3的理论P2O5含量求得Ca5F(PO4)3的消耗量，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循环料浆）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

3、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=367000.78317.6=(KJ)505106J(0.783磷精矿比热，KJ/kgK;17.6夏季月平均温度，即车间热负荷最大期间的温度Q硫酸=598002.47040=(KJ)5908.7106J(式中：2.47040时56%H2SO4的比热，KJ/kgK) H2SO4的比热可以查手册。当硫酸浓度Cs=81-100，温度t=20-250范围，硫酸溶液的平均热容为（H2SO4比热数学模型）：Ct=(B0+B1*Cs+B2*Cs2+B3*t+B4

4、*t2+B5*Cs*t+B6*Cs2*t)*4.19/t式中系数：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磷酸溶液的比热KJ/kgK，可以查曲线或按以下经验公式计算：C=4.2324-0.0296840.3=3.036(KJ/kgK)，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）：Ca5F(PO4)3+5H2SO4+10H2O=5CaSO42H2O+3H3PO4+HF+q2根据盖斯定律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;H2O（液体）：286.4；HF（气体）:269.6由此可得： 21701.6106J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3P2O5分子量2Ca5F(PO4)3分子量）；0.98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

6、按下式确定：Q稀释=G硫酸q2/98=（3350020976.9)/98 =（KJ）7170.7106J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： 式中n1和n2为硫酸进入萃取槽稀释前后溶液中H2O/H2SO4摩尔比。n1=(4498)/(1856)=4.28为了确定n2，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： 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

7、（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）。从而得出：因而，=20976.9（KJ/Kmol）进入萃取槽空气带入的热量：=（KJ）320.3106J （式中：1.004空气热容，KJ/kgK；1.290和1.013105Pa时的空气密度，kg/m3；233320空气中饱和水蒸气的分压Pa；0.8空气的相对湿度；253020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=+Q循环料浆=+Q循环料浆2、 支出热

8、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（Q热损）。下面分别求每一项带出的热量：69时，送去过滤的料浆带走的热量为：Q料浆=C料浆69式中:料浆量，kg；69温度，C料浆料浆比热，KJ/kgK，其值按下式确定，C料浆=C液X液+C固X固（C液和C固料浆中液相和固相的热容，KJ/kgK; 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：（4.2324-0.0296844.2）浓度为32%P2O5即44.2%H3PO4磷酸的比热；4800/6400液/固

9、=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料浆=235002.458469=.6(KJ)3986.3106J40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SiF4的热量，由于其值很小，可忽略不计）：=（KJ）897.0106J去真空蒸发器的循环料浆带走的热量为：Q循环料浆=2.458469=(KJ)106J(循环料浆量，kg；2.4584料浆热容KJ/kgK)。热损失Q热损，根据实际数据约为各项支出热量的1.8%即6533.9106J.则萃取槽总的支出热量为：Q支出=（3986.3+897.0+6533.9）106=.2106J从而可求得进萃取槽循环料浆带入的热量为：Q循环料浆=（.2-59852.6）106=.6106J3、 萃取磷酸工段的小时热平衡： 收入 106J/h 支出 106J/h 磷精矿带入：505.8 去过滤料浆带出：3986.356%H2SO4带入：5908.7 排出废气带出：897.