3.2.3 Материальный баланс процесса утилизации nh4f
Реакция процесса:
2NH4F + Ca(OH)2 = CaF2 + 2NH3 + 2H2O
М 37 74 78 17 18
CCa(OH)2 = 30%
Массовый расход Ca(OH)2 (сухого):
Массовый расход воды для разбавления Ca(OH)2 :
Массовый расход CaF2:
Массовый расход NH3:
Массовый расход H2O:
На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 11).
Таблица 11 – Материальный баланс процесса утилизации NH4F
|
Приход |
Расход | |||||
|
Статьи прихода |
т/сут |
Статьи расхода |
т/сут | |||
|
NH4F |
408,36 |
CaF2 |
430,43 | |||
|
Ca(OH)2 |
408,36 |
NH3 |
187,62 | |||
|
H2Oразб |
952,84 |
H2Oреакция |
198,66 | |||
|
|
|
H2Oразб |
952,84 | |||
|
Σ |
1769,56 |
Σ |
1769,56 | |||
Поскольку материальный баланс сошелся, значит, расчеты реакции были произведены, верно.
По итогам всех материальный расчетов составим общий материальный баланс технологической схемы (таблица 12).
Таблица 12 – Общий материальный баланс
|
Приход |
Расход | |||||
|
Статьи прихода |
т/сут |
т/год |
Статьи расхода |
т/сут |
т/год | |
|
Руда |
1917,8 |
700000 |
Руда* |
1807,431 |
659712,315 | |
|
БФА |
314,54 |
114807,1 |
SiO2 |
110,36 |
40281,4 | |
|
NH4OH |
257,52 |
93994,8 |
H2Oреакция1 |
62,221 |
22710,665 | |
|
Ca(OH)2 |
408,36 |
149051,4 |
H2Oреакция2 |
62,22 |
24170,3 | |
|
H2Oразб |
4556,36 |
1663071,4 |
H2Oреакция3 |
198,66 |
72510,9 | |
|
|
|
|
NH3(1) |
187,22 |
68481,3 | |
|
|
|
|
NH3(2) |
31,271 |
11413,915 | |
|
|
|
|
CaF2 |
430,43 |
157106,95 | |
|
|
|
|
H2Oразб |
4556,36 |
1663071,4 | |
|
Σ |
7454,248 |
2720924,7 |
Σ |
7454,248 |
2720924,7 | |
3.2.4 Материальный баланс по урану
Содержание урана в руде составляет 0,2%. Следовательно, массовое содержание урана в исходной руде будет составлять:
Gруда = 700000 т/год = 1917,8 т/сут
GU1 = 3,8356 т/сут
После процесса фторирования часть урана остается в осадке, а часть (3-5% от GU1) переходит в раствор ГФСА в виде коффинита.
GU2 = 3,8356 ∙ 0,05 = 0,1917 т/сут урана переходит в раствор ГФСА
GU3 = 3,8356-0,1917 = 3,6439 т/сут урана ушло вмесет с осадком на выщелачивание.
На основании расчета материальных потоков составим таблицу материального баланса (таблица 13).
Таблица 13 – Материальный баланс по урану
|
Приход |
Расход | ||||||||
|
Статьи прихода |
т/сут |
т/год |
Статьи расхода |
т/сут |
т/год | ||||
|
GU1 |
3,8356 |
1400 |
GU2 |
0,1917 |
70 | ||||
|
|
|
|
GU3 |
3,6439 |
1330 | ||||
|
Σ |
3,8356 |
1400 |
Σ |
3,8356 |
1400 | ||||
3.3 Тепловая нагрузка аппарата
Тепловая нагрузка аппарата определяется на основании теплового баланса. В общем виде тепловой баланс запишется уравнениями:
|
где |
|
– |
количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем;
|
|
|
|
– |
количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду; |
|
|
|
– |
тепло
вносимое в аппарат с рудой, |
|
|
|
– |
удельная
теплоемкость руды, |
|
|
|
– |
начальная температура при входе в аппарат, tн =25 0С; |
|
|
|
– |
тепло вносимое в аппарат с раствором БФА,
|
|
|
|
– |
удельная теплоемкость раствора БФА,
|
|
|
|
– |
тепло вносимое в аппарат с водой,
|
|
|
|
– |
удельная теплоемкость воды,
|
|
|
|
– |
тепло
химической реакции |
|
|
|
– |
энтальпия
химической реакции,
|
|
|
|
– |
тепло уходящее из аппарата с рудой,
|
|
|
|
– |
конечная температура, tк = 80 0С; |
|
|
|
|
|
|
|
|
– |
тепло,
необходимое для нагрева аппарата,
|
|
|
|
– |
Энтальпия
пара,
|
|
|
|
– |
тепло
уходящее из аппарата с водой,
|
|
|
|
– |
удельная
теплоемкость воды,
|
|
|
|
– |
тепло уходящее из аппарата с раствором ГФСА,
|
|
|
|
– |
удельная
теплоемкость ГФСА,
|
|
|
|
– |
количество тепла, уносимое из аппарата
продуктами,
идущее на нагрев аппарата и теряемое
в окружающую среду, |
|
|
|
– |
Количество
тепла, уносимое из аппарата вместе с
аммиаком,
|
|
|
|
– |
удельная
теплоемкость
|
|
|
|
– |
количество
тепла, уходящее из аппарата с
конденсатом, |
|
|
|
– |
удельная энтальпия конденсата греющего пара, iконд =415,2 кДж/кг при Р=0,1МПа. |
при t=25°С;
при
t=25°С;
при
t=25°С;
;
;
при Р=0,1МПа;
;
при t=80°С;
приt=80°С;
,
приt=80°С;
Так как все теплоемкости даны в Дж/(моль∙К) то полученные теплоты необходимо будет разделить на молярную массу. Также нам необходимо все массы перевести из т/сут в кг/сек (таблица 14).
Таблица 14 – Массовые расходы веществ
|
Статьи прихода |
т/сут |
кг/сек |
Статьи расхода |
т/сут |
кг/сек | |||||
|
Руда |
1917,8 |
22,196 |
Руда* |
1807,431 |
20,919 | |||||
|
H2Oразб1 |
958,9 |
11,098 |
H2Oразб1 |
958,9 |
11,098 | |||||
|
БФА |
314,551 |
3,64 |
H2Oразб2 |
1872,06 |
21,667 | |||||
|
H2Oразб2 |
1872,06 |
21,667 |
ГФСА |
327,428 |
3,789 | |||||
|
|
|
|
NH3 |
31,271 |
0,361 | |||||
|
|
|
|
H2O(реакция) |
66,22 |
0,766 | |||||
Определим количество тепла, вносимое в аппарат с исходными веществами и теплоносителем:
Чтоб аппарат не перегрелся, компенсируем тепло химической реакции:
Определим количество тепла, уносимое из аппарата продуктами, идущее на нагрев аппарата и теряемое в окружающую среду:
Определим расход пара
Отсюда расход пара равен:
Определим тепло конденсата:
Определим тепло воды, которая образуется при конденсировании острого пара:
Определим тепло потерь:
Результаты теплового баланса сведены в таблицу 15.
Таблица 15 – Тепловой баланс процесса
|
Приход |
Расход | |||
|
Статьи прихода |
Количество тепла, кВт |
Статьи расхода |
Количество тепла, кВт | |
|
|
2136,57 |
|
4430,406 | |
|
|
1160,819 |
|
290,406 | |
|
|
170,441 |
|
41,56 | |
|
|
2266,308 |
|
176,26 | |
|
|
2221,98 |
|
2553,803 | |
|
|
10393,04 |
|
4985,877 | |
|
|
|
|
1298,679 | |
|
|
|
|
1610,976 | |
|
|
|
|
2961,556 | |
|
Σ |
18349,158 |
Σ |
18349,158 | |
