Материальный баланс башни сжигания

Расчет материального и теплового балансов башни сжигания

Дано:

Производительность установки, кг 100% Н₃РО₄/ч 1500

Содержание фосфора в техническом фосфоре, поступающем на переработку, % 96

Коэффициент избытка воздуха при сжигании 2,0

Степень поглощения Р₂О₅ % от общего количества

- В башне сжигания 50

- В башне гидратации 44.5

- В электрофильтре 5,5

Концентрация образующейся Н₃РО₄,%:

- В башне сжигания 75

- В башне гидратации 65

Влагосодержание газов, выходящих из башни сжгания, кг/кг

(в расчете на 1 кг сухих газов за вычетомР₂О₅ ) 0,17

Температура поступающих и отходящих материалов, :

- Фосфора 70

- Н₃РО₄, поступающей на орошение 40

- Н₃РО₄на выходе из башни 90

- отходящих газов 140

- поступающего воздуха 20

Содержанием влаги в поступающем воздухе можно пренебречь.

Тепловым расчетом определяется часовое количество оборотной 75 %-ной , используемой для охлаждения.

Процесс получения ортофосфорной кислоты из элементарного фосфора термическим методом состоит из двух стадий:

окисление фосфора в фосфорный ангидрид:

2Р₂ +5О₂газ = 2Р₂О₅ + 1548000 кДж/кмоль (или 10905 кДж/кг Р₂О₅) (1)

гидратация фосфорного ангидрида:

2Р₂О₅ +6Н₂О = 4Н₃РО₄ +138350 кДж/ кмоль Р₂О₅ (или 706 кДж/кг Н₃РО₄) (2)

Обе стадии протекают одновременно в одном аппарате – башне сжигания.

Расход технического фосфора для выработки 1500 кг/ч (моногидрата) составит:

где 62 и 98 – молекулярные массы фосфора и фосфорной кислоты. В этом количестве технического фосфора содержится:

элементарного фосфора 494,3∙0,96=474,53 кг/ч,

примесей 494,3-474,53=19,77 кг/ч.

Из 474,53 кг/ч фосфора образуется фосфорного ангидрида

Теоретический расход кислорода по реакции (1) для образования 1086,83кг Р₂О₅:

Количество кислорода, подаваемого в башню сжигания с учетом коэффициента избытка 2,0 составит: 612,3∙2,0=1224,6 кг/ч.

С этим количеством кислорода поступит азота в башню сжигания

,

где 76,8 и 23,2 – содержание азота и кислорода в воздухе, % по массе.

Количество сухого воздуха, поступающего в башню сжигания

1224,6+4053,53=5278,45 кг/ч.

Количество влаги в воздухе 0,01042∙5278,45=55 кг/ч,

где 0,01042 – влагосодержание воздуха, кг на 1 кг сухого воздуха.

Остается кислорода в газах, выходящих из башни сжигания: 1224,-612,3=612,3 кг/ч.

Расходуется воды на образование фосфорной кислоты по реакции (2):

.

Образуется фосфорной кислоты по реакции (2):

Давление водяных паров над 75%-ной фосфорной кислотой при 80°С составляет 223 мм рт ст или 0,297∙10⁵ Н/м². Этому давлению паров воды соответствует при 140 °С и барометрическом давлении 99325 Н/м² относительная влажность

φ =

При 140°С и φ= 30% влагосодержание воздуха составляет 0,270 кг на 1 кг сухого воздуха. Отсюда во всем выходящем воздухе содержится паров воды

4666,15∙0,270 = 1259,9 кг.

Объем газов при 140°С

4666,15∙1,71 = 7979,12 м³.

По условию, в 1 содержится 0,03 кг 100%-ной фосфорной кислоты, т.е. из реактора уносится с газами 7979,12∙0,03 = 239 кг/ч.

Количество 100%-ной Н₃РО₄, уходящей из башни сжигании в виде продукционной кислоты составит:

1500 - 239 = 1261 кг/ч.

На основе полученных из материального расчета данных можно составить тепловой баланс башни сжигания и определить количество орошающей кислоты.

Дата добавления: 2015-06-27